長大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)實踐探討

唐定勝

中交一公局廈門工程有限公司

1 引言

長大隧道施工是現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，其相應(yīng)的通風(fēng)降塵技術(shù)占據(jù)著關(guān)鍵地位。當(dāng)前形勢下，有必要對長大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)進(jìn)行充分研究，得出相應(yīng)的通風(fēng)降塵技術(shù)方法，促進(jìn)長大隧道施工質(zhì)量的改進(jìn)提升。本文就此展開了探討。

2 研究背景

隨著我國經(jīng)濟調(diào)整轉(zhuǎn)型和城市化的推進(jìn)，空氣污染問題成為社會的焦點。根據(jù)隧道爆破施工所生產(chǎn)的粉塵及有毒有害氣體，空氣凈化方案也應(yīng)體現(xiàn)出相應(yīng)的技術(shù)差異。在長大隧道工程建設(shè)過程中，其所處地域環(huán)境相對復(fù)雜，隧道鉆進(jìn)過程中面臨著含氧量低的嚴(yán)重威脅，且隧道環(huán)境中將會附著大量浮塵，空氣品質(zhì)較低，嚴(yán)重威脅施工人員的身體健康。近年來，國家相關(guān)部門高度重視長大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)造、降塵技術(shù)革新、通風(fēng)降塵效果評價等方面制定并實施了一系列重大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為有效降低隧道施工環(huán)境有害氣體濃度，循序開展大規(guī)模、高效率的機械化施工提供了基本遵循與導(dǎo)向，為長大隧道現(xiàn)場施工人員構(gòu)建起了可靠而穩(wěn)定的安全屏障。在現(xiàn)代通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用下，既可源源不斷地向長大隧道施工環(huán)境輸送供應(yīng)新鮮空氣，降低粉塵系數(shù)，而且還可為隧道工程各類施工設(shè)備正常運轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好條件。根據(jù)《隧規(guī)》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)隧道工程掘進(jìn)到特定長度時，必須進(jìn)行強制通風(fēng)。長大隧道的復(fù)雜性決定了其對通風(fēng)降塵技術(shù)的重要依賴程度，需要在施工方案及施工組織過程中予以全面考慮，將通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用作為關(guān)鍵項目予以實施。同時，廣大隧道工程施工建設(shè)單位也在優(yōu)化長大隧道工程勘測、優(yōu)化設(shè)計選線、改進(jìn)通風(fēng)降塵設(shè)備配置等方面進(jìn)行了積極探索，效果顯著。

3 長大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)路線

3.1 長大隧道施工通風(fēng)

抽出式通風(fēng):就通風(fēng)效率而言，抽出式通風(fēng)方式獨具優(yōu)勢，可在短時間內(nèi)將更高含量的有害空氣排出長大隧道施工區(qū)域范圍，快速降低隧道內(nèi)有害氣體濃度。缺點為對剛性風(fēng)管的依賴性較強，經(jīng)濟性較低。

混合式通風(fēng):根據(jù)實際布置方式的差異，混合式通風(fēng)又可細(xì)化分為長壓短抽和長抽短壓等兩種不同模式，二者在除塵裝置設(shè)定、空氣氣流流向及長大隧道綜合通風(fēng)效果方面存在顯著差異，需要根據(jù)長大隧道施工通風(fēng)降塵實際需求，綜合擇定。

巷道式通風(fēng):巷道式通風(fēng)技術(shù)需要以長大隧道建設(shè)施工中的平行導(dǎo)坑等各項輔助坑道為載體，促進(jìn)氣流在送分管路中的運行流動指數(shù)，以外來新鮮空氣取代隧道內(nèi)有害粉塵氣體，實現(xiàn)新舊交替，有序通風(fēng)。

3.2 優(yōu)化設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)，加速隧道排煙效率

為有效實現(xiàn)長大隧道通風(fēng)降塵技術(shù)的實施效果，有必要采用特定數(shù)值計算方法對風(fēng)流結(jié)構(gòu)、氣流狀態(tài)等進(jìn)行仿真模擬，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型。風(fēng)流經(jīng)風(fēng)筒進(jìn)入隧道后，一側(cè)受隧道邊壁阻擋，只有一側(cè)為自由空間，形成貼附式射流。通過觀察與研判所形成的模擬數(shù)據(jù)狀況，可實現(xiàn)對隧道內(nèi)供風(fēng)風(fēng)速的動態(tài)化調(diào)節(jié)，并實時測定隧道內(nèi)空氣有害氣體的濃度等參數(shù)指標(biāo)，形成相應(yīng)的有害氣體濃度變化關(guān)系曲線。

3.3 采用智能綜合噴霧降塵技術(shù)降低有毒有害氣體及粉塵含量

該裝置可在隧道鉆爆開挖的各個工藝環(huán)節(jié)中使用：①鉆孔鑿巖作業(yè)中的使用。隧道開挖鉆孔作業(yè)操作會產(chǎn)生大量粉塵，本系統(tǒng)可布置于掌子面前一定距離，開機后該系統(tǒng)可自動采集工作面鑿巖機震動噪聲和掘進(jìn)作業(yè)中的粉塵濃度。當(dāng)鑿巖工作開始時主控板自動采集掘進(jìn)工作面鑿巖機的噪聲，從而通過主控板在電機控制電路自動開啟高壓微霧系統(tǒng)對掘進(jìn)工作面進(jìn)行降塵，當(dāng)長大隧道內(nèi)粉塵濃度觸及允許指標(biāo)范圍是，則自動中斷噴霧。②排煙作業(yè)中的使用。因此該系統(tǒng)也可應(yīng)用在爆破過程中，爆破產(chǎn)生的強力沖擊波和聲波會出發(fā)震動傳感器。主控板接收到震動爆破傳感器的信號后開啟高壓噴霧系統(tǒng)對爆破產(chǎn)生的粉塵及炮煙進(jìn)行消除。③隧道回風(fēng)巷等固定地點的使用。該降塵系統(tǒng)可布置于主回風(fēng)隧道中對回風(fēng)中的粉塵起到沉降的作用，直到粉塵濃度降低到可允許的范圍內(nèi)自動停止噴霧。

智能噴霧降塵系統(tǒng)系統(tǒng)集成了20余中傳感器，實現(xiàn)對作業(yè)場所的智能感知。該系統(tǒng)中的噴霧控制部分構(gòu)造原理如圖1所示。

圖1 智能噴霧降塵系統(tǒng)中噴霧控制功能基本原理

該技術(shù)通過設(shè)置粉塵濃度報警值和上限值和下限值,自動啟動噴淋系統(tǒng)進(jìn)行噴霧降塵。例如：若將智能噴霧降塵系統(tǒng)的啟動噴霧濃度值設(shè)定為30mg/m3，系統(tǒng)中斷噴霧時的濃度值設(shè)為10mg/m3，則當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的粉塵傳感器在相關(guān)濃度信號搜集感應(yīng)的基礎(chǔ)上，在觸及相應(yīng)濃度值指標(biāo)時，則自動完成相應(yīng)的開啟或閉合操作，并根據(jù)濃度值的大小，自行調(diào)控噴霧強度，作用于隧道掌子面、運輸路線和運輸設(shè)備、爆破作業(yè)和噴漿作業(yè)等所有產(chǎn)生炮煙、粉塵的作業(yè)場所，在實現(xiàn)有序通風(fēng)換氣，提高長大隧道施工環(huán)境空氣的同時，吸收化解部分有毒氣體，并將瓦斯等易燃易爆氣體控制在合理水平，將潛在的空氣污染源、危險源等消滅在萌芽狀態(tài)，改善和治理粉塵作業(yè)環(huán)境，具有有效降低爆破粉塵、炮煙毒氣危害，有超溫報警保護(hù)、噴霧降溫，噴淋灑水防滅火，保護(hù)停機的功能。

裝置主機的構(gòu)造性較強，需要依托于微電腦單片機等控制單元，對系統(tǒng)電路進(jìn)行實時控制，在特定程序化的操作約束范圍內(nèi)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過顯示窗展現(xiàn)出來。在人機交互過程中，該系統(tǒng)具有較強的可視化效果，可綜合運用煙霧、聲控、濃度等多類型、多功能傳感器，配置在長大隧道內(nèi)部的不同區(qū)域和位置，配置的關(guān)聯(lián)設(shè)備不同，完成數(shù)據(jù)探測及信號指令管控等任務(wù)。該裝置具有顯著的適用性，可在復(fù)雜、惡劣、多變的環(huán)境條件中完成相應(yīng)操控，能夠長期工作而無故障?？梢酝饨訃婌F降塵設(shè)備，實現(xiàn)聯(lián)動功能。透過隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)橋信號傳輸，可以在手機、電腦等多個終端設(shè)備查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以隨時掌控環(huán)境發(fā)生的變化。

4 創(chuàng)新點——智能綜合噴霧降塵技術(shù)

現(xiàn)代自動化技術(shù)的快速發(fā)展，為長大隧道施工通風(fēng)降塵智能化操控提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件難以完成的綜合噴霧除塵任務(wù)具備了更大的可操作性。在長大隧道施工粉塵傳感器測量粉塵濃度檢測中，可進(jìn)行主控箱及各種配套傳感器的電路設(shè)計和程序開發(fā)工作和實現(xiàn)。

在噴霧用水和空氣凈化液中自動按一定比例添加表面活性劑及堿性溶液（降塵劑），從而增強粉塵和水的親和能力并且增強對酸性氣體的中和能力。

提升噴霧系統(tǒng)的實用性價值，實現(xiàn)基于自動化理念的診斷與警報功能。該噴霧系統(tǒng)設(shè)置了完備的安全保護(hù)系統(tǒng)，如系統(tǒng)缺水后，水位傳感器會將缺水信號送至CPU，再由CPU控制高壓泵停止噴霧，從而保護(hù)高壓泵缺水空轉(zhuǎn)損壞泵體。噴嘴壓力傳感器可以實時采集微霧噴頭的噴霧壓力，當(dāng)噴霧壓力過高有可能是噴頭堵塞，從而停止噴霧，對噴頭進(jìn)行更換或清污。

運用統(tǒng)計學(xué)方法和各種監(jiān)測手段，定量分析技術(shù)可行性。收集并統(tǒng)計各項工序的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和圖像、影像資料，深入分析新技術(shù)帶來的實際效果，并進(jìn)行效益分析（經(jīng)濟效益及社會效益）。最終，系統(tǒng)研究并總結(jié)出一整套適用于特長隧道全智能監(jiān)控、無人值守、綠色環(huán)保、簡單高效、自動聯(lián)動噴霧、噴淋養(yǎng)護(hù)、降塵降溫的成套技術(shù)與施工方法。

5 結(jié)語

綜上所述，通過分析研究長大隧道爆破粉塵、通風(fēng)降塵及炮煙消解等方面的內(nèi)容，可實現(xiàn)隧道施工、環(huán)境控制、安全控制之間的銜接交互，將粉塵、炮煙消除在源頭，及時、高效、經(jīng)濟的消煙降塵降溫，既降本增效，優(yōu)質(zhì)高效，又體現(xiàn)了綠色環(huán)保、職業(yè)健康的人文工作理念。將實現(xiàn)“智能、高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、健康”的全面技術(shù)革新，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+隧道施工”，具有重要的現(xiàn)實意義。將推動國內(nèi)隧道通風(fēng)降塵施工技術(shù)的升級換代，實現(xiàn)歷史性跨越，為全面推進(jìn)低碳節(jié)能型和諧社會建設(shè)作貢獻(xiàn)。