摘要：矿山法隧道爆破施工容易造成大量的粉尘污染，常规的方法是通风除尘，不仅效率不高，还会造成一线工作人员的健康问题。针对爆破施工大量粉尘问题，以深圳地铁2号线三期工程2131标段工程为依托，水雾捕尘技术在隧道爆破中的应用，起到了良好的除尘效果。为隧道除尘技术积累相关施工经验、为后续类似工程施工提供指导。
关键词：矿山法隧道；爆破；水雾捕尘；除尘效果
1前言
爆破开挖在矿山法隧道施工中已得到最普遍的应用，也是最简单快捷的方法。但近年来，国家对环保及职业病防治的要求越来越高，普通的隧道爆破开挖会产生大量的粉尘，对周边环境及作业人员生命健康造成严重影响。本文通过现场实例分析水雾捕尘技术在隧道爆破中的使用效果，为隧道爆破施工有效解决爆破产生的粉尘提供参考。
2工程概况
深圳地铁2号线三期工程起于既有新秀站末端，终于莲塘站站后折返线。线路全长3.83km，分三站三区间。其中莲塘口岸站~仙湖路站区间（以下简称“莲仙区间”）是全线第二个矿山法区间。区间隧道采用单洞单线标准马蹄形断面，隧道沿塘排山下穿行，矿山法长1324.95m。
由于莲仙区间隧道均为单端掘进，隧道开挖主要为非电微差雷管爆破，其中在隧道爆破、岩石清理和运输、隧道支护打眼、水泥喷浆过程中产生大量扬尘，污染隧道内空气环境，影响作业人员健康，需要对这些粉尘进行控制处理。
3污染排放控制措施
3.1国家污染排放控制指标
根据环保法规要求，居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区、农村地区执行二类排放标准，深圳轨道交通2号线莲仙区间施工区域符合这个范围标准要求，具体要求见下表。
表1 污染排放浓度限值
《环境空气质量标准》（GB3095-2012）
表2 工作场所空气中粉尘允许浓度
《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2010）
《工业场所有害因素职业接触限值第1部分化学有害因素》（GBZ2.1-2007）
根据深圳地铁2号线莲仙区间隧道地勘资料，其主要穿越的是石英砂岩层，根据表2数据石英砂岩中游离SiO2含量高于50%，因此在莲仙区间隧道作业空间应控制空气中的粉尘浓度总尘小于0.7 mg/m3，呼吸尘浓度小于0.3 mg/m3。
3.2现场污染源分析
根据对隧道施工现场调研分析，现场产生粉尘污染源主要有以下几个方面。
1）爆破作业产尘
爆破作业时炸药的爆炸反应是一个高温、高压和高速的过程，在爆破作用下岩石严重破坏并粉碎成微小粒子，在爆破冲击波的作用下大量的岩石被抛出，粉尘被高压气体吹散到空气中，工作面粉尘浓度最高可达300~500 mg/m3，使用炸药威力越大产尘量越高。
据实测资料干式爆破后1分钟内粉尘浓度可高达400~1500 mg/m3，10分钟内达50~100 mg/m3，15分钟内达30~50 mg/m3，这些浓度都远超过标准要求。
2）初期支护作业产尘
隧道工作面掘进出空间后，需要进行初期支护，确保围岩稳定性。莲仙隧道采用锚喷支护工艺，即使用锚杆和喷射混凝土支护围岩工艺。打锚杆眼时凿岩机破碎岩石产生扬尘，喷射混凝土浆时也会产生大量粉尘。
3）装载运输产尘
爆破后的碎石进行移除装载和运输过程中也会产生粉尘，根据检测运输装载可使风流中的粉尘浓度增加5~10 mg/m3。
3.3水雾捕尘处理技术方案
1）技术工艺选择
根据对隧道施工现场粉尘产生情况分析和技术比选，为有效控制施工作业粉尘污染，同时尽量节省运行成本，选择水雾捕尘工艺做处理。
通过喷洒水雾与作业产生的粉尘碰撞、捕集，在重力作用下降落到地面，操作维护简便。捕尘水雾水粒径很小，不会对正常生产作业产生影响。
2）具体实施方案
沿隧道横截面方向设置一排拦截捕尘喷嘴，全截面控制隧道粉尘的外扬；对喷浆施工作业点设置侧向捕尘水雾装置，可以对爆破点和装卸作业区域进行处理。
图1捕尘水雾产生原理
图2 水雾捕尘设备工作状态
图3 横截面水雾产生图
图4 侧向水雾产生图
图5 纵向水雾产生图
隧道爆破时横截面拦截捕尘水雾开关开启，对爆破冲击波产生的扬尘进行捕集处理，防止粉尘溢出并在隧道内漫延。爆破结束后开启纵向捕尘水雾开关捕集爆破点区域的扬尘，这样可以很快控制爆破产生的扬尘使隧道内空气保持洁净，可以快速进入作业状态。
支护喷浆作业时开启横截面拦截水雾开关控制水泥粉尘外溢，同时可开启侧向水雾喷嘴对喷浆作业点进行洒水，抑制作业粉尘的产生。
车辆装卸作业时可开启纵向水雾开关喷嘴对作业点进行洒水作业，如果产尘量大的话可以开启横截面捕尘水雾开关。
为节省投资费用和便于操作，捕尘水雾系统安装在隧道作业台车上，上部喷嘴可以伸降以防止台车移动时碰撞损坏，与水管和压缩空气管连接采用软管快速接头连接。
因隧道爆破危险性较大，捕尘水雾系统采用全自动控制运行，配置遥控器操作，最大遥控距离为100米。
通过对处理前后的粉尘浓度进行现场测量，并通过科学手段分析，提出水雾捕尘技术在粉尘处理中的优越性。
4水雾捕尘系统效果分析
在隧道内设置一台在线粉尘浓度监测仪对隧道内粉尘分布进行连续监测，爆破后隧道内粉尘分布和水雾捕尘处理后的浓度分布数据如图6所示：
图6隧道粉尘浓度测试结果
注：涂表中 ○——为爆破后直排粉尘浓度分布，
□——为水雾除尘系统处理后的粉尘浓度分布。
从图表中可以看出水雾捕尘系统处理前后隧道内的粉尘浓度分布有很大变化。水雾捕尘系统对隧道爆破后粉尘的处理效果如表3所示，从表中可以看出隧道内粉尘的浓度、粉尘在隧道内停留时间、逸出到大气中的粉尘量都有很大的改善。
表3 水雾捕尘开启前后隧道内粉尘情况对比
（1）莲仙隧道在正常爆破时，每次爆破通过洞口逸散到大气中的粉尘量为200~300g，这些粉尘量对空气污染可能造成的影响如表4所示；
表4 单次爆破产生粉尘量对大气造成的危害
（2）通过水雾捕尘系统处理可以有效地抑制粉尘的扩散，通过水雾捕尘系统处理后粉尘逸散量（排放到大气环境中的量）减少85%以上；隧道内粉尘扩散停留时间缩短了60%以上；隧道内粉尘的峰值浓度降低了70%以上。
（3）采用水雾捕尘技术可以有效的控制隧道爆破后产生的粉尘污染，有利于大气环境的保护，进一步起到预防职业病的效果，并且水雾捕尘系统运行对隧道现场施工作业和施工环境没有影响。
（4）工效分析
尘肺病的发生与吸入的粉尘性质和量有关，吸入量越多发病可能性越大，粉尘吸入量主要由粉尘浓度和接触时间决定。
下列公式为人体对粉尘吸入量的安全阀值的理论公式，在机体代谢能力不变情况下，减小空气粉尘浓度可以延长人与污染空气的接触时间。
——人体对粉尘吸入量的安全阀值，mg；
——浓度随时间的变化函数，mg/m3；
——人体对污染物质的代谢速率，mg/s
——人体呼吸道吸入气流速率，m/s；
——人体呼吸道吸入面积，m2。
5结语
爆破后隧道内粉尘量浓度过高导致工人不能正常进入隧道施工作业，峰值浓度降低和粉尘停留时间减少，可以相应缩短工人在隧道外停留等待时间，提高工效。通过试验，隧道内粉尘量降低85%，可以允许的工作停留时间增加5.6倍，可有效提高施工效率。
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论文作者:宋勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/25
标签：粉尘论文; 隧道论文; 水雾论文; 作业论文; 浓度论文; 区间论文; 横截面论文; 《基层建设》2019年第3期论文;