摘要：隧道施工环境属于半封闭空间，在爆破、出碴、喷射混凝土等施工过程中均会产生大量粉尘与有害气体，空气质量的好坏不仅直接关系到施工人员的健康，而且在一定程度上影响会隧道的施工进度。为了改善隧道空气质量，实现隧道绿色施工，依托红岩村隧道项目，项目团队在隧道内部开展了不同施工阶段空气质量检测及降尘试验，对常规通风与雾炮+水幕降尘两种条件下隧道空气质量进行评价，为长大隧道施工空气环境改善提供技术支持。
关键词：粉尘 有害气体 长大隧道 通风降尘 雾炮 水幕 空气环境改善
1 引言
在长大隧道施工中，通风降尘一直是一个难题，传统采用抽排风技术，随着隧道深度增加，风压降低，风损增大，依靠单一的通风降尘，隧道内部空气质量很难达到一个理想的状况。
2 工程概况
红岩村隧道左线起止里程为ZK3+764.62～ZK7+488.16，全长3723.54 m；右线起止里程为YK3+765～YK7+480，全长3715 m，最大断面195.58 m2，根据施工组织设计安排，五台山隧道分部需独头掘进约2km，掘进深度超过1km隧道应进行施工通风降尘专项设计。
3 方案比选
3.1 常规通风
常规通风条件下爆破出碴阶段隧道各处粉尘浓度典型检测结果如图1所示，爆破时间为9:48。9:59在二衬处开始第一次检测，TSP浓度高达17.6 mg/m3；10:05在仰拱处开始第一次检测，TSP浓度为3.8 mg/m3；10:11在掌子面处开始第一次检测，TSP浓度为12.46 mg/m3。由此可见随着爆破后粉尘由掌子面向隧道空间扩散，其浓度有所下降，但由于二衬台车的阻挡，在该处粉尘有较明显的聚集。10:23在二衬处开始第二次检测，TSP浓度迅速降至3.49 mg/m3；10:30在仰拱处开始第二次检测，TSP浓度为2.3 mg/m3；10:35在掌子面处开始第二次检测，TSP浓度为7.25 mg/m3。随着通风时间的增长，各处粉尘浓度进一步下降，至11:20左右，掌子面、仰拱、二衬粉尘浓度分别为1.54、0.86、1.46 mg/m3，均达标（粉尘浓度不大于2 mg/m3），此时距爆破时间约90 min。
图 1 爆破出碴阶段粉尘检测结果
3.2 雾炮水幕辅助降尘
雾炮辅助降尘条件下五台山工区红岩村左线隧道爆破出碴阶段各处粉尘浓度检测，爆破时间为9:35。雾炮车于9:59开始对掌子面喷射水雾，持续时间为10 min。由测试结果可见，掌子面处粉尘浓度在15 min内由13.05 mg/m3降至3.19 mg/m3，降幅达75.6%。而在常规通风条件下掌子面粉尘由12.45 mg/m3降至4.0 mg/m3耗时约47 min，对比可见雾炮降尘效果明显。在雾炮降尘条件下，仰拱和二衬部位粉尘在爆破后约65 min就可达标，同样快于常规通风。另外，于11:00（爆破85 min后）测得雾炮降尘下左线隧道洞口处粉尘浓度为0.12 mg/m3，于10:56（爆破236 min后）测得常规通风下先期爆破右线隧道（爆破时间7:00）洞口处粉尘浓度为1.45 mg/m3，是左线隧道的十余倍。这也从侧面表明通过雾炮降尘，可将爆破粉尘控制在隧道掌子面附近，减小其对隧道其他部位的污染。
同时注意到该次测试中，雾炮降尘条件下于10:15方开启风机，若爆破后立即进行通风，降尘效果将更为显著。综上表明，雾炮辅助降尘措施对加速掌子面处粉尘浓度下降，控制粉尘扩散污染隧道其他工作面有较为显著的效果。
3.3 各阶段粉尘气体检测结果对比
接下来整理了隧道施工各阶段粉尘，炮眼钻孔和立拱架阶段粉尘气体均基本满足限值要求；喷射混凝土阶段粉尘浓度最高，超标3.5倍；而爆破出渣时粉尘及有害气体均维持在一个较高的水平，特别是CO平均浓度高达190.5 mg/m3，远超国家标准，因此爆破后除采取辅助措施降尘外，还应及时开启通风设备，加快掌子面处富集的有害气体扩散，从而为施工人员提供一
3.4 经济性对比
传统混合式通风降尘采用通风机+抽风机相结合的施工工艺，针对红岩村桥隧项目的特殊性，我们拟在本项目五台山山隧道隧道分部试点推行雾炮降尘综合通风降尘技术，并对雾炮机与传统混合式通风降尘（通风+抽风工艺）进行技术与经济对比分析。
3.5 方案确定
通过方案和经济性对比分析，采用雾炮机+通风机综合通风降尘工艺，可以从源头控制粉尘浓度和外扩路径，效率高、经济性好，绿色、环保，在城市施工可作为本项目的一个亮点，为项目及公司赢得荣誉和市场。
4 小结
检测数据表明，雾炮辅助降尘对加速掌子面处粉尘浓度下降，控制粉尘扩散污染隧道其他工作面有较为显著的效果。但同时发现，在仅使用雾炮情况下，掌子面处有害气体扩散缓慢，浓度较高。因此实际操作中，雾炮辅助降尘应配合隧道通风使用，且在掌子面爆破前应做好降尘准备工作，将雾炮车行驶至掌子面附近，爆破后及时开启通风设备并开始雾炮降尘，雾炮车由掌子面逐渐行驶至仰拱位置，将粉尘富集区内粉尘降至较低水平。
通过以上分析，建议将长大隧道空气环境改善措施分为以下几方面：一是源头控制，通过提高爆破质量，或是采用如水压爆破等技术手段，利用爆破产生的水雾从源头降尘；二是有害气体控制，建议仍通过加大通风量输入新鲜空气，使其迅速扩散浓度降至限值以下，这是目前最方便有效的手段；三是粉尘控制，在长大隧道中若仅借助常规通风，一方面通风效率低，降尘时间长，影响施工进度，另一方面粉尘随通风扩散，沿途污染整个隧道。因此爆破后应尽量将粉尘控制拦截在掌子面附近，在粉尘大规模扩散前通过一些技术手段将其降下来。从这个角度出发，雾炮降尘是一种有效的技术措施，其覆盖半径大（可达50~60m），可在较大范围内同步开启降尘。同时建议在仰拱处设置水幕降尘，通过合理控制水量，可对由掌子面扩散而来的粉尘起到一定的拦截和净化作用。另外，根据一般经验，在有条件的情况下设置通风竖井对改善长大隧道空气质量效果也十分显著。
参考文献
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[2]赵云龙 周勇 张志伟 黄文贵.被动防护网在遵义市某危岩带治理工程中的应用[J].企业技术开发（学术版）2011。
论文作者:苏井高,李金会,王勇,向明,赵腾飞,李书渝,苗春
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
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