高空噴淋降塵系統在高邊坡開挖中的應用

潘新波

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

1 工程概況

黑河黃藏寺水利樞紐工程位于甘肅、青海祁連山腹地，壩址位于黑河峽谷進口下游約1 km 處，壩址區兩岸山體雄厚，河谷狹窄，呈“V”型谷。右岸岸坡坡度一般為45°～60°，左岸岸坡陡峭，坡度一般為60°～80°，兩壩肩地形略顯不對稱。風化層水平埋深45～50 m，邊坡左岸257.0 m，右岸256.0 m，土方開挖總量146 萬m3。碾壓混凝土重力壩，最大壩高123.00 m，壩頂寬度10.0 m，壩頂長度210.0 m，壩頂高程2 631.00 m，共分9個壩段。

2 高空噴淋降塵系統施工

2.1 總體思路

目前，國內高邊坡開挖施工中，通常采用自帶除塵裝置的鉆孔設備、人工水管淋濕地面、灑水車灑水等措施降塵。而對于邊坡高陡、地理條件有限、溫差變化較大的工程部位，灑水車無法大面積灑水，人工灑水降塵效率低，降塵效果不理想，為全面有效地解決開挖面的揚塵污染。在大壩開挖區左、右壩肩處設置3套高空噴淋降塵承載設施，將高壓水通過噴淋管和360°旋轉灑水噴淋噴頭，通過調節供水壓力，在高空中形成細微的雨霧狀態，對開挖區實現全覆蓋降塵，達到減少揚塵的目的。

2.2 工藝原理

在施工區上方采用高位水池為噴淋供水管道提供水源，控制噴淋用水最大供水壓力為2.0 MPa，從供水源接水管引至承載索高程的供水管道處，供水管道形成進出循環回路調節供水壓力；在開挖區左、右壩肩處沿壩軸線設置3 條承載索和相應的牽引索，由兩岸將串聯的噴淋管道和噴頭輸送至大壩軸線中心位置合龍，形成每條承載索上間距相對一致的一組噴淋頭，根據噴淋需要，三組噴淋頭形成矩形或梅花型排列，以便噴霧時，在間距上形成不同的噴霧姿態；噴淋供水管采用高強度防凍PVC管，保證冬季系統的正常使用，噴淋管按照河谷寬度和噴頭間距尺寸計算準確后，由兩側向中間滑移到位，實現作業面覆蓋；噴頭采用360°旋轉噴淋系統，噴嘴方向實現調節，通過調整噴嘴角度及水壓，控制單個噴頭的噴灑范圍、水霧姿態，即每個噴頭上4 組出水口和每組孔的角度方向調節，使噴灑頭噴出的水霧形成互補和加強，從而達到最佳的噴淋降塵效果；噴淋系統采取左右岸兩側開合式覆蓋，左右岸噴淋系統可單獨操作，也可根據需要調整其噴淋強度，降低施工成本；冬季采取水管保溫和用水加熱技術，實現低溫條件下的正常使用；在輸水管道前置氣水混合裝置，可實現噴淋霧粒直徑的調 整。高空噴淋系統布置見圖1。

圖1 高空噴淋系統布置圖

2.3 使用范圍

適用于高陡狹窄河谷地形地區的爆破開挖施工降塵施工，對高邊坡開挖爆破降塵及自上而下倒運石渣產生粉塵地區，采用該噴淋系統可根據施工時段控制施工用水和噴淋范圍，實現開挖作業區覆蓋。

對于地勢平坦的開挖區，在采取濕式施工法作業的同時，也可參照上述施工原理，對承載索及牽引索采取塔架布置方式[1]，并利用該原理實現降塵作業。

2.4 噴淋系統設計

為便于噴頭及噴頭組合對開挖作業區的覆蓋，噴淋頭安裝及噴淋頭組合后，將噴淋頭采取懸掛的方式布置在作業區上方，并由每個噴淋頭控制的噴霧面積組成相應的疊合，實現開挖區上方的全覆蓋。

噴淋頭采取在開挖區上方布置承載索的方式進行懸掛，為方便噴淋頭的檢修及噴嘴角度調整，并方便其與岸坡馬道上布置的供水管道相接，噴淋頭懸掛方式采取移動式設計，即利用牽引設施使噴淋頭實現其在壩軸線方向兩側的自由移動，根據開挖和噴淋覆蓋面積的需要，實現單側覆蓋、全面覆蓋，達到覆蓋面開合自如的效果[2]。

承載索與壩軸線平行，布置在開挖區開口線上方約10 m左右，由布置在左右岸壩肩邊坡上的錨碇裝置鎖定牢固，三線承載索平行間距30 m，控制噴頭噴淋半徑約10 m的搭接范圍，防止噴頭組合范圍內在噴淋時出現覆蓋搭接“盲區”。

每條承載索上分左右岸布置成兩組噴淋頭組合，噴淋頭采取串接方式，每個噴淋頭間距控制在30 m左右，控制噴淋頭噴水半徑的搭接。

為方便每條承載索上噴淋頭組合的移動，在承載索的中軸位置設置一個固定錨點，錨點上布置兩個滑輪，滑輪上牽引索的一端與噴頭組合體的前端相接，牽引索的另一端與噴頭組合體的后端相接，并與岸坡馬道上布置可正反向轉動的卷揚機及滾筒相接，啟動卷揚機的正反按鈕，即達到噴淋頭組合的收放。

2.5 噴淋系統安裝及操作

2.5.1 承載安裝

施工時在左右壩肩各布置一個固定承載索錨碇，每個錨碇采用3～5根直徑為25 mm錨栓，錨栓入巖深度不小于5 m，單根錨桿抗拉拔力不小于80 kN。

進行承載索施工時，將承載索所需的鋼絲繩運到左岸EL2711 平臺，然后將繩索的一端用鋼絲繩卡環和8 mm 的鋼絲繩連接，連接完成后將直徑20 mm的尼龍繩從左岸拋向河床，同時右岸EL2711平臺的尼龍繩一端和絞盤連接，另一端頭從右岸拋向河床，將左、右兩岸的繩索相連后，右岸的絞盤開始將繩索進行收回，靠繩索的牽引將承載索從左岸拉升至右岸，最后和兩岸的錨點固定。重復上述工作，完成3 條承載索安裝及鎖定。承載索直徑8 mm，左右壩肩單根長520 m，采用千斤頂張拉鎖緊。

2.5.2 牽引索安裝

在承載索安裝時，在承載索中部采用鋼夾板將2 個滑輪固定在承載索上，滑輪分別作為壩肩左右索引索的固定端，牽引索通過滑輪后，將其繩索拉直后使其甩頭預留在承載索的兩個錨固端，用8#鉛絲綁扎在承載索上。

承載索固定后，解除8#鉛絲，并將其兩個甩頭分別通過設在岸邊的絞車與噴頭組合的兩端相接，控制絞車轉筒上正反兩個方向的牽引繩索在轉筒上的纏繞長度大于移動長度3卷以上。

2.5.3 噴淋頭組裝

噴淋頭采取串聯方式，相鄰兩個噴淋頭采用PVC管首尾相連，根據旋轉噴頭的噴射范圍按照間隔20 m安裝一個，旋轉噴頭采用塑料快速接頭直接安裝。

噴淋頭組裝完成后，先用小壓力進行供水試驗，檢查各噴頭的運行狀況，一切正常后將水壓保持在正常水壓狀態30 min進行試運行，否則完成維修和調整后，將噴淋頭組合與牽引索相接。

每個噴淋頭下設一個滑輪，將滑輪劃槽部分扣在承載索上，在滑輪的背面安裝扣件使牽引索與滑輪相接，并將噴頭的連接水管固定在滑輪背面。噴淋水管根據開挖邊坡的范圍由兩岸向中心移動進行輸送。

轉動牽引索轉筒，將噴淋頭組合由兩岸向河床中心方向移動，完成噴淋頭對開挖區域的覆蓋。

2.5.4 設備的維修與保養

根據施工所用的強度需要，磨損較為嚴重的旋轉噴頭一般在1～2 個月進行更換。更換方式比較簡便，施工人員首先將噴淋所用的水管進行關閉，然后將供水管向岸坡邊進行收回，收回后將磨損嚴重的噴頭拆除更換，更換完成后再將噴頭設備放置在原位。

2.5.5 高寒地區低溫條件下的噴淋施工

為保證冬季開挖施工正常進行，噴淋設備的主供水管道部分采用橡塑海綿和鐵皮進行包裹防護，噴淋設備部分，在夜間低溫時將水排干并用風吹干，防水結冰對水管造成的破壞。

冬季溫度較低時，提前對水進行加熱處理，每天氣溫處于0℃以上時，進行灑水降塵；全天溫度處于0℃以下時，不進行灑水降塵作業。

3 高空噴淋降塵系統優越性

（1）灑水車作業局限性大，一般只能在道路灑水中使用，不能使用于邊坡降塵。灑水車在噴灑過程中一般為較為大的水柱，若在邊坡噴灑，如果邊坡中存在裂隙，噴灑的水會對邊坡造成安全影響，而且灑水車施工成本較高；霧炮機降塵施工，噴射的范圍和距離較近，所需要的成本高，后期維護成本也高。

（2）采用懸掛式高空噴淋設備，所購置的材料和器具、容易購買，施工安裝較為簡單，在開挖區呈均勻分布，噴灑過程水珠形成雨霧，對開挖過程施工中產生的揚塵進行抑制，改善了施工的作業環境，而且后期維護費用低，材料可以回收再利用。

（3）與傳統降塵施工相比，噴淋降塵系統覆蓋面積大。對水箱進行加熱后，在低溫冰凍條件下噴淋降塵系統也能夠正常使用，能夠滿足高寒高海拔地區冬季施工的需要。

4 結語

本工程所在地屬于甘肅、青海祁連山國家級自然保護區，開挖量為146 萬m3，開挖所需工期為36個月，施工工期較長，因道路等各方面因素的制約，用常規霧炮手段不能達到預期的效果，采用高空噴淋降塵系統有效抑制了開挖過程中產生的揚塵，改善了施工環境，保障施工人員的健康，提高施工效率。高空噴淋降塵系統可以為類似項目提供參考。