風景區(qū)隧道施工粉塵對大氣環(huán)境影響評價研究

王 奇，王志杰

（1.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300142；2.西南交通大學交通隧道教育部重點實驗室，四川成都610031）

風景區(qū)隧道施工粉塵對大氣環(huán)境影響評價研究

王 奇1，2，王志杰2

（1.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300142；2.西南交通大學交通隧道教育部重點實驗室，四川成都610031）

為了評價風景區(qū)隧道施工粉塵對大氣環(huán)境的影響程度，結(jié)合雪山梁隧道施工實際，采用現(xiàn)場測試的方式研究施工粉塵在隧道內(nèi)的濃度及分布規(guī)律，并估算出隧道施工粉塵排放量和粉塵影響區(qū)域的大氣環(huán)境容量，進而通過比較兩者大小得出評價結(jié)論：雪山梁隧道施工對黃龍景區(qū)大氣環(huán)境的影響十分有限。研究成果可為類似風景區(qū)隧道施工大氣環(huán)境影響評價提供參考。

風景區(qū)隧道；施工粉塵；現(xiàn)場測試；大氣環(huán)境影響評價

隨著我國交通事業(yè)的建設(shè)不斷發(fā)展，隧道穿越自然風景區(qū)的情況也越來越普遍，隧道施工建設(shè)對風景區(qū)的環(huán)境影響也日益引起關(guān)注。通過隧道洞口排出的施工粉塵將直接污染大氣環(huán)境，并間接對當?shù)貏又参镔Y源、地表水資源產(chǎn)生影響，這一影響在自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)域顯得尤為突出。

目前，學者們對隧道施工粉塵測試方面已經(jīng)做了一定的研究，如：張玉偉等［1］對高海拔寒區(qū)雞丑山隧道進行粉塵現(xiàn)場測試，結(jié)果表明：不同的施工工序粉塵含量差別較大。董芹［2］提出了公路施工期粉塵測試點位的一般選擇原則。譚信榮等［3］對隧道施工中有害氣體和粉塵進行現(xiàn)場測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)對施工通風效果進行評價，對通風存在的缺陷進行完善?？偟膩碚f，學者們大多關(guān)注粉塵對洞內(nèi)施工環(huán)境的影響，對洞外大氣環(huán)境的影響則關(guān)注較少。

多數(shù)公路隧道環(huán)評都存在一個共同特點，就是在環(huán)境影響評價時以定性分析居多，定量評價很少［4］。本文嘗試通過對黃龍自然保護區(qū)內(nèi)雪山梁隧道施工粉塵的現(xiàn)場測試，估算隧道施工粉塵排放量和大氣環(huán)境容量，進而評價雪山梁隧道施工粉塵對黃龍景區(qū)大氣環(huán)境的影響程度。

1 工程概況

雪山梁隧道地處川藏高原岷山山脈，平均海拔3 300 m，屬典型高原氣候，高寒缺氧，氣壓低，紫外線照射強烈。雪山梁隧道由主洞和平導(dǎo)組成，主洞全長7 966 m，平導(dǎo)全長8 086 m，均采用獨頭掘進。隧道進口高程約為3 379.69 m，出口高程為3 370.41 m，隧道最大埋深1 120 m。隧道按二級公路設(shè)計，設(shè)計時速40 km/h。

雪山梁隧道是從西進入黃龍景區(qū)的必經(jīng)要道，隧道出口距離黃龍核心景區(qū)僅3 km，因而隧道施工是否會對黃龍核心景區(qū)環(huán)境造成影響將成為施工過程中面臨的重大問題。

2 現(xiàn)場測試方案

2.1 測試儀器及指標

測試儀器采用LD-5型便攜式測塵儀、翼式風速計。粉塵測試指標采用PM10（可呼吸入粉塵）濃度及TSP（總粉塵）濃度。

2.2 測試依據(jù)

《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》［5］（JTG F60—2009）；《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》［6］（GB3095-2012）；《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》（試行）［7］；《工作場所有害因素接觸限值》［8］（GBZ2-2002）。

2.3 測試方法

測試內(nèi)容為隧道掌子面、洞口處單個施工循環(huán)的粉塵濃度變化，以及不同施工工序洞內(nèi)沿里程的粉塵濃度變化。

現(xiàn)場粉塵測試均采用人工定點測試，在掌子面和洞口處布置兩個測點，連續(xù)測試一個施工循環(huán)，每隔10 min進行一次讀數(shù)，同一時間點連續(xù)采集3次，取平均值，測試頻率20 s/次。為了排除進出車輛干擾，測點布置在邊墻處，粉塵儀距地面高度50 cm。

由于距掌子面50 m范圍內(nèi)空氣紊流復(fù)雜，同時出于安全和人力的考慮，掌子面定點測試點設(shè)在K18+100處，距離掌子面100 m。對于不同施工工序，由洞口至掌子面沿里程間隔200 m分別布置8個測點，現(xiàn)場測試時選取各工序中間時刻進洞測試，其中掌子面爆破后通風15 min后進洞。

3 測試結(jié)果分析及結(jié)論

隧道施工粉塵現(xiàn)場測試掌子面里程為K18+ 000，距離洞口1 570 m，III級圍巖，采用全斷面開挖方式，單循環(huán)進尺3.2 m，壓入式通風，掌子面爆破使用炸藥228 kg。根據(jù)勞動衛(wèi)生標準［3］，本隧道內(nèi)粉塵最大容許質(zhì)量濃度取為6 mg/m3。

3.1 掌子面粉塵濃度測試結(jié)果

以掌子面爆破、出渣以及噴漿工序為例，分析測試結(jié)果。

由圖1可以看出，掌子面爆破35 min后開始出渣，出渣施工持續(xù)110 min。掌子面爆破通風15 min后總粉塵濃度仍為7.43 mg/m3，超過容許粉塵濃度，爆破后25 min，粉塵濃度已降至5.30 mg/m3并一直呈下降趨勢。在出渣工序開始20 min后，隧道內(nèi)粉塵濃度就已超過容許粉塵濃度，并持續(xù)至出渣工序結(jié)束。

圖1 爆破、出渣工序掌子面粉塵濃度隨時間變化

該測試循環(huán)噴漿施工持續(xù)330 min。由圖2可以看出，噴漿工序掌子面粉塵濃度呈逐漸增大再減小的趨勢，在100 min～250 min期間內(nèi)的粉塵濃度均大于容許粉塵濃度。粉塵濃度在30 min、90 min及260 min時均出現(xiàn)激增，是由于運輸車輛經(jīng)過干擾所致，可知運輸車輛在洞內(nèi)運行時會產(chǎn)生較大揚塵。

圖2 噴漿工序掌子面粉塵濃度隨時間變化

由測試數(shù)據(jù)可知，掌子面爆破后可吸入顆粒物（PM10）占總粉塵（TSP）的比例為85.5%～94.6%；出渣施工占74.5%～93.5%；噴漿施工占73.2%～100.0%。因此，掌子面各工序施工產(chǎn)生的粉塵絕大多數(shù)為可吸入粉塵，對洞內(nèi)環(huán)境的施工人員的危害極大。

將掌子面各個工序的數(shù)據(jù)合成，得到單個循環(huán)掌子面粉塵濃度隨時間變化圖，如圖3所示。隧道施工產(chǎn)生粉塵污染最大的三個工序為爆破、出渣和噴漿，立架和打鉆施工工序粉塵污染較小，其中立架工序空氣質(zhì)量最佳。在當前通風條件下，掌子面噴漿和出渣工序粉塵濃度嚴重超標時間較長，應(yīng)著重加強掌子面防塵。

圖3 單施工循環(huán)掌子面粉塵濃度隨時間變化

3.2 各工序隧道內(nèi)沿里程測試結(jié)果

以PM10為例，將各工序測試數(shù)據(jù)合成，得到圖4。由圖4可以看出，掌子面爆破15 min后，爆破瞬時產(chǎn)生的粉塵仍分布在掌子面前約200 m范圍內(nèi)，在當前通風條件下粉塵主要靠擴散排出洞外。PM10濃度與TSP濃度表現(xiàn)出相同變化趨勢，由掌子面至洞口，距離掌子面越近粉塵濃度越大。因此，必須針對各個施工工序采取防塵措施。

圖4 各施工工序PM10沿里程濃度變化

3.3 洞口粉塵濃度測試結(jié)果

以爆破、出渣以及噴漿工序為例，分析洞口測試結(jié)果。

該測試循環(huán)掌子面爆破35 min后開始出渣，出渣施工持續(xù)100 min。由圖5可以看出，掌子面爆破產(chǎn)生的粉塵在65 min時抵達洞口，使洞口粉塵濃度從0.16 mg/m3增長至0.60 mg/m3。掌子面爆破產(chǎn)生的瞬時粉塵與出渣作業(yè)產(chǎn)生的疊加粉塵在爆破后155 min即出渣作業(yè)結(jié)束后20 min時達到峰值，為2.10 mg/m3，隨后洞口粉塵濃度逐漸下降。由圖1可知，掌子面爆破、出渣施工時粉塵濃度峰值為8.69 mg/m3。洞口粉塵濃度峰值僅為掌子面粉塵濃度峰值的24.2%。

該測試循環(huán)噴漿施工持續(xù)380 min。由圖6可以看出，噴漿工序洞口粉塵濃度逐漸增大，在噴漿開始210 min后達到峰值，為1.56 mg/m3。在260 min時，工人對洞口地面進行灑水降塵，洞口粉塵濃度下降明顯，時一直持續(xù)40 min后繼續(xù)上升，可知地面灑水降塵對降低洞口粉塵濃度效果明顯。在320 min時平導(dǎo)掌子面爆破，由圖7可以看出，在平導(dǎo)爆破后70 min內(nèi)洞口粉塵濃度并未出現(xiàn)明顯增大，可知平導(dǎo)爆破產(chǎn)生的粉塵對主洞的疊加效應(yīng)有限。

圖5 爆破、出渣工序洞口粉塵濃度隨時間變化

圖6 噴漿工序洞口粉塵濃度隨時間變化

由測試數(shù)據(jù)可知，掌子面爆破施工時洞口的PM10占TSP的比重為66.0%～91.7%。掌子面出渣施工時占62.5%～100.0%。噴漿施工時占63.5%～100.0%。因此，掌子面各施工工序時由洞口排入大氣的粉塵絕大多數(shù)仍為可吸入粉塵，仍會對景區(qū)的居民及動物造成危害。

圖7 單循環(huán)洞口粉塵濃度隨時間變化

由圖7可以看出，隧道施工產(chǎn)生粉塵污染最大的三個施工工序為出渣、噴漿和爆破。在當前通風條件下，洞口整個循環(huán)的粉塵濃度均低于容許粉塵濃度。

4 隧道施工期粉塵排放量估算

在洞口粉塵測試的同時也進行了洞口風速測試，進而估算雪山梁隧道施工期向洞外大氣排放的粉塵量。

洞口風速測試頻率、方法與粉塵測試相同，每10 min測試一次，認為所測風速為該時間段內(nèi)的平均風速，雪山梁隧道主洞某i時間段內(nèi)排放的粉塵量按照式（1）估算，主洞單個循環(huán)的排放總量按照式（2）估算。雪山梁隧道單個完整循環(huán)向洞外大氣排放粉塵量按照式（3）估算。

式中：DRi為表示i段時間內(nèi)向洞外排放的PM10粉塵量，mg；DCi為表示i段時間內(nèi)向洞外排放的總粉塵量，mg；Ri為表示主洞洞口PM10的濃度，mg/m3；Ci為表示主洞洞口TSP濃度，mg/m3；Sz為表示主洞洞口斷面面積，m2；vi為表示主洞洞口i段時間內(nèi)洞口風速，m/s；ti為表示主洞洞口i段時間內(nèi)的間隔時間，s。

式中：Dz表示主洞洞口一個施工循環(huán)向洞外排放的粉塵量，mg；Di表示主洞洞口i段時間內(nèi)向洞外排放的粉塵量，mg。

式中：D表示雪山梁隧道一個施工循環(huán)向洞外排放的粉塵量，mg；Dz表示主洞洞口一個施工循環(huán)向洞外排放的粉塵量，mg；Sz表示主洞洞口斷面面積，m2；Sd表示平導(dǎo)洞口斷面面積，m2。

按式（1）計算，雪山梁隧道主洞洞口爆破、出渣等施工工序PM10排放量計算結(jié)果見表1所示。

表1 全循環(huán)主洞向大氣排放粉塵總量

由表1計算結(jié)果可知，主洞開挖進尺3.2 m的施工循環(huán)會向洞外排放658.9 g可呼吸入粉塵，向洞外共排放總粉塵759.1 g。

按照式（3）進行估算，DR=658.9×（60.35+ 29.51）/60.35=981.1 g，DC=1 130.3 g。

由以上估算可以看出，雪山梁隧道在一個施工循環(huán)內(nèi)共向洞外大氣排放粉塵總量1 130.3 g，其中可呼吸入粉塵占981.1 g。

雪山梁隧道B標每年平均進尺約880 m，該測試循環(huán)進尺3.2 m，將上述粉塵量粗略折算成全年排放量：DPM10=981.1×880/3.2=269 802.5 g= 0.27 t，DTSP=0.31 t。

5 粉塵影響區(qū)域大氣環(huán)境容量

所謂“靜態(tài)”大氣環(huán)境容量是指沒有空間和時間變化特征的容量值。國家《制定大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》（GB/T3 840-91）A值法計算的控制區(qū)排放總量，就可視為一種簡單的推算“靜態(tài)”容量。本研究借鑒該方法來計算雪山梁隧道出口粉塵影響區(qū)域“靜態(tài)”大氣環(huán)境容量［9-10］。

A值法計算公式如下：

式中：Q為污染物年允許排放總量限值，即理想大氣容量，104t/a；A為地理區(qū)域性總量控制系數(shù)，104km2/a；S為控制區(qū)域總面積，km2；Si為控制區(qū)域內(nèi)第i個分區(qū)面積，km2；CSi第i個區(qū)域某種污染物的年平均濃度限值，mg/m3；Cb為控制區(qū)的本底濃度。

計算公式中的A為地理區(qū)域性總量控制系數(shù)，主要與當?shù)赝L量有關(guān)。根據(jù)GB/T3840-91中規(guī)定，本次計算A值采取四川省控制系數(shù)最小值，取2.8。

雪山梁隧道位于黃龍國家自然保護區(qū)，屬一級功能區(qū)，執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量質(zhì)量標準》（GB3095-2012）一級標準。此次估算容量以年為單位，取《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）中粉塵濃度的年均標準，PM10的CSi值取0.04 mg/m3，TSP的CSi值取0.08 mg/m3。

國家環(huán)保部2004年組織編制的《城市大氣環(huán)境容量核定技術(shù)報告編制大綱》。大綱規(guī)定：城市控制區(qū)的本底濃度，可取各區(qū)縣清潔點測試濃度；若現(xiàn)有測試點都難以代表本底清潔水平，可取空氣質(zhì)量標準中一級標準的50%左右［11-13］。參照大綱規(guī)定，本次計算PM10的Cb值取0.02 mg/m3，TSP的Cb值取0.04 mg/m3。

雪山梁隧道出口與黃龍核心景區(qū)間有高山阻隔，并被幾座高山夾于山谷之中，從洞口排入大氣的粉塵在運移過程中會逐漸沉降至地面，很難翻越高山進入其他區(qū)域，因而將雪山梁隧道出口周邊各山脊線相連，所組成的區(qū)域作為雪山梁隧道出口粉塵影響區(qū)域，且在該區(qū)域內(nèi)只有隧道出口一個污染源。該區(qū)域面積S為29.56 km2。

將上述參數(shù)帶入式4中，計算出PM10的大氣環(huán)境容量：QPM10=3 044.7 t/a；TSP的大氣環(huán)境容量：QTSP=6 089.3 t/a

通過以上測算發(fā)現(xiàn)，雪山梁隧道出口每年向該區(qū)域大氣排放約0.31 t粉塵，其中可吸入粉塵占0.27 t，而該區(qū)域可吸入粉塵的靜態(tài)大氣容量為3 044.7 t/a，總粉塵的靜態(tài)大氣容量為6 089.3 t/a。因此，雪山梁隧道施工產(chǎn)生的粉塵污染對黃龍景區(qū)大氣環(huán)境的影響十分有限。

6 黃龍景區(qū)粉塵濃度測試

黃龍景區(qū)因受高空西風氣流和印度西南季風影響，冬季高空盛行西風氣流，降雨稀少，空氣寒冷干燥，多大風。根據(jù)現(xiàn)場粉塵測試發(fā)現(xiàn)，雪山梁隧道出口處的冬季大風風向背離黃龍景區(qū)方向，排出洞口粉塵很快消散在大氣中，朝著背離黃龍核心景區(qū)方向運動。

雪山梁隧道洞口施工區(qū)距離黃龍核心景區(qū)約3 km，中間有高山阻隔。為了進一步了解雪山梁隧道施工排出粉塵對黃龍景區(qū)的影響，測試組在黃龍景區(qū)門口設(shè)置測試點，連續(xù)測試10 h，每1 h測試一次，測試指標仍采用PM10與TSP。10 h的粉塵濃度均為0.00 mg/m3，并未測試到由雪山梁洞口排出的粉塵，進一步說明了雪山梁隧道施工排出的粉塵在當?shù)卮髿庾詢裟芰Ψ秶畠?nèi)，不會對黃龍景區(qū)造成影響。

7 結(jié) 論

（1）隧道施工產(chǎn)生的粉塵絕大多數(shù)為可吸入粉塵，對洞內(nèi)施工人員的危害極大，也會對景區(qū)的居民及動物造成影響。

（2）隧道施工粉塵污染最大的三個工序為爆破、出渣和噴漿，立架和打鉆施工工序粉塵污染較小。隧道施工應(yīng)針對各個施工工序采取防塵措施，并著重加強掌子面的防塵。

（3）平導(dǎo)施工產(chǎn)生的粉塵主要通過平導(dǎo)排出，對主洞的疊加效應(yīng)有限。

（4）利用粉塵濃度、洞口斷面面積、風速、時間四個變量來估算隧道施工期向大氣環(huán)境排放的粉塵量，采用A值法計算粉塵影響區(qū)域的大氣環(huán)境容量，通過比較兩者得出評價結(jié)論，雪山梁隧道施工產(chǎn)生的粉塵污染對黃龍景區(qū)大氣環(huán)境的影響十分有限。

（5）在黃龍景區(qū)門口并未監(jiān)測到由雪山梁洞口排出的粉塵，進一步說明了雪山梁隧道施工排出的粉塵在當?shù)卮髿庾詢裟芰Ψ秶畠?nèi)，對黃龍景區(qū)大氣環(huán)境的影響十分有限。

［1］ 張玉偉，趙飛舟，李又云.高海拔寒區(qū)隧道施工粉塵及有害氣體監(jiān)測與控制技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2014，34（S1）：297－301.

［2］ 董 芹.公路建設(shè)項目施工過程粉塵的測定研究［D］.西安：長安大學，2006.

［3］ 譚信榮，陳壽根，馬 輝.空氣質(zhì)量測試在長大隧道施工中的應(yīng)用［J］.安全與環(huán)境學報，2012，12（6）：103－107.［4］ 李啟彬.公路隧道環(huán)境影響評價中存在的問題與對策［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47（1）：8－10.

［5］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范：JTGF60-2009［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［6］ 環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.環(huán)境空氣質(zhì)量標準：GB3095-2012［S］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2012.

［7］ 國家環(huán)境保護總局.關(guān)于發(fā)布《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》（試行）的公告：公告2007年第4號［A/OL］.［2007 -01-19］.http：//wenku.baidu.com/view/035f973731126 edb6fla1059.html.

［8］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.工作場所有害因素職業(yè)接觸限值：GBZ2-2002［S］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2002.

［9］ 王 琴.基于MM5/CALPUFF研究榆林市大氣擴散條件及環(huán)境容量［D］.西安：長安大學，2013.

［10］ 張 婧，陳南祥，張福然.河南紅旗三礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理［J］.水利與建筑工程學報，2013，11（1）：144－147.

［11］ 楊紅霞.涉及隧道的市政道路項目運營期大氣環(huán)境影響評價［D］.成都：西南交通大學，2015.

［12］ 孫忠強.公路隧道鉆爆法施工粉塵運移規(guī)律及控制技術(shù)研究［D］.北京：北京科技大學，2015.

［13］ 汪 玲，劉正茂，楊旭日，等.小中甸水利樞紐工程建設(shè)對碩多崗河水文與生態(tài)過程的影響效應(yīng)預(yù)測［J］.水利與建筑工程學報，2011，9（1）：20－22.

Atmospheric Impact Evaluation for Tunnel Construction Dust in Scenic Area

WANG Qi1，2，WANG Zhijie2
（1.The Third Railway Survey And Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China；2.MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 610031，China）

In order to evaluate the impacts of tunnel construction on atmospheric environment in scenic area，field test for construction dust has been conducted in this paper，combined with the construction actual condition of Xueshanliang tunnel.Construction dust concentration and distribution in the tunnel has been tested，dust emissions of tunnel construction and atmospheric environmental capacity of dust effect area has also been estimated according to test results.The evaluation conclusion are atmospheric environmental effect of the Huanglong scenic area caused by Xueshanliang tunnel construction is very limited by comparing the dust emissions and atmospheric environmental capacity.The research results can provide reference for the atmospheric environmental impact assessment of tunnel construction in similar scenic areas.

tunnel in scenic area；construction dust；field test；atmospheric environmental impact assessment

X820.3

A

1672—1144（2016）05—0155—05

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.030

2016－06－14

2016－07－11

交通運輸部西部科技項目（2013318J13340）

王 奇（1990—），男，遼寧鐵嶺人，碩士，主要從事隧道及地下工程設(shè)計、隧道施工質(zhì)量控制技術(shù)研究。E－mail：wq9064@126.com