风景区隧道施工粉尘对大气环境影响评价研究

王 奇，王志杰

（1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142；2.西南交通大学交通隧道教育部重点实验室，四川成都610031）

风景区隧道施工粉尘对大气环境影响评价研究

王 奇1，2，王志杰2

（1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142；2.西南交通大学交通隧道教育部重点实验室，四川成都610031）

为了评价风景区隧道施工粉尘对大气环境的影响程度，结合雪山梁隧道施工实际，采用现场测试的方式研究施工粉尘在隧道内的浓度及分布规律，并估算出隧道施工粉尘排放量和粉尘影响区域的大气环境容量，进而通过比较两者大小得出评价结论：雪山梁隧道施工对黄龙景区大气环境的影响十分有限。研究成果可为类似风景区隧道施工大气环境影响评价提供参考。

风景区隧道；施工粉尘；现场测试；大气环境影响评价

随着我国交通事业的建设不断发展，隧道穿越自然风景区的情况也越来越普遍，隧道施工建设对风景区的环境影响也日益引起关注。通过隧道洞口排出的施工粉尘将直接污染大气环境，并间接对当地动植物资源、地表水资源产生影响，这一影响在自然保护区、风景名胜区等环境敏感区域显得尤为突出。

目前，学者们对隧道施工粉尘测试方面已经做了一定的研究，如：张玉伟等［1］对高海拔寒区鸡丑山隧道进行粉尘现场测试，结果表明：不同的施工工序粉尘含量差别较大。董芹［2］提出了公路施工期粉尘测试点位的一般选择原则。谭信荣等［3］对隧道施工中有害气体和粉尘进行现场测试，根据测试数据对施工通风效果进行评价，对通风存在的缺陷进行完善。总的来说，学者们大多关注粉尘对洞内施工环境的影响，对洞外大气环境的影响则关注较少。

多数公路隧道环评都存在一个共同特点，就是在环境影响评价时以定性分析居多，定量评价很少［4］。本文尝试通过对黄龙自然保护区内雪山梁隧道施工粉尘的现场测试，估算隧道施工粉尘排放量和大气环境容量，进而评价雪山梁隧道施工粉尘对黄龙景区大气环境的影响程度。

1 工程概况

雪山梁隧道地处川藏高原岷山山脉，平均海拔3 300 m，属典型高原气候，高寒缺氧，气压低，紫外线照射强烈。雪山梁隧道由主洞和平导组成，主洞全长7 966 m，平导全长8 086 m，均采用独头掘进。隧道进口高程约为3 379.69 m，出口高程为3 370.41 m，隧道最大埋深1 120 m。隧道按二级公路设计，设计时速40 km/h。

雪山梁隧道是从西进入黄龙景区的必经要道，隧道出口距离黄龙核心景区仅3 km，因而隧道施工是否会对黄龙核心景区环境造成影响将成为施工过程中面临的重大问题。

2 现场测试方案

2.1 测试仪器及指标

测试仪器采用LD-5型便携式测尘仪、翼式风速计。粉尘测试指标采用PM10（可呼吸入粉尘）浓度及TSP（总粉尘）浓度。

2.2 测试依据

《公路隧道施工技术规范》［5］（JTG F60—2009）；《环境空气质量标准》［6］（GB3095-2012）；《环境空气质量监测规范》（试行）［7］；《工作场所有害因素接触限值》［8］（GBZ2-2002）。

2.3 测试方法

测试内容为隧道掌子面、洞口处单个施工循环的粉尘浓度变化，以及不同施工工序洞内沿里程的粉尘浓度变化。

现场粉尘测试均采用人工定点测试，在掌子面和洞口处布置两个测点，连续测试一个施工循环，每隔10 min进行一次读数，同一时间点连续采集3次，取平均值，测试频率20 s/次。为了排除进出车辆干扰，测点布置在边墙处，粉尘仪距地面高度50 cm。

由于距掌子面50 m范围内空气紊流复杂，同时出于安全和人力的考虑，掌子面定点测试点设在K18+100处，距离掌子面100 m。对于不同施工工序，由洞口至掌子面沿里程间隔200 m分别布置8个测点，现场测试时选取各工序中间时刻进洞测试，其中掌子面爆破后通风15 min后进洞。

3 测试结果分析及结论

隧道施工粉尘现场测试掌子面里程为K18+ 000，距离洞口1 570 m，III级围岩，采用全断面开挖方式，单循环进尺3.2 m，压入式通风，掌子面爆破使用炸药228 kg。根据劳动卫生标准［3］，本隧道内粉尘最大容许质量浓度取为6 mg/m3。

3.1 掌子面粉尘浓度测试结果

以掌子面爆破、出渣以及喷浆工序为例，分析测试结果。

由图1可以看出，掌子面爆破35 min后开始出渣，出渣施工持续110 min。掌子面爆破通风15 min后总粉尘浓度仍为7.43 mg/m3，超过容许粉尘浓度，爆破后25 min，粉尘浓度已降至5.30 mg/m3并一直呈下降趋势。在出渣工序开始20 min后，隧道内粉尘浓度就已超过容许粉尘浓度，并持续至出渣工序结束。

图1 爆破、出渣工序掌子面粉尘浓度随时间变化

该测试循环喷浆施工持续330 min。由图2可以看出，喷浆工序掌子面粉尘浓度呈逐渐增大再减小的趋势，在100 min～250 min期间内的粉尘浓度均大于容许粉尘浓度。粉尘浓度在30 min、90 min及260 min时均出现激增，是由于运输车辆经过干扰所致，可知运输车辆在洞内运行时会产生较大扬尘。

图2 喷浆工序掌子面粉尘浓度随时间变化

由测试数据可知，掌子面爆破后可吸入颗粒物（PM10）占总粉尘（TSP）的比例为85.5%～94.6%；出渣施工占74.5%～93.5%；喷浆施工占73.2%～100.0%。因此，掌子面各工序施工产生的粉尘绝大多数为可吸入粉尘，对洞内环境的施工人员的危害极大。

将掌子面各个工序的数据合成，得到单个循环掌子面粉尘浓度随时间变化图，如图3所示。隧道施工产生粉尘污染最大的三个工序为爆破、出渣和喷浆，立架和打钻施工工序粉尘污染较小，其中立架工序空气质量最佳。在当前通风条件下，掌子面喷浆和出渣工序粉尘浓度严重超标时间较长，应着重加强掌子面防尘。

图3 单施工循环掌子面粉尘浓度随时间变化

3.2 各工序隧道内沿里程测试结果

以PM10为例，将各工序测试数据合成，得到图4。由图4可以看出，掌子面爆破15 min后，爆破瞬时产生的粉尘仍分布在掌子面前约200 m范围内，在当前通风条件下粉尘主要靠扩散排出洞外。PM10浓度与TSP浓度表现出相同变化趋势，由掌子面至洞口，距离掌子面越近粉尘浓度越大。因此，必须针对各个施工工序采取防尘措施。

图4 各施工工序PM10沿里程浓度变化

3.3 洞口粉尘浓度测试结果

以爆破、出渣以及喷浆工序为例，分析洞口测试结果。

该测试循环掌子面爆破35 min后开始出渣，出渣施工持续100 min。由图5可以看出，掌子面爆破产生的粉尘在65 min时抵达洞口，使洞口粉尘浓度从0.16 mg/m3增长至0.60 mg/m3。掌子面爆破产生的瞬时粉尘与出渣作业产生的叠加粉尘在爆破后155 min即出渣作业结束后20 min时达到峰值，为2.10 mg/m3，随后洞口粉尘浓度逐渐下降。由图1可知，掌子面爆破、出渣施工时粉尘浓度峰值为8.69 mg/m3。洞口粉尘浓度峰值仅为掌子面粉尘浓度峰值的24.2%。

该测试循环喷浆施工持续380 min。由图6可以看出，喷浆工序洞口粉尘浓度逐渐增大，在喷浆开始210 min后达到峰值，为1.56 mg/m3。在260 min时，工人对洞口地面进行洒水降尘，洞口粉尘浓度下降明显，时一直持续40 min后继续上升，可知地面洒水降尘对降低洞口粉尘浓度效果明显。在320 min时平导掌子面爆破，由图7可以看出，在平导爆破后70 min内洞口粉尘浓度并未出现明显增大，可知平导爆破产生的粉尘对主洞的叠加效应有限。

图5 爆破、出渣工序洞口粉尘浓度随时间变化

图6 喷浆工序洞口粉尘浓度随时间变化

由测试数据可知，掌子面爆破施工时洞口的PM10占TSP的比重为66.0%～91.7%。掌子面出渣施工时占62.5%～100.0%。喷浆施工时占63.5%～100.0%。因此，掌子面各施工工序时由洞口排入大气的粉尘绝大多数仍为可吸入粉尘，仍会对景区的居民及动物造成危害。

图7 单循环洞口粉尘浓度随时间变化

由图7可以看出，隧道施工产生粉尘污染最大的三个施工工序为出渣、喷浆和爆破。在当前通风条件下，洞口整个循环的粉尘浓度均低于容许粉尘浓度。

4 隧道施工期粉尘排放量估算

在洞口粉尘测试的同时也进行了洞口风速测试，进而估算雪山梁隧道施工期向洞外大气排放的粉尘量。

洞口风速测试频率、方法与粉尘测试相同，每10 min测试一次，认为所测风速为该时间段内的平均风速，雪山梁隧道主洞某i时间段内排放的粉尘量按照式（1）估算，主洞单个循环的排放总量按照式（2）估算。雪山梁隧道单个完整循环向洞外大气排放粉尘量按照式（3）估算。

式中：DRi为表示i段时间内向洞外排放的PM10粉尘量，mg；DCi为表示i段时间内向洞外排放的总粉尘量，mg；Ri为表示主洞洞口PM10的浓度，mg/m3；Ci为表示主洞洞口TSP浓度，mg/m3；Sz为表示主洞洞口断面面积，m2；vi为表示主洞洞口i段时间内洞口风速，m/s；ti为表示主洞洞口i段时间内的间隔时间，s。

式中：Dz表示主洞洞口一个施工循环向洞外排放的粉尘量，mg；Di表示主洞洞口i段时间内向洞外排放的粉尘量，mg。

式中：D表示雪山梁隧道一个施工循环向洞外排放的粉尘量，mg；Dz表示主洞洞口一个施工循环向洞外排放的粉尘量，mg；Sz表示主洞洞口断面面积，m2；Sd表示平导洞口断面面积，m2。

按式（1）计算，雪山梁隧道主洞洞口爆破、出渣等施工工序PM10排放量计算结果见表1所示。

表1 全循环主洞向大气排放粉尘总量

由表1计算结果可知，主洞开挖进尺3.2 m的施工循环会向洞外排放658.9 g可呼吸入粉尘，向洞外共排放总粉尘759.1 g。

按照式（3）进行估算，DR=658.9×（60.35+ 29.51）/60.35=981.1 g，DC=1 130.3 g。

由以上估算可以看出，雪山梁隧道在一个施工循环内共向洞外大气排放粉尘总量1 130.3 g，其中可呼吸入粉尘占981.1 g。

雪山梁隧道B标每年平均进尺约880 m，该测试循环进尺3.2 m，将上述粉尘量粗略折算成全年排放量：DPM10=981.1×880/3.2=269 802.5 g= 0.27 t，DTSP=0.31 t。

5 粉尘影响区域大气环境容量

所谓“静态”大气环境容量是指没有空间和时间变化特征的容量值。国家《制定大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T3 840-91）A值法计算的控制区排放总量，就可视为一种简单的推算“静态”容量。本研究借鉴该方法来计算雪山梁隧道出口粉尘影响区域“静态”大气环境容量［9-10］。

A值法计算公式如下：

式中：Q为污染物年允许排放总量限值，即理想大气容量，104t/a；A为地理区域性总量控制系数，104km2/a；S为控制区域总面积，km2；Si为控制区域内第i个分区面积，km2；CSi第i个区域某种污染物的年平均浓度限值，mg/m3；Cb为控制区的本底浓度。

计算公式中的A为地理区域性总量控制系数，主要与当地通风量有关。根据GB/T3840-91中规定，本次计算A值采取四川省控制系数最小值，取2.8。

雪山梁隧道位于黄龙国家自然保护区，属一级功能区，执行《环境空气质量质量标准》（GB3095-2012）一级标准。此次估算容量以年为单位，取《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中粉尘浓度的年均标准，PM10的CSi值取0.04 mg/m3，TSP的CSi值取0.08 mg/m3。

国家环保部2004年组织编制的《城市大气环境容量核定技术报告编制大纲》。大纲规定：城市控制区的本底浓度，可取各区县清洁点测试浓度；若现有测试点都难以代表本底清洁水平，可取空气质量标准中一级标准的50%左右［11-13］。参照大纲规定，本次计算PM10的Cb值取0.02 mg/m3，TSP的Cb值取0.04 mg/m3。

雪山梁隧道出口与黄龙核心景区间有高山阻隔，并被几座高山夹于山谷之中，从洞口排入大气的粉尘在运移过程中会逐渐沉降至地面，很难翻越高山进入其他区域，因而将雪山梁隧道出口周边各山脊线相连，所组成的区域作为雪山梁隧道出口粉尘影响区域，且在该区域内只有隧道出口一个污染源。该区域面积S为29.56 km2。

将上述参数带入式4中，计算出PM10的大气环境容量：QPM10=3 044.7 t/a；TSP的大气环境容量：QTSP=6 089.3 t/a

通过以上测算发现，雪山梁隧道出口每年向该区域大气排放约0.31 t粉尘，其中可吸入粉尘占0.27 t，而该区域可吸入粉尘的静态大气容量为3 044.7 t/a，总粉尘的静态大气容量为6 089.3 t/a。因此，雪山梁隧道施工产生的粉尘污染对黄龙景区大气环境的影响十分有限。

6 黄龙景区粉尘浓度测试

黄龙景区因受高空西风气流和印度西南季风影响，冬季高空盛行西风气流，降雨稀少，空气寒冷干燥，多大风。根据现场粉尘测试发现，雪山梁隧道出口处的冬季大风风向背离黄龙景区方向，排出洞口粉尘很快消散在大气中，朝着背离黄龙核心景区方向运动。

雪山梁隧道洞口施工区距离黄龙核心景区约3 km，中间有高山阻隔。为了进一步了解雪山梁隧道施工排出粉尘对黄龙景区的影响，测试组在黄龙景区门口设置测试点，连续测试10 h，每1 h测试一次，测试指标仍采用PM10与TSP。10 h的粉尘浓度均为0.00 mg/m3，并未测试到由雪山梁洞口排出的粉尘，进一步说明了雪山梁隧道施工排出的粉尘在当地大气自净能力范围之内，不会对黄龙景区造成影响。

7 结 论

（1）隧道施工产生的粉尘绝大多数为可吸入粉尘，对洞内施工人员的危害极大，也会对景区的居民及动物造成影响。

（2）隧道施工粉尘污染最大的三个工序为爆破、出渣和喷浆，立架和打钻施工工序粉尘污染较小。隧道施工应针对各个施工工序采取防尘措施，并着重加强掌子面的防尘。

（3）平导施工产生的粉尘主要通过平导排出，对主洞的叠加效应有限。

（4）利用粉尘浓度、洞口断面面积、风速、时间四个变量来估算隧道施工期向大气环境排放的粉尘量，采用A值法计算粉尘影响区域的大气环境容量，通过比较两者得出评价结论，雪山梁隧道施工产生的粉尘污染对黄龙景区大气环境的影响十分有限。

（5）在黄龙景区门口并未监测到由雪山梁洞口排出的粉尘，进一步说明了雪山梁隧道施工排出的粉尘在当地大气自净能力范围之内，对黄龙景区大气环境的影响十分有限。

［1］ 张玉伟，赵飞舟，李又云.高海拔寒区隧道施工粉尘及有害气体监测与控制技术［J］.隧道建设，2014，34（S1）：297－301.

［2］ 董 芹.公路建设项目施工过程粉尘的测定研究［D］.西安：长安大学，2006.

［3］ 谭信荣，陈寿根，马 辉.空气质量测试在长大隧道施工中的应用［J］.安全与环境学报，2012，12（6）：103－107.［4］ 李启彬.公路隧道环境影响评价中存在的问题与对策［J］.现代隧道技术，2010，47（1）：8－10.

［5］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规范：JTGF60-2009［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［6］ 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准：GB3095-2012［S］.北京：中国环境科学出版社，2012.

［7］ 国家环境保护总局.关于发布《环境空气质量监测规范》（试行）的公告：公告2007年第4号［A/OL］.［2007 -01-19］.http：//wenku.baidu.com/view/035f973731126 edb6fla1059.html.

［8］ 国家安全生产监督管理总局.工作场所有害因素职业接触限值：GBZ2-2002［S］.北京：人民卫生出版社，2002.

［9］ 王 琴.基于MM5/CALPUFF研究榆林市大气扩散条件及环境容量［D］.西安：长安大学，2013.

［10］ 张 婧，陈南祥，张福然.河南红旗三矿矿山地质环境保护与恢复治理［J］.水利与建筑工程学报，2013，11（1）：144－147.

［11］ 杨红霞.涉及隧道的市政道路项目运营期大气环境影响评价［D］.成都：西南交通大学，2015.

［12］ 孙忠强.公路隧道钻爆法施工粉尘运移规律及控制技术研究［D］.北京：北京科技大学，2015.

［13］ 汪 玲，刘正茂，杨旭日，等.小中甸水利枢纽工程建设对硕多岗河水文与生态过程的影响效应预测［J］.水利与建筑工程学报，2011，9（1）：20－22.

Atmospheric Impact Evaluation for Tunnel Construction Dust in Scenic Area

WANG Qi1，2，WANG Zhijie2
（1.The Third Railway Survey And Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China；2.MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 610031，China）

In order to evaluate the impacts of tunnel construction on atmospheric environment in scenic area，field test for construction dust has been conducted in this paper，combined with the construction actual condition of Xueshanliang tunnel.Construction dust concentration and distribution in the tunnel has been tested，dust emissions of tunnel construction and atmospheric environmental capacity of dust effect area has also been estimated according to test results.The evaluation conclusion are atmospheric environmental effect of the Huanglong scenic area caused by Xueshanliang tunnel construction is very limited by comparing the dust emissions and atmospheric environmental capacity.The research results can provide reference for the atmospheric environmental impact assessment of tunnel construction in similar scenic areas.

tunnel in scenic area；construction dust；field test；atmospheric environmental impact assessment

X820.3

A

1672—1144（2016）05—0155—05

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.030

2016－06－14

2016－07－11

交通运输部西部科技项目（2013318J13340）

王 奇（1990—），男，辽宁铁岭人，硕士，主要从事隧道及地下工程设计、隧道施工质量控制技术研究。E－mail：wq9064@126.com