TBM除尘方案研究及应用

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074 )

TBM除尘方案研究及应用

黄天成刘农

(重庆交通大学土木工程学院重庆400074 )

对于长大隧道的施工，通风除尘是非常重要的。本文介绍了隧道掘进机通风除尘的方案、设备、应用及配置。可以认为该设施在其他工程施工以及相似施工所借鉴。

TBM;通风除尘;设备

一、引言

(一)研究目的及意义。TBM在掘进时，隧道掘进机开挖的过程中刀盘旋转并且不断地切割前方掌子面中的岩石、土层。由于施工隧道相当长，可以将隧洞内看成是一个封闭的空间区域，这个时候隧洞内的氧气的体积分数、粉尘与有害气体浓度、隧道内的温度环境等指标，它对隧道内的作业人员、工作人员的身体健康以及设备的运转是非常重要的。

近年来，随着长大隧道的施工越来越多，为了加强作业场所粉尘、温度的治理，为作业人员提供符合国家职业卫生标准、要求的工作环境、条件以及劳动保护设施和个人防护用品，坚持文明施工、安全生产，控制职业病，对除尘系统进行改造，以便排除作业面的粉尘、降低设备温度和作业环境温度。保证作业人员健康和施工进度具有重大意义。

(二)研究现状。TBM与传统的钻爆法开掘隧道比较，它的施工速度大大快于传统方法，安全性和品质好，环保。但是在掘进机掘进进程中会发生大批的热量和粉尘等，因此必须通过通风达到散热、处理作业环境恶化的问题。国内现阶段对于隧道通风除尘环境的处理方式：1)如兰州到重庆铁路西秦岭隧道TBM施工中，按照实践状况分阶段采纳巷道式通风与独头压入式通风，巷道式通风阶段根据计算正当选择风机地位。2)西南交通大学学术论文《特长TBM施工隧道环境粉尘安全控制研究》中提出中天山特长隧道以数值计算和现场实测为主要研究手段，对中天山隧道施工的粉尘控制以及除尘通风做出了相应的研究。

二、通风设计

(一)通风方式。按照我国公路设计规范，隧道的通风形式应该根据以下几个方面来设计，第一点：隧道的长度；第二点：隧道的断面面积；第三点：施工设备条件等因素来综合设计。隧道通风有自然通风和机械通风两类。自然通风是根据隧道内的气温差和气压差的变化来实现的；而机械式通风是用动力设备将隧道外的新鲜空气压入洞内，从而实现洞内外的气体交换。机械式通风是以风机设备为动力，加以风筒等实现交换。我国隧道工程通风除尘有以下几种方式：压入式、压出式、混合式。

混合式通风除尘系统图

1-除尘管道；2-除尘风机；3-通风管道；4-接力风机；5-洞外风机；6-工作面

(二)隧洞施工所需风量的计算。确定隧道施工所需风量的因素包括：隧道内同时工作的人数；一次爆破所用的最多炸药量；隧道内规定的最小风速；瓦斯、二氧化碳等有毒有害气体涌出情况及隧道内所用内燃机械数量等等。

按照我国工程技术的规范的要求，建筑物开挖的技术要求等；地下建筑物的开挖准则；应该按照下列要求来进行。取其中的最大系数值；其公式如下：

Q =max(Q1, Q2, Q3, Q4)

其中Q1是指当隧道洞内人数最多是所需要的通风量，Q2是指爆破后20分钟内将有害气体冲淡至规定浓度一下所需要的通风量，Q3是指去除洞内有害气体所需要的通风量，Q4是指满足供洞内最小需风量。

1、按隧道内工作人数最多的情况来计算：

Q1=4N

其中：N-隧道内同时工作的施工人数

Q-隧道内所需风量；m3/min·人

4-每人每分钟供应的最小风量；

规范标准每人每分钟供应新鲜空气的量不少于30 m3/min，Q1=3.0N，N为洞内同时任务的最多人数；根据我国施工安全规范规定，当隧道的洞井海拔高度高于1000m时，其安全系数应该乘以1.3-1.5。

2、按最大爆破炸药量散烟的需风量来计算：

Q2=25A

其中：A-一次爆破所需的最大炸药量，Kg；

Q-隧道内所需风量；m3/min·人

25-在规定时间内将每千克炸药所产的有害气体稀释到规定浓度以下，每分钟所需的最小风量；m3/min·Kg；

3、按隧道内最小风速计算：

Q3≥Vmin·S

其中：Vmin-隧道内规定最小风速，m/min；

S-隧道施工的最小风速；

4、按有毒有害气体涌出量计算：

Q4=100×q×k

其中：100-按经验得出的系数；

q-隧道内有毒有害气体的绝的涌出量，m3/min；根据实测统计数值的平均值；

k -隧道内有毒有害气体涌出的不平均系数；它是最大涌出量与平均涌出量之比，由实测统计而得。一般取值在1.5-2之间；

三、隧道内的防护措施

分析对洞内粉尘产生的原因，可以采取有关方法及措施来处理。首先分析隧道掌子面产生的粉尘对人体健康的影响。当粉尘的粒径小于10mm时，粉尘极易被人吸入肺泡、支气管中，由于长时间的积累，从而会引起矽肺病。二次并是极难治愈的，当病情严重时，由于肺功能的丧失从而导致死亡。

(一)减少粉尘产生的措施。除尘方法是指在隧道开挖的过程中，由于掘进机工作时产生大量的粉尘，除尘的目的是为了减小在掘进机挖掘时的减小其粉尘量，从而可以降低隧道内的粉尘的浓度。这个方法的优点是：直接、有效、环保、健康。下面来介绍几种除尘的方法：

1.湿式凿岩法；2.水压爆破法；3.水炮泥法。

(二)降低粉尘的措施。降低掌子面的粉尘浓度的原理主要是指运用外部的风流活动与隧道内的粉尘结合起来，这样就可以降低隧道内的粉尘浓度。这也是解除隧道内的粉尘浓度最好的方法。下面来介绍喷雾降尘的原理。

喷雾降尘：就是在隧道掘进机上安装喷雾器系统装置，在掘进及工作的时候，像隧道内喷水雾，它与空气中的粉尘相结合，粉尘在重力作用下，粉尘急速掉下来。

四、结论

通过对隧道内粉尘的实际研究，以及数值分析计算的对比，从而估算出隧道通风系统的布置，结合我国工程隧道的职业健康的有关规定，可以制定系统的通风除尘系统来满足工作人员的身体健康以及设备的正常工作。

[1]何承福.隧道施工局部防尘技术研究[I].北京:北京建筑工程学院,2010.

[2]汤民波.掘进工作面压入式通风风流流场数值模拟研究[D].江西赣州:江西理工大学，2013.

黄天成(1991-)，湖北咸宁人，硕士在读，研究方向：隧道与地下工程；刘农(1992-)，湖北孝感人，硕士在读，研究方向：隧道与地下工程。