綜合環保技術在長大隧道施工中的應用

馬騰飛 李樹忱 周建芳

(1.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東 濟南 250061； 2.中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東 濟寧 272117)

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·綠色環保·建筑節能·

綜合環保技術在長大隧道施工中的應用

馬騰飛1李樹忱1周建芳2

(1.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東 濟南 250061； 2.中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東 濟寧 272117)

針對六盤山隧道的環保難題，提出了“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+小豎井巷道聯合通風排塵+自動噴淋捕塵”的長大隧道綜合環保施工技術，優化了各項技術參數，有效實現了隧道施工中節能環保的需求。

隧道，水壓爆破減塵，通風排塵，降塵技術

1 技術背景

六盤山隧道全長9 485 m，是全國海拔2 000 m以上高原地區最長的高速公路隧道，工程地質條件較差，存在涌突水、軟巖大變形和坍塌等不良地質條件。六盤山隧道位于六盤山國家級自然保護區，施工過程中必須減少對周圍的擾動，保護圍巖穩定和水環境，另外由于圍巖較為軟弱，獨頭掘進距離長，對于降低施工期間的粉塵濃度、實現節能環保的要求難度大。

六盤山隧道工程地質類型國內較為罕見，目前對該類隧道環保施工經驗比較少，要求改善隧道內作業環境，保護隧道附近生態環境，實現節能環保修建目的，以綠色環保為核心，控制隧道圍巖大變形和研制有效支護技術的挑戰前所未有。

2 綜合環保技術的應用

根據六盤山隧道施工面臨的問題和節能環保需求，提出了“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+巷道小豎井聯合通風排塵+自動噴淋捕塵”的隧道綜合環保施工技術體系。

2.1 水壓爆破減塵技術

水壓爆破裝藥示意圖見圖1。

水壓爆破減塵技術即是利用爆破應力波對水的不可壓縮性，使經過水傳達到炮眼圍巖中的爆炸能量幾乎無損失，減少單位巖石的炸藥消耗量，減少溫室氣體及粉塵排放，并且有利于巖石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到霧化減塵的作用，大大降低粉塵對環境的污染。水壓爆破減塵工藝流程見圖2。

水壓爆破減塵優化措施如下：

1)水袋選擇優化。為提高水袋灌注質量，通過多次現場試驗，根據炮眼直徑42 mm，確定袋壁厚0.8 mm，袋徑35 mm，袋長200 mm，袋頭由平頭改為圓頭。另外封口溫度過低會導致封口不嚴，水量損失嚴重，經試驗，該地區水袋最佳封口溫度為240 ℃。

2)炮泥制作優化。炮泥加工直徑取36 mm～38 mm。炮泥中如砂過多，則炮泥成型較差；過少則炮泥比重小；水要適中，過少起不到粘合及降塵作用，過多則炮泥軟，不易搗固堅實。經檢測，炮泥四種成分的最優重量比例為粘土∶砂∶水∶聚亞胺膠脂=0.75∶0.11∶0.08∶0.06。

3)裝藥結構優化。清孔質量不能滿足時，易出現孔底欠挖，而且安裝過程中，孔底水袋搗入深度較深，力度與深度不好掌握，易搗破水袋。建議首先提高清孔質量，采用水壓清孔，其次將平頭水袋改為圓頭水袋，最后又在搗棍前端安裝橡膠軟頭。

4)單孔裝藥量優化。由于水袋的加入，爆破能量損失更小，加上水楔作用，爆破威力過大，對周邊圍巖易造成擾動，且超挖現象嚴重。通過調整裝藥量進行循環試驗，確定每孔減少半管炸藥，可使爆破效果更好，殘孔率提高，炸藥用量減少，對周邊的圍巖的擾動也降低到最小。

2.2 濕噴混凝土降塵技術

濕噴混凝土降塵技術具有勞動強度低、功效高、回彈率小、粉塵少以及混凝土密實性高等特點，有利于實現環保需求和保護施工人員的身體健康。

濕噴混凝土降塵技術參數優化。1)配合比優化設計。根據本地區地材、水質條件，進行了配合比調配、試拌，通過現場試噴、調整，確定最優配合比為水泥∶粉煤灰∶砂子∶石子(5 mm～10 mm)∶減水劑∶水=500∶60∶1 060∶400∶4.54∶180。2)噴射順序調整。適應六盤山隧道初期支護環境的噴射順序為：分段長度3.2 m，分部為先下后上，分塊大小為1.6 m×2 m，噴嘴作連續不斷的螺旋狀圓周運動，橫向(0.6 m～0.8 m)×豎向0.25 m，后一圈壓前一圈1/3，濕噴路線應自上而下，呈“S”形運行，濕噴混凝土應先邊墻、后拱部[2]，如圖3所示。3)風壓控制。經過現場45個循環統計，在風壓控制、噴嘴角度、噴嘴距受噴面距離、回彈率按照控制變量法進行了細化測試，得出適合方案：在距離受噴面0.6 m～0.9 m、噴嘴角度95°、風壓在0.6 MPa時混凝土回彈率最小。

2.3 小豎井巷道聯合通風排塵技術

1)六盤山隧道小豎井巷道聯合通風排塵方案。項目承建六盤山隧道出口段長3 260 m，為獨頭掘進。通風排塵方案共分為三個階段[3]。第一階段：隧道掘進1 500 m以內采用壓入式通風方案，并在距洞口1 050 m處增加φ1.2 m排風豎井；第二階段：隧道掘進1 500 m～2 500 m，采用送排結合混合式通風方案；第三階段：隧道掘進2 500 m～3 260 m，采用巷道式通風方案。洞內通風走向見圖4。

2)小豎井通風排塵工藝。在距洞口1 050 m處增加φ1.2 m排風豎井，距排風豎井250 m處安裝風機，新鮮風流自洞口吸至通風機，并通過風袋輸送至掌子面，污風自豎井口排出，小豎井施工工藝見圖5。利用豎井排風，將風機移入洞內，有效縮短風機供風距離1 000 m，提高了風機供風效率，同時節省了施工用電。另外在豎井口各設置一臺排氣扇，提高豎井的排風能力，能迅速將洞內渾濁空氣、煙塵排出，大大改善洞內作業環境。通風豎井同時規劃為洞內高壓進洞的線路通道，在豎井上口地表位置安裝兩臺變壓器，供洞內施工。不僅保證了洞內正常施工的動力，同時節省洞口段1 100 m的高壓電纜。

2.4 自動噴淋捕塵技術

1)自動噴淋捕塵工作原理。研制自動噴淋捕塵養護臺車，見圖6。臺車外側設置兩環灑水捕塵養護噴嘴，開啟進水開關后，打開增壓設備調整水壓，使水霧均勻噴灑到二襯表面，使用遙控器控制臺架勻速移動，實現水霧捕塵以及二襯養護。

2)自動噴淋捕塵設備特點。a.該設備操作簡便，自動行走，能有效地減少襯砌混凝土表面裂紋，產生間接經濟效益；b.采取自動移動式臺架，噴水管安裝在養護臺架上，規避高空作業風險[4]；c.臺架容易制作，大小具備可調性，適用于各種類型的隧道二襯養護施工；d.實用性強，不僅可以對二襯進行養護，還可以起到灑水降塵的作用，并對仰拱進行養護。

3)自動噴淋捕塵工藝流程見圖7。

3 與傳統施工技術的對比

1)水壓爆破減塵對比傳統爆破技術。采用水壓爆破減塵技術，隧道內空氣質量更好，工人可更快進行后續施工，另外爆碴破碎和爆堆短，裝碴效率高。由此可見水壓爆破對于降低粉塵，改善空氣質量，縮短工序銜接時間，加快循環進度的作用顯著。2)濕噴混凝土降塵對比干噴技術。采用濕噴混凝土降塵技術，可使粉塵濃度大幅降低，噴混凝土時洞內能見度高；工人可以遠離掌子面進行操作，投入人員較少，大大降低安全風險；可將回彈率控制在10%左右，遠低于前期干噴回彈率35.5%，有效降低材料浪費，節約施工成本，施工效率更高。3)小豎井巷道聯合通風排塵對比傳統通風技術。小豎井巷道聯合通風排塵技術可有效的提高洞內的通風效率，并且使風機進洞減少風壓損失；同時利用豎井進行線路規劃，能節省洞口段高壓電纜，大大節約用電高壓線路的成本。4)自動噴淋捕塵對比人工噴淋技術。自動噴淋捕塵技術可以有效捕捉洞內粉塵，顯著提高洞內空氣質量，同時提高二襯的養護效率和二襯混凝土終凝強度，減少二襯裂縫數量。

4 結語

“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+小豎井巷道聯合通風排塵+自動噴淋捕塵”的長大隧道綜合環保施工技術，可以實現“開挖→初期支護→通風→二襯施工”隧道施工全過程的節能減排、降低粉塵的需求，能夠顯著的提高作業環境質量，保障工人身體健康，提高施工效率，同時節約施工成本。

[1] 魏廣源.水壓爆破技術在隧道掘進中的應用[J].中小企業管理與科技,2012(24):209-211.

[2] 焦文龍.隧道噴射混凝土施工工藝與質量控制[J].建筑工程技術與設計,2013(4):180.

[3] 韓利儒.六盤山隧道豎井和巷道式通風綜合技術研究[J].山西建筑,2015,41(25):177-180.

[4] 徐國生.應用移動臺架進行隧道二襯混凝土養護技術[J].國防交通工程與技術,2013,11(1):54-55.

The application of comprehensive enironmental protection technology in long tunnel construction

Ma Tengfei1Li Shuchen1Zhou Jianfang2

(1.GeotechnicalandStructuralEngineeringResearchCenter,ShandongUniversity,Jinan250061,China; 2.FifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway14thBureauGroup,Jining272117,China)

Through the analysis of the environmental problems of the Liupanshan tunnel, comprehensive environmental protection construction technology in long tunnel about “water pressure blasting reduce-dust+wet shotcrete decrease-dust+small vertical shaft ventilate remove-dust+automatic spraying catch-dust” is put forword, the technical parameters are optimized, the energy saving and environmental protection requirements in tunnel construction are effectively realized.

tunnel, water pressure blasting reduce-dust, ventilate remove-dust, decrease-dust technology

1009-6825(2017)07-0195-03

2016-12-22

馬騰飛(1986- )，男，在讀博士； 李樹忱(1973- )，男，教授； 周建芳(1976- )，男，高級工程師

X799.1

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