浅谈TBM施工隧道通风与除尘

2015-07-10谢超

建筑机械化 2015年11期

关键词：灰尘除尘风量

谢超

（中铁装备技术服务公司，河南郑州 450016 ）

浅谈TBM施工隧道通风与除尘

谢超

（中铁装备技术服务公司，河南郑州 450016 ）

以重庆轨道交通某TBM区间现场施工为依托，通过分析总结隧道通风风量的计算、风机的选择、隧道除尘的一般措施等，将TBM施工隧道内通风与除尘两者结合研究，重点在于改善洞内人员施工作业环境，为同行提供相关借鉴和参考。

TBM施工；隧道通风；除尘；新鲜风机；除尘风机

近年来随着国内南水北调利民工程、高铁、高速公路的日益发展，中国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。早期隧道开挖采用人工钻爆，危险性很大，高粉尘、噪音污染对作业人员伤害大。如今隧道技术的发展方向为非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面考虑。无论是人工钻爆还是TBM施工，不同地质均会产生灰尘甚至有害气体，因此隧道内通风、除尘与洞内施工作业人员健康息息相关，也是隧道建设的重点难题。

1 隧道通风

通风主要作用:①供施工人员呼吸；②除尘、降温；③灰尘太大时不利于导向系统测量。隧道采用压入式通风，通过Ø1.8m高强度抗静电阻燃通风软管输送到TBM后配套末端的通风管储存器。储存器后面是带有出风管和消音器的后配套风机（即二次增压风机）。后配套上的二次增压通风机将洞外新鲜风机送进的新鲜风压入TBM的前方靠近护盾的地方。除尘管路一直延伸到掌子面，部分空气由于除尘风机的抽吸作用被送至刀盘。新鲜空气形成循环，污浊空气及有害气体排出洞外（图1）。

1.1 隧道内通风标准及风量计算

1.1.1 通风标准

①正洞风速不小于0.5m/s；② 氧气含量：按体积不小于20%；③瓦斯浓度：小于0.5%；④CO最高允许浓度0.0024%以下；⑤CO2浓度：按体积不大于0.5%；⑥氮氧化物：换算成NO2为0.00025%以下；⑦粉尘最大允许浓度：每方空气中含有10%以上游离二氧化物的粉尘为2mg；⑧洞内气温小于28℃；⑨日接触时间8h接触限值为85分贝。

图1 隧道通风示意图

1.1.2 总风量计算

1）根据洞内同时作业的最多人数计算

式中 q—— 洞内每人每分钟所需新鲜空气，取3m3/min；

m—— 洞内一般同时工作的人数为40，最多人数取100人；

K—— 风量备用系数，取1.15。

2）按洞内允许最小风速计算Q2=60VS=819.8m3/min

式中 V—— 洞内最小允许风速m/s，隧道最小允许风速为0.5m/s。

S——洞室截面积，S≈45.54cm2。

取以上计算得到的最大通风量作为设计通风量，设计通风量为Q总=Q1+Q2=1164.8m3/min。

1.1.3 漏风量计算

隧道通风，采用直径1.8m的高强度抗静电阻燃通风软管，管节长100m，每百米漏风量率β为1.3%。

供风量

式中 P—— 风管全程漏风系数，P=1/(1－L×β/100)=1/(1-4493×1.3%/ 100)≈2.403。

因此，考虑到人员作业、洞内风速及漏风量，洞内需要2799m3/min的风量。

1.1.4 通风阻力计算

通风总阻力=风管段阻力+隧道段阻力+其他阻力

式中 h总——隧道总风压；

h摩总—— 管道摩擦阻力，h摩总＝6.5aLgQ隧2/d5＝4004.7Pa；

h局总——局部阻力，h局总=ξQ2/d4=94.45Pa;

h其它—— 其它局部阻力，取h摩总的20%～30%，h其它=28.33Pa；

a——风道摩擦阻力系数，取a=0.016；

L——风道长度，m；

Q隧——风机风量，2799÷60=40.65m3/s；

d——风管直径，d=1.8m；

ξ——局部阻力系数，ξ＝0.6。

1.1.5 风机的选择

1）通风机出风量不能小于理论计算风量。

2）通风机直径与选取通风管直径不能差别太大。

3）风机全压值≮管道总阻力。

根据计算结果采用SDF（B）-NO14型轴流式通风机(官网提供数据)可以满足使用要求。

2 隧道除尘

2.1 灰尘来源

TBM掘进时主要产生灰尘的地方有以下几点：①刀具切削岩石；②渣土从出渣口落入皮带机；③皮带机接头处及滚筒处；④出渣口落入渣车处；⑤高压风输送豆粒石产生灰尘（仅限于单护盾TBM）。

2.2 除尘风机

2.2.1 除尘风机原理

当电机带动叶轮高速旋转时，叶轮中各部分空气也被带动一起旋转，在叶轮中心处便形成真空，于是外部的空气在大气压差的作用下，不断地流入，这样就使风机具备了吸入空气的能力，含尘气流通过圆风筒进入除尘器内。该含尘气流首先经过一个大颗粒分离器，将大颗粒的粉尘与气流分离，再进入风道并均匀地由外向内穿过过滤板，在这个过程中粉尘被隔离在过滤板的外壁。除尘后的气流通过通风管排到TBM尾部，理论上风机功率越大产生负压能力越大，除尘风机是最有效的除尘方法（图2）。

2.2.2 滤板清理（脉冲除尘装置）

灰尘被隔离在滤板的表面，滤板隔段时间需要清理，为了监视除尘设备的性能（流量），在含尘气流的入口处以及在洁净气流的出口处均设有一个真空表，通过真空表读数可以看到除尘设备系统的总阻力。滤板的清洗是通过高压洁净空气，以4.5bar的压缩空气瞬时气压脉冲，由滤板内进气向外吹。脉冲除尘可根据相应的粉尘特性和浓度，设定间隔时间（2～200s）和脉冲时间（30～1000ms）内进行调节。这些粉尘被吹离并落入下方的料仓，由螺旋输送机输送至集料斗，加水搅拌后排出，料仓带有物料液位传感器、集料斗带有液位传感器，除尘排灰可以实现自动控制。

2.2.3 喷水除尘

除尘方式除了TBM自带除尘设备外，喷水除尘也是简单有效的除尘方法。刀盘上自带8个喷水头，采用电磁阀控制，由主司机根据掌子面围岩情况适当喷水。当围岩较硬且围岩自稳能力较强的Ⅵ～Ⅳ围岩时如：花岗岩、玄武岩时可以大量喷水，既可以降尘又有降低刀具温度的作用。当掌子面情况为角砾、砂、泥松软体软塑状黏性土及潮湿的粉细砂质泥Ⅰ～Ⅲ围岩时如：泥岩、砂岩，刀盘喷水应少开或者不开，容易糊刀盘结泥饼，为后来清理刀盘带来麻烦，此时应尽量采用皮带机喷水降尘。在皮带接头处及皮带中间加装多路喷水，启动皮带后由主司机启停电磁阀来控制喷水。

2.2.4 其他除尘措施

刀盘切削岩石产生灰尘，大部分被除尘风机吸走，其中一部分灰尘会从主机皮带机伸缩孔跑出，采用橡胶帘封堵伸缩孔减少灰尘跑出量，另外在此处增加吸风口。