中铁隧道股份有限公司450001
摘要:中国是建设隧道最多、隧道技术发展最快的国家。经过大量数据调研,目前越来越多隧道建设于景区附近和城市里,隧道施工过程会破坏风景区及其附近的生态环境,尤其是粉尘等有害气体给城市和景区带来负面的影响,间接造成经济的损失.如何减少隧道施工过程中产生的粉尘已成为当前研究的热点。
关键词:公路隧道;钻爆法;粉尘
1钻爆施工技术的发展分析
目前,钻爆法被广泛应用于隧道开挖施工中,在这一技术实际应用中,则是在尚未开挖的隧道断面上进行爆破孔的钻凿,并在此基础上将炸药填充到钻孔中,通过设置合理的引线来引爆作业,同时将所炸落的岩石清理运出,以获得隧道雏形。结合大量施工实践来看,钻爆法多是以人工与多臂凿岩台车钻爆法两种形式为主,且由于实际施工的隧道断面大小存在差异,故可将多臂凿岩台车钻爆划分为一台单独作业或是两台协同作业的形式。在进入20世纪60年代后,为了进一步攻克隧道施工中所面临的技术难题,我国在隧道爆破法的研究上投入大量的资源,针对具体的爆破方法进行了不断的创新与优化,进而促使技术逐步走向成熟。比如湿式钻眼法,传统的湿式钻眼法虽在使用中能兼顾到社会效益和经济效益,但在实际隧道开挖实际施工中,难免会产生大量的粉尘,对施工人员的身体健康和生命安全构成威胁,而通过传统湿式钻眼法的优化,需在隧道上方筑造一个蓄水池,并借助水管的运用将水带到风枪上,以用水对粉尘进行吸收,进而实现对粉尘污染的有效控制,同时也为提高隧道施工的综合效益奠定了基础。
2粉尘对于身体的危害
粉尘就是在一定时间内,悬浮在空气当中的固体颗粒,这种颗粒肉眼是看不见的,但是粉尘一旦吸如人体,那么会对于呼吸道有一定的影响,在公路隧道钻爆法施工的过程当中,是一定会产生粉尘的,这些粉尘对于身体的危害极大,现实当中有很多的例子,在公路隧道施工当中,施工人员由于长时间的呆在工作现场,导致了粉尘大量的吸入人体,有的影响了人体的正常呼吸,甚至还有的会威胁到生命。粉尘有一个很大的特点就是吸附性,它如果遇到了液体状态的物质,那么会产生吸附现象,一旦吸附在液体上,那么就不会很容易分离出来,人体呼吸道当中,正好能够给粉尘提供这样的一个场所,能够让粉尘进行吸附,尤其是呼吸道,人体呼吸道是长时间湿润的,粉尘一旦吸附,那么很有可能影响人体的正常工作,影响的功能就是呼吸,会出现呼吸困难的现象。
3隧道钻爆法施工粉尘控制技术
某隧道为分离式特长隧道,全长8263米。出口段4165米,无斜井、竖井,采用独头掘进方式,通风难度较大。设计为单向双车道高速公路,隧道净宽:10.25m,净高:5.0m,纵坡为0.51%、-0.89%。该隧道地形、地质构造复杂,地下水丰富,岩层结构多变,其中以青峰断裂带的断层、褶皱发育最为显著。
隧道掌子面独头掘进1600米以前,在洞口采用轴流变速风机压入式通风供风,风管采用150cm拉链式软风管;①通风和防尘标准:a.隧道洞内需要的02体积含量≥20%;b.浓度容许值(有害气体):CO容许浓度<30mg/m3;CO2体积≤0.5%;NO浓度≤5mg/m3;c.粉尘允许含量(1m3空气):含10%以上游离SiO2的粉尘浓度≤2mg/m3;含10%以下游离SiO2的粉尘浓度≤4mg/m3;d.排尘风速≥0.15m/s;e.气温≤30℃;②风量计算。采用压入式通风方式计算出风口风量,按不同方法计算掌子面需风量,最终取最大值作为Q需。a.按施工人员计算呼吸所需空气量Q1∶Q1=N•q=38×3×1.2=136.8m3/min,掌子面附近施工人数N=38人,安全系数取1.2。洞内每人所需最低新鲜空气量q=3m3/min;b.按允许最小风速计算所需空气量Q2∶Q2=60×S×V=60×118×0.25=1770m3/min,断面积S=118m2,允许最小风速V≥0.15m/s,取V=0.25m/s;c.按洞中同一时间内爆破作业的最多用药量计算稀释炮烟所需空气量Q3∶Q3=5A×b/t=5×135×40/20=1350(m3/min),通风时间t=20min;一次爆破耗药量A=135kg;每公斤炸药爆破所产生的有害气体生成量b=40(m3);Q4=Q0ΣP=2.8×687.5=1925m3/min。按《隧道设计手册》,内燃机单位功率所需风量指标Q0取2.8m3/(minkw)。总功率ΣP=(145×2+132×5+85×5)×50%=687.5kw;洞内施工机械为2台装载机,每台额定总功率145kw;5台自卸汽车,每台额定总功率132kw;砼罐车5台,每台额定功率85kw;功率总和按额定总功率的50%计算;e.取以上最大值1925m3/min作为工作面所需风量,实际所需风机风量Q需要大于:Q需=p×Q=1.02×1925=1964m3/min,式中:Q需-计算最大风量,1964m3/mi,p-系统漏风系数,取P=1.02,所需风机压力计算:使用风管直径1.5m,风管平均流速V=18.9m/s,风管内摩擦阻力h1=λ(L/D)ρ(V2/2)=2286Pa,λ-摩擦系数,根据使用经验、取λ=0.01,L-通风管长,取1600m,D-风管直径,取D=1.5m,ρ-空气密度,取ρ=1.2kg/m3,风管内局部阻力h局=ζρ(V2/2),按风管内局部阻力h1的5%考虑,总阻力h=2286×105%=2400Pa;③通风设备选择。根据以上计算结果(以单洞计算,)得出主洞采用1台SD-FN12.5轴流变速风机,基本满足施工要求。隧道掘进在1600m~3000m时,采用巷道式通风方式供风;随着隧道掘进深度、机械设备逐渐增加,洞内空气质量下降、通风时间也逐渐加长,为确保作业人员在良好的施工环境中作业,缩短通风时间(缩短各个工序时间),提高工作效率,采用巷道式通风方案。巷道式通风原理:将长大隧道分解为短小隧道,将并行的左右线隧道形成一个大的空气回路,右线隧道做为新鲜空气供应通道,左线隧道作为污浊空气排出通道:②通风设备选择。经计算(以单洞计算,)得出隧道掘进在1600m~3000m时,在增加两台自卸车的前提下,洞内所产生的废气未超过施工爆破所产生的烟气,故在采用巷道式通风方式的前提下仍可采用1台SDFN12.5轴流变速风机,基本满足施工要求(见表1);③巷道式通风方式具体应用如下:a.在右洞第二个紧急停车带增设一台630KVA变压器,供洞内风机用电等;b.将洞口1#、2#轴流风机移至右洞第二个紧急停车带(YK49+366~YK49+326)前20米处(即YK49+306);在紧急停车带端头YK49+326设置一道风帘,阻挡右洞污浊空气进入新鲜空气供应通道。1#风管穿过风帘将新鲜空气送入右洞掌子面。2#风管穿过风帘、9#车行横洞将新鲜空气送入左洞掌子面。右洞浑浊空气通过9#车行横洞排至左洞;c.将掌子面向洞口方向不作为通风用的横通道全部封闭,使左右线形成两条单独的空气通道;d.若有施工车辆在右洞风机至洞口段进出,必须经常洒水,保证车辆经过不扬尘,确保风机送入洞内的新鲜空气。
4结语
公路隧道施工钻爆法施工是一项相当复杂,涉及相当广泛的工作,在施工中会产生大量的粉尘,不仅会对施工人员的身体带来不良影响,还会损害到城市以及景区的环境,因此工作人员在粉尘的防治上一定要多总结,多改善,让现在公路隧道施工能够很大程度上减少粉尘,提升公路隧道钻爆的绿色施工水平。
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