淺析隧道施工通風消煙除塵新技術

廖慶星（廈門市清火中興建筑勞務公司）

淺析隧道施工通風消煙除塵新技術

廖慶星（廈門市清火中興建筑勞務公司）

在隧道施工中通風消煙除塵是非常重要的，傳統的方式具有成本高、效率低以及煙霧分散等方面的缺點，急需研究出全新的通風消煙除塵技術來提升效率、降低成本。本文主要介紹隧道施工通風消煙除塵新技術，通過全新技術能夠較大程度優化施工作業環境，獲得更好的經濟效益以及社會效益。

隧道施工；消煙除塵；新技術

引言

隨著我國經濟的快速發展，我國公路、鐵路、地鐵等建設項目不斷增加，其中隧道的數量也占有很大的比例。隧道的通風消煙除塵是隧道施工中非常重要的問題，隨著人們對于環保等意識的增強，隧道施工通風消煙除塵的問題愈加突出。為了進一步優化隧道施工作業環境，提升通風效果的同時要降低相關費用，要研究出全新的隧道施工通風消煙除塵新技術。

1 隧道通風的相關原理以及施工中較為常用的方法

1.1 隧道中有害氣體以及粉塵的來源

從目前的隧道施工情況來看，隧道中的有害氣體以及粉塵的產生主要是因為掌子面放炮所造成的，在爆炸之后所造成的有害氣體主要包括CO、NO、少量的H2S、SO2以及巖塵等等。水泥塵以及煙塵等等主要是由于噴射混凝土施工所造成的。

1.2 隧道通風的相關原理

正常情況下隧道的距離都是有限的，相比于地面來說距離是比較短的，這樣就不用考慮到大氣壓的變化，只需要考慮溫度效應以及風力效應等等。按照理想的氣體狀態方程R=來看，R是常量，隨著溫度的增加體積就會變大，并且密度降低。隧道內部空氣的運動情況主要和以下幾方面因素有關：隧道內的溫度變化情況、空氣的流速等。因此在夏季等高溫天氣時就會出現隧道外溫度比較高、隧道內溫度比較低的情況，造成隧道內的空氣不容易排出。而冬季等低溫天氣隧道內的溫度比較高、隧道外的溫度比較低，隧道內的空氣比較容易排出。

1.3 較為常用的通風方法

（1）壓入式通風法。此種方法主要是通過在隧道外部功率較大的風機將新鮮的空氣通過風管道輸送到掌子面，造成隧道內的空氣壓力升高，在洞內外形成空氣壓差，洞內空氣自動流出到洞外，這樣就會稀釋有害氣體以及粉塵的濃度，并且會將有害煙塵排出到洞外，從而實現優化隧道施工工作環境的目的。此種方式的優點在于：可以形成非常潔凈的掘進工作面，在不用移動主機的前提下有利于設備進行安裝，只需要增加管道的長度即可。但同樣具有一定的缺點，例如除了掘進面之外的其余工作面會受到一定的污染，若是在夏季高溫環境或者上坡洞施工，因為是通過形成空氣壓差來排氣，這就會造成在掘進1000m以上時會在洞口300m位置向洞內形成煙帶，造成能見度較低，排風消煙效率也很低。

（2）吸出式通風。此種方法主要是通過隧道內部功率較大的風機將掌子面周邊比較污濁的空氣經由風管吸出到洞外，從而降低洞內的空氣壓力，使得洞外部的新鮮空氣補充進來，這樣就能實現優化工作環境的目的。此種方式的優點在于：可以將有害煙塵直接的排出到洞外部，比壓入式通風法能夠達到更好的效果。此種方法的缺點是風機需要隨著隧道掘進度而進行移動，風管也需要接長，并且通風是斷斷續續的。另外，為了避免出現爆破飛石的情況，一般情況下風機都是安裝在距離掘進面比較遠的位置，這就會在一定程度上限制排污的效果，并且在夏天高溫季節排出的煙塵會在洞口聚集，比較容易造成回流的情況。

（3）壓吸結合式的通風。此種方法主要結合了吸取壓入以及吸出通風方法的優勢形成的，此種方法具有比較高的效率，但是需要使用更多的設備并且耗能比較大，通風的費用也比較高。

（4）豎井通風。此種方法主要在隧道適當的位置拱頂到地表挖出豎直的通道，利用洞內外形成的氣壓差以及溫度差形成煙囪效應，這樣就能夠將有害的煙塵等排出到洞外，從而使新鮮的空氣補充到洞內，就會在洞內改善空氣質量。但是此種方法因為豎井的位置相對固定，并且消耗費用較大，所以不宜多設，同時還要輔以其他通風方式進行配合共同使用。

除了上述主要方法之外，在實際的工程施工當中也可以采用爆破后高壓水噴淋等方式進行除塵，這些方法雖然能夠起到某些效果，但是會受到客觀因素的限制。

2 隧道施工通風消煙除塵新技術

作者參加的項目為張石高速公路淶源至曲陽段高速公路中淶源至淶水段隧道工程施工，起點為淶源張家口-保定界，銜接張石高速公路張家口段；終點位于淶水樞紐互通，銜接張石高速公路淶水至曲陽段及密涿支線，中間與規劃榮烏高速公路相連接。作者參加的合同段有隧道兩座，紫荊關Ⅰ號隧道左線長4125m，右線長4137m，紫荊關Ⅱ號隧道左線長181米，是本合同段的控制性工程，即工程重點。合同工期3年（實際施工2009年3月～2012年10月）。

紫荊關Ⅰ號隧道為特長隧道，隧道的通風是關鍵，隧道洞身部位發育有斷裂帶，巖層較破碎，易坍塌，確保施工時圍巖的穩定和施工安全，為隧道快速、安全、有序地展開施工創造條件，是本合同段施工的一個難點。

在隧道施工中，掌子面的爆破主要是通過炸藥爆炸瞬間所產生的大量能量，通過高溫高壓形式形成的沖擊波以及氣體來沖擊周邊的巖石使其破裂。在巖石破裂的同時還有很多剩余的能量會無畏消耗掉，這些能量可能會造成空氣的沖擊、飛石、掌子面氣體溫度上升以及地震等方面的問題。

而全新的隧道施工通風消煙除塵采用的是濕式除塵技術，此技術主要是通過所形成的溫差效應在掌子面的周邊形成循環流。按照本項目施工現場的情況進行測量得知，掌子面在爆破前后具有5～8℃的溫差，在爆破后所形成的煙塵主要位于掌子面40m范圍內的拱頂。因為溫差的存在，會形成上部為高溫氣體、下部為冷空氣，在離掌子面30m位置較小的錐形體。將軸流風機安放在錐尖部位，發生爆破后所形成的煙塵會在拱頂位置被軸流風機吸出而輸入到濕式除塵器內部，在液體和含塵氣體相互接觸之后，依靠煙塵本身所具有的慣性會和液體發生碰撞、擴散以及粘附，之后這些粘附后的塵粒會相互凝聚，這樣就會使塵粒和氣體得到分離，分離后所得到的冷空氣就可以通過風筒來改變方向參與到掌子面的污濁氣體循環系統中去。

通過此技術的應用能夠將絕大多數的粉塵以及有害氣體吸除掉，從而對掌子面的空氣質量進行一定的改善，并且能夠降低隧道施工中的通風費用。與此同時和壓入式通風進行配合使用，可以較有效的解決隧道施工通風消煙除塵的目的。

3 濕式除塵設備的基本構成

濕式除塵設備主要包括以下幾部分，分別為：隧道軸流通風機、自制的行走工作平臺以及沖擊水浴式除塵器等等，如圖1～2所示。

圖1 濕式除塵法的基本構成

圖2 濕式除塵設備橫斷面示意圖

（1）設備動力系統介紹。濕式除塵設備動力主要采用的是洞內的380V動力電，要按照通風機所需要的功率來明確掌子面的電壓降。在隧道內部準備一臺能夠移動的變壓器，同時配備相應規格的電纜。

（2）設備吸塵系統介紹。主要是通過一臺軸流通風機進行煙塵的吸入，從拱頂位置將污濁的空氣吸入。軸流通風機的功率為55kW。

（3）設備行走系統介紹。主要是通過一臺自制的臺架當成移動工作平臺。隧道所用的軸流通風機設置在噴射混凝土的臺架頂部。

（4）沖擊水浴式除塵設備介紹。沖擊水浴式除塵設備主要包括以下幾部分，分別為：通風機、除塵器、排泥漿設備以及水位自動控制裝置等等，如圖3所示。

具有煙塵的空氣進入到進氣室3之后會和洗滌液進行混合，相對比較粗的塵粒因為受到慣性的作用而進入到液體中，但是相對比較細的塵粒就會跟隨氣體一起經過“S”形葉片通道2（通過速度為18～35m/s），氣體通過通道位置時會對液體造成比較強烈的沖擊，就會形成非常大量的水花，這樣就能夠和液體進行充分的接觸，塵粒就會和液滴充分融合在一起，使空氣得到凈化。得到凈化之后的氣體需要通過氣液分離室10以及擋水板4，在將水滴去除之后排出。和液滴融合后的塵粒會下降到漏斗的底部位置，并且會按照規定時間間隔排出。設備內部水位的高低是通過溢流箱8來控制的，在溢流箱的頂蓋上具有自動控制裝置6來控制水位情況，用來確保除塵器的水位處于恒定狀態，這樣就能夠有效確保除塵效率的穩定可靠。若是所用的除塵器體積比較小，那么可以使用比較簡單的浮漂來進行水位的控制。針對此項隧道施工通風消煙除塵來說，單位長度葉片處理風量可以采用5000～6000m3/（h·m）。

圖3 沖擊式除塵器工作原理示意圖

4 結束語

濕式除塵法和壓入式通風法進行聯合使用，對于隧道施工通風消煙除塵來說是一次全新的技術革新，這種方式能夠有效優化掌子面空氣的質量情況，能夠改善施工環境，特別是在隧道掘進1500m之后可以體現出非常明顯的經濟效益。

［1］趙應華.長大隧道施工通風消煙除塵新技術［J］.山西建筑，2008（11）：33～37.

［2］袁俊青.隧道施工隔離置換通風技術［J］.價值工程，2016（15）：73～76.

［3］王祥，熊勝.消煙降塵系統在長大隧道施工中的應用研究［J］.鐵道建筑，2010（12）：69～73.

［4］王新民.“活塞”式隧道消煙除塵新方法［J］.鐵道建筑技術，2007（02）：21～24.

U453.5

A

2095-2066（2016）30-0190-02

2016-10-13