特長山嶺隧道鉆爆法施工中消煙降塵技術(shù)探索

□文 /岳忠翔

1 工程概況

半巖子隧道位于麗江市永勝縣六德傈僳族彝族鄉(xiāng)境內(nèi)，是國家高速公路網(wǎng)G4216成都—麗江高速公路華坪—麗江段控制性工程之一，隧道全長3.2km，屬特長隧道，具有工期緊、任務(wù)重、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點；主要采用鉆爆法施工，在施工中如果不能很好地控制粉塵濃度，不僅會危害施工作業(yè)人員身體健康，還會影響到施工安全和工程進度；因此，采用多種措施綜合降塵。

2 粉塵分析

2.1 定義

粉塵是指在隧道施工過程中所產(chǎn)生的細微顆粒，其形狀不規(guī)則，能長時間懸浮于空氣之中，對人體危害極大，按顆粒大小可分為：

1）粗塵直徑＞40μm的粉塵，是一般篩分的最小直徑，極易沉降；

2）細塵直徑為10～40μm，在明亮的光線條件下肉眼可以看到，在靜止空氣中呈加速沉降；

3）微塵：直徑為0.25～10μm，用普通光學(xué)顯徽鏡可以觀察到，在靜止空氣中呈等速沉降；

4）超微粉塵直徑＜0.25μm，要用超顯微鏡才能觀察到，可長時間懸浮于空氣中，能隨空氣分子作布朗運動。

2.2 粉塵危害

粉塵對隧道管理和施工人員的身心健康危害巨大，長期吸入過量粉塵最顯著的危害便是塵肺病。就目前來說，塵肺病無法痊愈，將伴隨患者一生。除此之外，如果粉塵長時間濃度過高導(dǎo)致施工作業(yè)人員無法進行下一步工序，將影響工程進度。因此，隧道施工中防塵工作至關(guān)重要。

2.3 隧道粉塵主要來源

鉆孔鑿巖；爆破；棄渣裝運（內(nèi)燃機產(chǎn)生）；噴射混凝土。

3 消煙降塵綜合處理技術(shù)

3.1 通風(fēng)排塵

通風(fēng)不僅能實現(xiàn)隧道內(nèi)降塵，更是為隧道內(nèi)供氧、降溫、排煙、排除有害氣體的重要措施。因此，隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)計尤為重要。本隧道全長3.2km，分兩頭掘進，根據(jù)工程實際情況，采用壓入式通風(fēng)。

3.1.1 風(fēng)量計算（風(fēng)管φ1.5m）

1）按照洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算

式中：Q——通風(fēng)量，m3/min；

q——每人每分鐘呼吸所需空氣量，取3m3/min；

m——同時工作人數(shù)，取80人；

k——風(fēng)量備用系數(shù)，取1.15。

得到Q=276m3/min。

2）按全斷面開挖，30min內(nèi)稀釋一次性爆破使用最多炸藥量所產(chǎn)生的有害氣體到允許的濃度計算

式中：V1——一次爆破產(chǎn)生的炮煙體積，V1=S·Ls，S為一次開挖的斷面面積，按最大斷面111.2 m2，Ls為炮煙拋擲長度，按經(jīng)驗Ls=15+G/5，G為最大爆破的炸藥消耗量264kg；

V2——一次爆破產(chǎn)生的有害氣體體積，V2=a·G，a為單位質(zhì)量炸藥爆破產(chǎn)生的有害氣體換算成CO的體積40L/kg；

K——CO允許濃度，取100mg/m3；

t——通風(fēng)時間，取30min。

得到Q=635m3/min。

3）按照洞內(nèi)允許最小風(fēng)速計算

式中：v——最小允許風(fēng)速，v≥0.15m/s。

得到Q=1000m3/min。

4）由于采用無軌運輸，現(xiàn)按照洞內(nèi)使用內(nèi)燃機械對通風(fēng)量進行檢核。工作面考慮施工高峰期需要的內(nèi)燃機械使用情況：裝載機1臺（功率214kW）；汽車3臺（每臺功率206kW）；罐車1臺（功率235kW）；總功率1067kW。則稀釋內(nèi)燃機排出廢氣的需要空氣量

式中：β——內(nèi)燃機產(chǎn)生有害氣體，按照有凈化裝置機械產(chǎn)生的CO氣體為0.09×10-3m3/（min·kW）；

P——內(nèi)燃機功率，1067kW；

K——允許濃度，取0.008%。

得到Q=1200m3/min。

以計算的最大值作為通風(fēng)設(shè)計量，即工作面所需風(fēng)量應(yīng)＞1200m3/min。

根據(jù)風(fēng)管生產(chǎn)廠提供的技術(shù)指標(biāo)，采用φ1.5m的PVC高強長纖維絲布基風(fēng)管，百米漏風(fēng)率正常情況下可控制在1%，通風(fēng)距離考慮1600m，據(jù)此計算系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)P=1/（1-1/100·P100）=1.19。

因此要求風(fēng)機供風(fēng)量≮P·Q=1.19×1200=1428（m3/min）。

3.1.2 風(fēng)壓計算

整個通風(fēng)系統(tǒng)要克服通風(fēng)阻力并在風(fēng)管末端風(fēng)流具有一定的動壓，克服通風(fēng)阻力完全取決于系統(tǒng)靜壓。故計算系統(tǒng)阻力即計算動壓和靜壓之和，作為系統(tǒng)提供的風(fēng)壓，見表1。

表1 風(fēng)壓計算

根據(jù)以上計算結(jié)果，選用直徑1.5m的風(fēng)管供風(fēng)，全壓4000Pa的風(fēng)機能滿足施工要求。

3.2 施工工藝減塵

3.2.1 濕式鑿巖技術(shù)

本工程采用的濕式鑿巖技術(shù)是在風(fēng)動鑿巖機和風(fēng)槍等鉆孔設(shè)備上配備注水裝備，鉆孔的同時向孔內(nèi)注水，使其產(chǎn)生的粉塵吸附于水流之中，極大地減少了空氣中的粉塵。據(jù)調(diào)查，采用干式鉆孔施工，其施工核心區(qū)粉塵濃度高達600mg/m3左右，而本工程所采用的濕式鑿巖工藝核心區(qū)實測粉塵平均濃度僅為40mg/m3左右，極大地減少了粉塵含量。

3.2.2 水封爆破技術(shù)

水封爆破防塵措施是指用不燃的塑料薄膜制成的盛水袋子代替用粘土做成的炮泥，即水泡泥封堵爆破眼口，爆破時水泡泥中的水分被霧化，可使塵粒濕潤、結(jié)團而減少粉塵產(chǎn)生量。使用水泡泥除塵效果十分明顯，除塵率一般為63%～80%。

3.2.3 濕噴混凝土技術(shù)

濕式噴射混凝土的基本原理是將攪拌好的混凝土送入濕式噴射機，用壓縮空氣在噴嘴處與從計量泵壓到噴嘴的霧化速凝劑混合，形成料束，噴到受噴面上。濕噴工藝作業(yè)面周圍粉塵濃度實測值在2mg/m3以下，混凝土回彈降低至20%左右。

3.3 輔助降塵技術(shù)

3.3.1 水霧降塵技術(shù)

資料表明，噴霧曬水具有一定的降塵效果且當(dāng)水霧運動速度越大、噴霧范圍越廣，其降塵效果越明顯。利用隧道內(nèi)高壓水管，連接25mm高壓水管并沿著拱身150°均勻布置9個高壓噴頭，噴頭均朝向掌子面方向斜向下45°布置，實現(xiàn)隧道全斷面無死角噴霧。高壓噴霧裝置布置于距掌子面30m左右位置，在每次掌子面爆破前開啟閥門。

3.3.2 內(nèi)燃機凈化降塵

采用無軌化作業(yè)，這在提高功效的同時，也加重了隧道內(nèi)空氣污染。內(nèi)燃機所產(chǎn)生的有害廢氣是隧道內(nèi)主要污染物之一，如不采取有效措施處理內(nèi)燃機廢氣，將對隧道內(nèi)施工作業(yè)人員身心健康產(chǎn)生極大影響。在施工過程中，對所有在隧道內(nèi)施工作業(yè)的大型機械加裝了汽車尾氣凈化器并定期更換凈化藥品，極大地改善了洞內(nèi)空氣質(zhì)量。

3.4 個體防護技術(shù)

呼吸是粉塵進入人體的最主要原因，因此，隧道施工、管理人員作業(yè)時必須佩戴防塵口罩以隔絕空氣中的粉塵并且定時更換新口罩。此外，在隧道粉塵濃度極高的地方，施工作業(yè)人員應(yīng)佩戴防塵護目鏡以防止粉塵損傷角膜并在耳道內(nèi)放入棉花球護塞以免產(chǎn)生耳垢栓塞。

4 結(jié)語

特長隧道的消煙降塵效果將直接關(guān)系到隧道的施工環(huán)境、施工工期以及工程成本。本文詳細闡述了半巖子隧道通風(fēng)降塵措施，以壓入式通風(fēng)為主，輔以濕式鑿巖技術(shù)、水封爆破技術(shù)、濕噴混凝土技術(shù)等環(huán)保工藝；采取水霧降塵、內(nèi)燃機凈化等措施，達到了在短時間內(nèi)消煙降塵的目的。根據(jù)本工程實測數(shù)據(jù)顯示，在爆破后25min內(nèi)，隧道粉塵濃度便達到相關(guān)規(guī)范要求，降塵效果明顯，縮短了工序銜接時間，加快了工程進度，對于同類隧道具有一定的參考價值。□■

[1]JTGD70—2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTGF90—2015，公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTGT_D702—2014，公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則[S].