TBM除塵方案研究及應用

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074 )

TBM除塵方案研究及應用

黃天成劉農

(重慶交通大學土木工程學院重慶400074 )

對于長大隧道的施工，通風除塵是非常重要的。本文介紹了隧道掘進機通風除塵的方案、設備、應用及配置。可以認為該設施在其他工程施工以及相似施工所借鑒。

TBM;通風除塵;設備

一、引言

(一)研究目的及意義。TBM在掘進時，隧道掘進機開挖的過程中刀盤旋轉并且不斷地切割前方掌子面中的巖石、土層。由于施工隧道相當長，可以將隧洞內看成是一個封閉的空間區域，這個時候隧洞內的氧氣的體積分數、粉塵與有害氣體濃度、隧道內的溫度環境等指標，它對隧道內的作業人員、工作人員的身體健康以及設備的運轉是非常重要的。

近年來，隨著長大隧道的施工越來越多，為了加強作業場所粉塵、溫度的治理，為作業人員提供符合國家職業衛生標準、要求的工作環境、條件以及勞動保護設施和個人防護用品，堅持文明施工、安全生產，控制職業病，對除塵系統進行改造，以便排除作業面的粉塵、降低設備溫度和作業環境溫度。保證作業人員健康和施工進度具有重大意義。

(二)研究現狀。TBM與傳統的鉆爆法開掘隧道比較，它的施工速度大大快于傳統方法，安全性和品質好，環保。但是在掘進機掘進進程中會發生大批的熱量和粉塵等，因此必須通過通風達到散熱、處理作業環境惡化的問題。國內現階段對于隧道通風除塵環境的處理方式：1)如蘭州到重慶鐵路西秦嶺隧道TBM施工中，按照實踐狀況分階段采納巷道式通風與獨頭壓入式通風，巷道式通風階段根據計算正當選擇風機地位。2)西南交通大學學術論文《特長TBM施工隧道環境粉塵安全控制研究》中提出中天山特長隧道以數值計算和現場實測為主要研究手段，對中天山隧道施工的粉塵控制以及除塵通風做出了相應的研究。

二、通風設計

(一)通風方式。按照我國公路設計規范，隧道的通風形式應該根據以下幾個方面來設計，第一點：隧道的長度；第二點：隧道的斷面面積；第三點：施工設備條件等因素來綜合設計。隧道通風有自然通風和機械通風兩類。自然通風是根據隧道內的氣溫差和氣壓差的變化來實現的；而機械式通風是用動力設備將隧道外的新鮮空氣壓入洞內，從而實現洞內外的氣體交換。機械式通風是以風機設備為動力，加以風筒等實現交換。我國隧道工程通風除塵有以下幾種方式：壓入式、壓出式、混合式。

混合式通風除塵系統圖

1-除塵管道；2-除塵風機；3-通風管道；4-接力風機；5-洞外風機；6-工作面

(二)隧洞施工所需風量的計算。確定隧道施工所需風量的因素包括：隧道內同時工作的人數；一次爆破所用的最多炸藥量；隧道內規定的最小風速；瓦斯、二氧化碳等有毒有害氣體涌出情況及隧道內所用內燃機械數量等等。

按照我國工程技術的規范的要求，建筑物開挖的技術要求等；地下建筑物的開挖準則；應該按照下列要求來進行。取其中的最大系數值；其公式如下：

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

其中Q1是指當隧道洞內人數最多是所需要的通風量，Q2是指爆破后20分鐘內將有害氣體沖淡至規定濃度一下所需要的通風量，Q3是指去除洞內有害氣體所需要的通風量，Q4是指滿足供洞內最小需風量。

1、按隧道內工作人數最多的情況來計算：

Q1=4N

其中：N-隧道內同時工作的施工人數

Q-隧道內所需風量；m3/min·人

4-每人每分鐘供應的最小風量；

規范標準每人每分鐘供應新鮮空氣的量不少于30 m3/min，Q1=3.0N，N為洞內同時任務的最多人數；根據我國施工安全規范規定，當隧道的洞井海拔高度高于1000m時，其安全系數應該乘以1.3-1.5。

2、按最大爆破炸藥量散煙的需風量來計算：

Q2=25A

其中：A-一次爆破所需的最大炸藥量，Kg；

Q-隧道內所需風量；m3/min·人

25-在規定時間內將每千克炸藥所產的有害氣體稀釋到規定濃度以下，每分鐘所需的最小風量；m3/min·Kg；

3、按隧道內最小風速計算：

Q3≥Vmin·S

其中：Vmin-隧道內規定最小風速，m/min；

S-隧道施工的最小風速；

4、按有毒有害氣體涌出量計算：

Q4=100×q×k

其中：100-按經驗得出的系數；

q-隧道內有毒有害氣體的絕的涌出量，m3/min；根據實測統計數值的平均值；

k -隧道內有毒有害氣體涌出的不平均系數；它是最大涌出量與平均涌出量之比，由實測統計而得。一般取值在1.5-2之間；

三、隧道內的防護措施

分析對洞內粉塵產生的原因，可以采取有關方法及措施來處理。首先分析隧道掌子面產生的粉塵對人體健康的影響。當粉塵的粒徑小于10mm時，粉塵極易被人吸入肺泡、支氣管中，由于長時間的積累，從而會引起矽肺病。二次并是極難治愈的，當病情嚴重時，由于肺功能的喪失從而導致死亡。

(一)減少粉塵產生的措施。除塵方法是指在隧道開挖的過程中，由于掘進機工作時產生大量的粉塵，除塵的目的是為了減小在掘進機挖掘時的減小其粉塵量，從而可以降低隧道內的粉塵的濃度。這個方法的優點是：直接、有效、環保、健康。下面來介紹幾種除塵的方法：

1.濕式鑿巖法；2.水壓爆破法；3.水炮泥法。

(二)降低粉塵的措施。降低掌子面的粉塵濃度的原理主要是指運用外部的風流活動與隧道內的粉塵結合起來，這樣就可以降低隧道內的粉塵濃度。這也是解除隧道內的粉塵濃度最好的方法。下面來介紹噴霧降塵的原理。

噴霧降塵：就是在隧道掘進機上安裝噴霧器系統裝置，在掘進及工作的時候，像隧道內噴水霧，它與空氣中的粉塵相結合，粉塵在重力作用下，粉塵急速掉下來。

四、結論

通過對隧道內粉塵的實際研究，以及數值分析計算的對比，從而估算出隧道通風系統的布置，結合我國工程隧道的職業健康的有關規定，可以制定系統的通風除塵系統來滿足工作人員的身體健康以及設備的正常工作。

[1]何承福.隧道施工局部防塵技術研究[I].北京:北京建筑工程學院,2010.

[2]湯民波.掘進工作面壓入式通風風流流場數值模擬研究[D].江西贛州:江西理工大學，2013.

黃天成(1991-)，湖北咸寧人，碩士在讀，研究方向：隧道與地下工程；劉農(1992-)，湖北孝感人，碩士在讀，研究方向：隧道與地下工程。