高空噴淋降塵系統(tǒng)在高邊坡開挖中的應(yīng)用

潘新波

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

1 工程概況

黑河黃藏寺水利樞紐工程位于甘肅、青海祁連山腹地，壩址位于黑河峽谷進(jìn)口下游約1 km 處，壩址區(qū)兩岸山體雄厚，河谷狹窄，呈“V”型谷。右岸岸坡坡度一般為45°～60°，左岸岸坡陡峭，坡度一般為60°～80°，兩壩肩地形略顯不對(duì)稱。風(fēng)化層水平埋深45～50 m，邊坡左岸257.0 m，右岸256.0 m，土方開挖總量146 萬m3。碾壓混凝土重力壩，最大壩高123.00 m，壩頂寬度10.0 m，壩頂長度210.0 m，壩頂高程2 631.00 m，共分9個(gè)壩段。

2 高空噴淋降塵系統(tǒng)施工

2.1 總體思路

目前，國內(nèi)高邊坡開挖施工中，通常采用自帶除塵裝置的鉆孔設(shè)備、人工水管淋濕地面、灑水車灑水等措施降塵。而對(duì)于邊坡高陡、地理?xiàng)l件有限、溫差變化較大的工程部位，灑水車無法大面積灑水，人工灑水降塵效率低，降塵效果不理想，為全面有效地解決開挖面的揚(yáng)塵污染。在大壩開挖區(qū)左、右壩肩處設(shè)置3套高空噴淋降塵承載設(shè)施，將高壓水通過噴淋管和360°旋轉(zhuǎn)灑水噴淋噴頭，通過調(diào)節(jié)供水壓力，在高空中形成細(xì)微的雨霧狀態(tài)，對(duì)開挖區(qū)實(shí)現(xiàn)全覆蓋降塵，達(dá)到減少揚(yáng)塵的目的。

2.2 工藝原理

在施工區(qū)上方采用高位水池為噴淋供水管道提供水源，控制噴淋用水最大供水壓力為2.0 MPa，從供水源接水管引至承載索高程的供水管道處，供水管道形成進(jìn)出循環(huán)回路調(diào)節(jié)供水壓力；在開挖區(qū)左、右壩肩處沿壩軸線設(shè)置3 條承載索和相應(yīng)的牽引索，由兩岸將串聯(lián)的噴淋管道和噴頭輸送至大壩軸線中心位置合龍，形成每條承載索上間距相對(duì)一致的一組噴淋頭，根據(jù)噴淋需要，三組噴淋頭形成矩形或梅花型排列，以便噴霧時(shí)，在間距上形成不同的噴霧姿態(tài)；噴淋供水管采用高強(qiáng)度防凍PVC管，保證冬季系統(tǒng)的正常使用，噴淋管按照河谷寬度和噴頭間距尺寸計(jì)算準(zhǔn)確后，由兩側(cè)向中間滑移到位，實(shí)現(xiàn)作業(yè)面覆蓋；噴頭采用360°旋轉(zhuǎn)噴淋系統(tǒng)，噴嘴方向?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)，通過調(diào)整噴嘴角度及水壓，控制單個(gè)噴頭的噴灑范圍、水霧姿態(tài)，即每個(gè)噴頭上4 組出水口和每組孔的角度方向調(diào)節(jié)，使噴灑頭噴出的水霧形成互補(bǔ)和加強(qiáng)，從而達(dá)到最佳的噴淋降塵效果；噴淋系統(tǒng)采取左右岸兩側(cè)開合式覆蓋，左右岸噴淋系統(tǒng)可單獨(dú)操作，也可根據(jù)需要調(diào)整其噴淋強(qiáng)度，降低施工成本；冬季采取水管保溫和用水加熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低溫條件下的正常使用；在輸水管道前置氣水混合裝置，可實(shí)現(xiàn)噴淋霧粒直徑的調(diào) 整。高空噴淋系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 高空噴淋系統(tǒng)布置圖

2.3 使用范圍

適用于高陡狹窄河谷地形地區(qū)的爆破開挖施工降塵施工，對(duì)高邊坡開挖爆破降塵及自上而下倒運(yùn)石渣產(chǎn)生粉塵地區(qū)，采用該噴淋系統(tǒng)可根據(jù)施工時(shí)段控制施工用水和噴淋范圍，實(shí)現(xiàn)開挖作業(yè)區(qū)覆蓋。

對(duì)于地勢(shì)平坦的開挖區(qū)，在采取濕式施工法作業(yè)的同時(shí)，也可參照上述施工原理，對(duì)承載索及牽引索采取塔架布置方式[1]，并利用該原理實(shí)現(xiàn)降塵作業(yè)。

2.4 噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為便于噴頭及噴頭組合對(duì)開挖作業(yè)區(qū)的覆蓋，噴淋頭安裝及噴淋頭組合后，將噴淋頭采取懸掛的方式布置在作業(yè)區(qū)上方，并由每個(gè)噴淋頭控制的噴霧面積組成相應(yīng)的疊合，實(shí)現(xiàn)開挖區(qū)上方的全覆蓋。

噴淋頭采取在開挖區(qū)上方布置承載索的方式進(jìn)行懸掛，為方便噴淋頭的檢修及噴嘴角度調(diào)整，并方便其與岸坡馬道上布置的供水管道相接，噴淋頭懸掛方式采取移動(dòng)式設(shè)計(jì)，即利用牽引設(shè)施使噴淋頭實(shí)現(xiàn)其在壩軸線方向兩側(cè)的自由移動(dòng)，根據(jù)開挖和噴淋覆蓋面積的需要，實(shí)現(xiàn)單側(cè)覆蓋、全面覆蓋，達(dá)到覆蓋面開合自如的效果[2]。

承載索與壩軸線平行，布置在開挖區(qū)開口線上方約10 m左右，由布置在左右岸壩肩邊坡上的錨碇裝置鎖定牢固，三線承載索平行間距30 m，控制噴頭噴淋半徑約10 m的搭接范圍，防止噴頭組合范圍內(nèi)在噴淋時(shí)出現(xiàn)覆蓋搭接“盲區(qū)”。

每條承載索上分左右岸布置成兩組噴淋頭組合，噴淋頭采取串接方式，每個(gè)噴淋頭間距控制在30 m左右，控制噴淋頭噴水半徑的搭接。

為方便每條承載索上噴淋頭組合的移動(dòng)，在承載索的中軸位置設(shè)置一個(gè)固定錨點(diǎn)，錨點(diǎn)上布置兩個(gè)滑輪，滑輪上牽引索的一端與噴頭組合體的前端相接，牽引索的另一端與噴頭組合體的后端相接，并與岸坡馬道上布置可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)及滾筒相接，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的正反按鈕，即達(dá)到噴淋頭組合的收放。

2.5 噴淋系統(tǒng)安裝及操作

2.5.1 承載安裝

施工時(shí)在左右壩肩各布置一個(gè)固定承載索錨碇，每個(gè)錨碇采用3～5根直徑為25 mm錨栓，錨栓入巖深度不小于5 m，單根錨桿抗拉拔力不小于80 kN。

進(jìn)行承載索施工時(shí)，將承載索所需的鋼絲繩運(yùn)到左岸EL2711 平臺(tái)，然后將繩索的一端用鋼絲繩卡環(huán)和8 mm 的鋼絲繩連接，連接完成后將直徑20 mm的尼龍繩從左岸拋向河床，同時(shí)右岸EL2711平臺(tái)的尼龍繩一端和絞盤連接，另一端頭從右岸拋向河床，將左、右兩岸的繩索相連后，右岸的絞盤開始將繩索進(jìn)行收回，靠繩索的牽引將承載索從左岸拉升至右岸，最后和兩岸的錨點(diǎn)固定。重復(fù)上述工作，完成3 條承載索安裝及鎖定。承載索直徑8 mm，左右壩肩單根長520 m，采用千斤頂張拉鎖緊。

2.5.2 牽引索安裝

在承載索安裝時(shí)，在承載索中部采用鋼夾板將2 個(gè)滑輪固定在承載索上，滑輪分別作為壩肩左右索引索的固定端，牽引索通過滑輪后，將其繩索拉直后使其甩頭預(yù)留在承載索的兩個(gè)錨固端，用8#鉛絲綁扎在承載索上。

承載索固定后，解除8#鉛絲，并將其兩個(gè)甩頭分別通過設(shè)在岸邊的絞車與噴頭組合的兩端相接，控制絞車轉(zhuǎn)筒上正反兩個(gè)方向的牽引繩索在轉(zhuǎn)筒上的纏繞長度大于移動(dòng)長度3卷以上。

2.5.3 噴淋頭組裝

噴淋頭采取串聯(lián)方式，相鄰兩個(gè)噴淋頭采用PVC管首尾相連，根據(jù)旋轉(zhuǎn)噴頭的噴射范圍按照間隔20 m安裝一個(gè)，旋轉(zhuǎn)噴頭采用塑料快速接頭直接安裝。

噴淋頭組裝完成后，先用小壓力進(jìn)行供水試驗(yàn)，檢查各噴頭的運(yùn)行狀況，一切正常后將水壓保持在正常水壓狀態(tài)30 min進(jìn)行試運(yùn)行，否則完成維修和調(diào)整后，將噴淋頭組合與牽引索相接。

每個(gè)噴淋頭下設(shè)一個(gè)滑輪，將滑輪劃槽部分扣在承載索上，在滑輪的背面安裝扣件使?fàn)恳髋c滑輪相接，并將噴頭的連接水管固定在滑輪背面。噴淋水管根據(jù)開挖邊坡的范圍由兩岸向中心移動(dòng)進(jìn)行輸送。

轉(zhuǎn)動(dòng)牽引索轉(zhuǎn)筒，將噴淋頭組合由兩岸向河床中心方向移動(dòng)，完成噴淋頭對(duì)開挖區(qū)域的覆蓋。

2.5.4 設(shè)備的維修與保養(yǎng)

根據(jù)施工所用的強(qiáng)度需要，磨損較為嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)噴頭一般在1～2 個(gè)月進(jìn)行更換。更換方式比較簡便，施工人員首先將噴淋所用的水管進(jìn)行關(guān)閉，然后將供水管向岸坡邊進(jìn)行收回，收回后將磨損嚴(yán)重的噴頭拆除更換，更換完成后再將噴頭設(shè)備放置在原位。

2.5.5 高寒地區(qū)低溫條件下的噴淋施工

為保證冬季開挖施工正常進(jìn)行，噴淋設(shè)備的主供水管道部分采用橡塑海綿和鐵皮進(jìn)行包裹防護(hù)，噴淋設(shè)備部分，在夜間低溫時(shí)將水排干并用風(fēng)吹干，防水結(jié)冰對(duì)水管造成的破壞。

冬季溫度較低時(shí)，提前對(duì)水進(jìn)行加熱處理，每天氣溫處于0℃以上時(shí)，進(jìn)行灑水降塵；全天溫度處于0℃以下時(shí)，不進(jìn)行灑水降塵作業(yè)。

3 高空噴淋降塵系統(tǒng)優(yōu)越性

（1）灑水車作業(yè)局限性大，一般只能在道路灑水中使用，不能使用于邊坡降塵。灑水車在噴灑過程中一般為較為大的水柱，若在邊坡噴灑，如果邊坡中存在裂隙，噴灑的水會(huì)對(duì)邊坡造成安全影響，而且灑水車施工成本較高；霧炮機(jī)降塵施工，噴射的范圍和距離較近，所需要的成本高，后期維護(hù)成本也高。

（2）采用懸掛式高空噴淋設(shè)備，所購置的材料和器具、容易購買，施工安裝較為簡單，在開挖區(qū)呈均勻分布，噴灑過程水珠形成雨霧，對(duì)開挖過程施工中產(chǎn)生的揚(yáng)塵進(jìn)行抑制，改善了施工的作業(yè)環(huán)境，而且后期維護(hù)費(fèi)用低，材料可以回收再利用。

（3）與傳統(tǒng)降塵施工相比，噴淋降塵系統(tǒng)覆蓋面積大。對(duì)水箱進(jìn)行加熱后，在低溫冰凍條件下噴淋降塵系統(tǒng)也能夠正常使用，能夠滿足高寒高海拔地區(qū)冬季施工的需要。

4 結(jié)語

本工程所在地屬于甘肅、青海祁連山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，開挖量為146 萬m3，開挖所需工期為36個(gè)月，施工工期較長，因道路等各方面因素的制約，用常規(guī)霧炮手段不能達(dá)到預(yù)期的效果，采用高空噴淋降塵系統(tǒng)有效抑制了開挖過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，改善了施工環(huán)境，保障施工人員的健康，提高施工效率。高空噴淋降塵系統(tǒng)可以為類似項(xiàng)目提供參考。