(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074 )

TBM除塵方案研究及應(yīng)用

黃天成劉農(nóng)

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院重慶400074 )

對(duì)于長(zhǎng)大隧道的施工，通風(fēng)除塵是非常重要的。本文介紹了隧道掘進(jìn)機(jī)通風(fēng)除塵的方案、設(shè)備、應(yīng)用及配置?？梢哉J(rèn)為該設(shè)施在其他工程施工以及相似施工所借鑒。

TBM;通風(fēng)除塵;設(shè)備

一、引言

(一)研究目的及意義。TBM在掘進(jìn)時(shí)，隧道掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的過(guò)程中刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)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(dāng)長(zhǎng)，可以將隧洞內(nèi)看成是一個(gè)封閉的空間區(qū)域，這個(gè)時(shí)候隧洞內(nèi)的氧氣的體積分?jǐn)?shù)、粉塵與有害氣體濃度、隧道內(nèi)的溫度環(huán)境等指標(biāo)，它對(duì)隧道內(nèi)的作業(yè)人員、工作人員的身體健康以及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。

近年來(lái)，隨著長(zhǎng)大隧道的施工越來(lái)越多，為了加強(qiáng)作業(yè)場(chǎng)所粉塵、溫度的治理，為作業(yè)人員提供符合國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、要求的工作環(huán)境、條件以及勞動(dòng)保護(hù)設(shè)施和個(gè)人防護(hù)用品，堅(jiān)持文明施工、安全生產(chǎn)，控制職業(yè)病，對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，以便排除作業(yè)面的粉塵、降低設(shè)備溫度和作業(yè)環(huán)境溫度。保證作業(yè)人員健康和施工進(jìn)度具有重大意義。

(二)研究現(xiàn)狀。TBM與傳統(tǒng)的鉆爆法開(kāi)掘隧道比較，它的施工速度大大快于傳統(tǒng)方法，安全性和品質(zhì)好，環(huán)保。但是在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)程中會(huì)發(fā)生大批的熱量和粉塵等，因此必須通過(guò)通風(fēng)達(dá)到散熱、處理作業(yè)環(huán)境惡化的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段對(duì)于隧道通風(fēng)除塵環(huán)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(shí)踐狀況分階段采納巷道式通風(fēng)與獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，巷道式通風(fēng)階段根據(jù)計(jì)算正當(dāng)選擇風(fēng)機(jī)地位。2)西南交通大學(xué)學(xué)術(shù)論文《特長(zhǎng)TBM施工隧道環(huán)境粉塵安全控制研究》中提出中天山特長(zhǎng)隧道以數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為主要研究手段，對(duì)中天山隧道施工的粉塵控制以及除塵通風(fēng)做出了相應(yīng)的研究。

二、通風(fēng)設(shè)計(jì)

(一)通風(fēng)方式。按照我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范，隧道的通風(fēng)形式應(yīng)該根據(jù)以下幾個(gè)方面來(lái)設(shè)計(jì)，第一點(diǎn)：隧道的長(zhǎng)度；第二點(diǎn)：隧道的斷面面積；第三點(diǎn)：施工設(shè)備條件等因素來(lái)綜合設(shè)計(jì)。隧道通風(fēng)有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩類。自然通風(fēng)是根據(jù)隧道內(nèi)的氣溫差和氣壓差的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的；而機(jī)械式通風(fēng)是用動(dòng)力設(shè)備將隧道外的新鮮空氣壓入洞內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)外的氣體交換。機(jī)械式通風(fēng)是以風(fēng)機(jī)設(shè)備為動(dòng)力，加以風(fēng)筒等實(shí)現(xiàn)交換。我國(guó)隧道工程通風(fēng)除塵有以下幾種方式：壓入式、壓出式、混合式。

混合式通風(fēng)除塵系統(tǒng)圖

1-除塵管道；2-除塵風(fēng)機(jī)；3-通風(fēng)管道；4-接力風(fēng)機(jī)；5-洞外風(fēng)機(jī)；6-工作面

(二)隧洞施工所需風(fēng)量的計(jì)算。確定隧道施工所需風(fēng)量的因素包括：隧道內(nèi)同時(shí)工作的人數(shù)；一次爆破所用的最多炸藥量；隧道內(nèi)規(guī)定的最小風(fēng)速；瓦斯、二氧化碳等有毒有害氣體涌出情況及隧道內(nèi)所用內(nèi)燃機(jī)械數(shù)量等等。

按照我國(guó)工程技術(shù)的規(guī)范的要求，建筑物開(kāi)挖的技術(shù)要求等；地下建筑物的開(kāi)挖準(zhǔn)則；應(yīng)該按照下列要求來(lái)進(jìn)行。取其中的最大系數(shù)值；其公式如下：

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

其中Q1是指當(dāng)隧道洞內(nèi)人數(shù)最多是所需要的通風(fēng)量，Q2是指爆破后20分鐘內(nèi)將有害氣體沖淡至規(guī)定濃度一下所需要的通風(fēng)量，Q3是指去除洞內(nèi)有害氣體所需要的通風(fēng)量，Q4是指滿足供洞內(nèi)最小需風(fēng)量。

1、按隧道內(nèi)工作人數(shù)最多的情況來(lái)計(jì)算：

Q1=4N

其中：N-隧道內(nèi)同時(shí)工作的施工人數(shù)

Q-隧道內(nèi)所需風(fēng)量；m3/min·人

4-每人每分鐘供應(yīng)的最小風(fēng)量；

規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)每人每分鐘供應(yīng)新鮮空氣的量不少于30 m3/min，Q1=3.0N，N為洞內(nèi)同時(shí)任務(wù)的最多人數(shù)；根據(jù)我國(guó)施工安全規(guī)范規(guī)定，當(dāng)隧道的洞井海拔高度高于1000m時(shí)，其安全系數(shù)應(yīng)該乘以1.3-1.5。

2、按最大爆破炸藥量散煙的需風(fēng)量來(lái)計(jì)算：

Q2=25A

其中：A-一次爆破所需的最大炸藥量，Kg；

Q-隧道內(nèi)所需風(fēng)量；m3/min·人

25-在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將每千克炸藥所產(chǎn)的有害氣體稀釋到規(guī)定濃度以下，每分鐘所需的最小風(fēng)量；m3/min·Kg；

3、按隧道內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算：

Q3≥Vmin·S

其中：Vmin-隧道內(nèi)規(guī)定最小風(fēng)速，m/min；

S-隧道施工的最小風(fēng)速；

4、按有毒有害氣體涌出量計(jì)算：

Q4=100×q×k

其中：100-按經(jīng)驗(yàn)得出的系數(shù)；

q-隧道內(nèi)有毒有害氣體的絕的涌出量，m3/min；根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)值的平均值；

k -隧道內(nèi)有毒有害氣體涌出的不平均系數(shù)；它是最大涌出量與平均涌出量之比，由實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)而得。一般取值在1.5-2之間；

三、隧道內(nèi)的防護(hù)措施

分析對(duì)洞內(nèi)粉塵產(chǎn)生的原因，可以采取有關(guān)方法及措施來(lái)處理。首先分析隧道掌子面產(chǎn)生的粉塵對(duì)人體健康的影響。當(dāng)粉塵的粒徑小于10mm時(shí)，粉塵極易被人吸入肺泡、支氣管中，由于長(zhǎng)時(shí)間的積累，從而會(huì)引起矽肺病。二次并是極難治愈的，當(dāng)病情嚴(yán)重時(shí)，由于肺功能的喪失從而導(dǎo)致死亡。

(一)減少粉塵產(chǎn)生的措施。除塵方法是指在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，由于掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生大量的粉塵，除塵的目的是為了減小在掘進(jìn)機(jī)挖掘時(shí)的減小其粉塵量，從而可以降低隧道內(nèi)的粉塵的濃度。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是：直接、有效、環(huán)保、健康。下面來(lái)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(yùn)用外部的風(fēng)流活動(dòng)與隧道內(nèi)的粉塵結(jié)合起來(lái)，這樣就可以降低隧道內(nèi)的粉塵濃度。這也是解除隧道內(nèi)的粉塵濃度最好的方法。下面來(lái)介紹噴霧降塵的原理。

噴霧降塵：就是在隧道掘進(jìn)機(jī)上安裝噴霧器系統(tǒng)裝置，在掘進(jìn)及工作的時(shí)候，像隧道內(nèi)噴水霧，它與空氣中的粉塵相結(jié)合，粉塵在重力作用下，粉塵急速掉下來(lái)。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)粉塵的實(shí)際研究，以及數(shù)值分析計(jì)算的對(duì)比，從而估算出隧道通風(fēng)系統(tǒng)的布置，結(jié)合我國(guó)工程隧道的職業(yè)健康的有關(guān)規(guī)定，可以制定系統(tǒng)的通風(fēng)除塵系統(tǒng)來(lái)滿足工作人員的身體健康以及設(shè)備的正常工作。

[1]何承福.隧道施工局部防塵技術(shù)研究[I].北京:北京建筑工程學(xué)院,2010.

[2]湯民波.掘進(jìn)工作面壓入式通風(fēng)風(fēng)流流場(chǎng)數(shù)值模擬研究[D].江西贛州:江西理工大學(xué)，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(nóng)(1992-)，湖北孝感人，碩士在讀，研究方向：隧道與地下工程。