浅析隧道施工通风消烟除尘新技术

时间：2024-09-03

廖庆星（厦门市清火中兴建筑劳务公司）

浅析隧道施工通风消烟除尘新技术

廖庆星（厦门市清火中兴建筑劳务公司）

在隧道施工中通风消烟除尘是非常重要的，传统的方式具有成本高、效率低以及烟雾分散等方面的缺点，急需研究出全新的通风消烟除尘技术来提升效率、降低成本。本文主要介绍隧道施工通风消烟除尘新技术，通过全新技术能够较大程度优化施工作业环境，获得更好的经济效益以及社会效益。

隧道施工；消烟除尘；新技术

引言

随着我国经济的快速发展，我国公路、铁路、地铁等建设项目不断增加，其中隧道的数量也占有很大的比例。隧道的通风消烟除尘是隧道施工中非常重要的问题，随着人们对于环保等意识的增强，隧道施工通风消烟除尘的问题愈加突出。为了进一步优化隧道施工作业环境，提升通风效果的同时要降低相关费用，要研究出全新的隧道施工通风消烟除尘新技术。

1 隧道通风的相关原理以及施工中较为常用的方法

1.1 隧道中有害气体以及粉尘的来源

从目前的隧道施工情况来看，隧道中的有害气体以及粉尘的产生主要是因为掌子面放炮所造成的，在爆炸之后所造成的有害气体主要包括CO、NO、少量的H2S、SO2以及岩尘等等。水泥尘以及烟尘等等主要是由于喷射混凝土施工所造成的。

1.2 隧道通风的相关原理

正常情况下隧道的距离都是有限的，相比于地面来说距离是比较短的，这样就不用考虑到大气压的变化，只需要考虑温度效应以及风力效应等等。按照理想的气体状态方程R=来看，R是常量，随着温度的增加体积就会变大，并且密度降低。隧道内部空气的运动情况主要和以下几方面因素有关：隧道内的温度变化情况、空气的流速等。因此在夏季等高温天气时就会出现隧道外温度比较高、隧道内温度比较低的情况，造成隧道内的空气不容易排出。而冬季等低温天气隧道内的温度比较高、隧道外的温度比较低，隧道内的空气比较容易排出。

1.3 较为常用的通风方法

（1）压入式通风法。此种方法主要是通过在隧道外部功率较大的风机将新鲜的空气通过风管道输送到掌子面，造成隧道内的空气压力升高，在洞内外形成空气压差，洞内空气自动流出到洞外，这样就会稀释有害气体以及粉尘的浓度，并且会将有害烟尘排出到洞外，从而实现优化隧道施工工作环境的目的。此种方式的优点在于：可以形成非常洁净的掘进工作面，在不用移动主机的前提下有利于设备进行安装，只需要增加管道的长度即可。但同样具有一定的缺点，例如除了掘进面之外的其余工作面会受到一定的污染，若是在夏季高温环境或者上坡洞施工，因为是通过形成空气压差来排气，这就会造成在掘进1000m以上时会在洞口300m位置向洞内形成烟带，造成能见度较低，排风消烟效率也很低。

（2）吸出式通风。此种方法主要是通过隧道内部功率较大的风机将掌子面周边比较污浊的空气经由风管吸出到洞外，从而降低洞内的空气压力，使得洞外部的新鲜空气补充进来，这样就能实现优化工作环境的目的。此种方式的优点在于：可以将有害烟尘直接的排出到洞外部，比压入式通风法能够达到更好的效果。此种方法的缺点是风机需要随着隧道掘进度而进行移动，风管也需要接长，并且通风是断断续续的。另外，为了避免出现爆破飞石的情况，一般情况下风机都是安装在距离掘进面比较远的位置，这就会在一定程度上限制排污的效果，并且在夏天高温季节排出的烟尘会在洞口聚集，比较容易造成回流的情况。

（3）压吸结合式的通风。此种方法主要结合了吸取压入以及吸出通风方法的优势形成的，此种方法具有比较高的效率，但是需要使用更多的设备并且耗能比较大，通风的费用也比较高。

（4）竖井通风。此种方法主要在隧道适当的位置拱顶到地表挖出竖直的通道，利用洞内外形成的气压差以及温度差形成烟囱效应，这样就能够将有害的烟尘等排出到洞外，从而使新鲜的空气补充到洞内，就会在洞内改善空气质量。但是此种方法因为竖井的位置相对固定，并且消耗费用较大，所以不宜多设，同时还要辅以其他通风方式进行配合共同使用。

除了上述主要方法之外，在实际的工程施工当中也可以采用爆破后高压水喷淋等方式进行除尘，这些方法虽然能够起到某些效果，但是会受到客观因素的限制。

2 隧道施工通风消烟除尘新技术

作者参加的项目为张石高速公路涞源至曲阳段高速公路中涞源至涞水段隧道工程施工，起点为涞源张家口-保定界，衔接张石高速公路张家口段；终点位于涞水枢纽互通，衔接张石高速公路涞水至曲阳段及密涿支线，中间与规划荣乌高速公路相连接。作者参加的合同段有隧道两座，紫荆关Ⅰ号隧道左线长4125m，右线长4137m，紫荆关Ⅱ号隧道左线长181米，是本合同段的控制性工程，即工程重点。合同工期3年（实际施工2009年3月～2012年10月）。

紫荆关Ⅰ号隧道为特长隧道，隧道的通风是关键，隧道洞身部位发育有断裂带，岩层较破碎，易坍塌，确保施工时围岩的稳定和施工安全，为隧道快速、安全、有序地展开施工创造条件，是本合同段施工的一个难点。

在隧道施工中，掌子面的爆破主要是通过炸药爆炸瞬间所产生的大量能量，通过高温高压形式形成的冲击波以及气体来冲击周边的岩石使其破裂。在岩石破裂的同时还有很多剩余的能量会无畏消耗掉，这些能量可能会造成空气的冲击、飞石、掌子面气体温度上升以及地震等方面的问题。

而全新的隧道施工通风消烟除尘采用的是湿式除尘技术，此技术主要是通过所形成的温差效应在掌子面的周边形成循环流。按照本项目施工现场的情况进行测量得知，掌子面在爆破前后具有5～8℃的温差，在爆破后所形成的烟尘主要位于掌子面40m范围内的拱顶。因为温差的存在，会形成上部为高温气体、下部为冷空气，在离掌子面30m位置较小的锥形体。将轴流风机安放在锥尖部位，发生爆破后所形成的烟尘会在拱顶位置被轴流风机吸出而输入到湿式除尘器内部，在液体和含尘气体相互接触之后，依靠烟尘本身所具有的惯性会和液体发生碰撞、扩散以及粘附，之后这些粘附后的尘粒会相互凝聚，这样就会使尘粒和气体得到分离，分离后所得到的冷空气就可以通过风筒来改变方向参与到掌子面的污浊气体循环系统中去。

通过此技术的应用能够将绝大多数的粉尘以及有害气体吸除掉，从而对掌子面的空气质量进行一定的改善，并且能够降低隧道施工中的通风费用。与此同时和压入式通风进行配合使用，可以较有效的解决隧道施工通风消烟除尘的目的。

3 湿式除尘设备的基本构成

湿式除尘设备主要包括以下几部分，分别为：隧道轴流通风机、自制的行走工作平台以及冲击水浴式除尘器等等，如图1～2所示。

图1 湿式除尘法的基本构成

图2 湿式除尘设备横断面示意图

（1）设备动力系统介绍。湿式除尘设备动力主要采用的是洞内的380V动力电，要按照通风机所需要的功率来明确掌子面的电压降。在隧道内部准备一台能够移动的变压器，同时配备相应规格的电缆。

（2）设备吸尘系统介绍。主要是通过一台轴流通风机进行烟尘的吸入，从拱顶位置将污浊的空气吸入。轴流通风机的功率为55kW。

（3）设备行走系统介绍。主要是通过一台自制的台架当成移动工作平台。隧道所用的轴流通风机设置在喷射混凝土的台架顶部。

（4）冲击水浴式除尘设备介绍。冲击水浴式除尘设备主要包括以下几部分，分别为：通风机、除尘器、排泥浆设备以及水位自动控制装置等等，如图3所示。

具有烟尘的空气进入到进气室3之后会和洗涤液进行混合，相对比较粗的尘粒因为受到惯性的作用而进入到液体中，但是相对比较细的尘粒就会跟随气体一起经过“S”形叶片通道2（通过速度为18～35m/s），气体通过通道位置时会对液体造成比较强烈的冲击，就会形成非常大量的水花，这样就能够和液体进行充分的接触，尘粒就会和液滴充分融合在一起，使空气得到净化。得到净化之后的气体需要通过气液分离室10以及挡水板4，在将水滴去除之后排出。和液滴融合后的尘粒会下降到漏斗的底部位置，并且会按照规定时间间隔排出。设备内部水位的高低是通过溢流箱8来控制的，在溢流箱的顶盖上具有自动控制装置6来控制水位情况，用来确保除尘器的水位处于恒定状态，这样就能够有效确保除尘效率的稳定可靠。若是所用的除尘器体积比较小，那么可以使用比较简单的浮漂来进行水位的控制。针对此项隧道施工通风消烟除尘来说，单位长度叶片处理风量可以采用5000～6000m3/（h·m）。

图3 冲击式除尘器工作原理示意图