长大隧道施工通风降尘技术实践探讨

唐定胜

中交一公局厦门工程有限公司

1 引言

长大隧道施工是现代基础设施建设的关键构成部分，其相应的通风降尘技术占据着关键地位。当前形势下，有必要对长大隧道施工通风降尘技术进行充分研究，得出相应的通风降尘技术方法，促进长大隧道施工质量的改进提升。本文就此展开了探讨。

2 研究背景

随着我国经济调整转型和城市化的推进，空气污染问题成为社会的焦点。根据隧道爆破施工所生产的粉尘及有毒有害气体，空气净化方案也应体现出相应的技术差异。在长大隧道工程建设过程中，其所处地域环境相对复杂，隧道钻进过程中面临着含氧量低的严重威胁，且隧道环境中将会附着大量浮尘，空气品质较低，严重威胁施工人员的身体健康。近年来，国家相关部门高度重视长大隧道施工通风降尘技术的应用与创新，在通风系统构造、降尘技术革新、通风降尘效果评价等方面制定并实施了一系列重大标准规范，为有效降低隧道施工环境有害气体浓度，循序开展大规模、高效率的机械化施工提供了基本遵循与导向，为长大隧道现场施工人员构建起了可靠而稳定的安全屏障。在现代通风降尘技术的应用下，既可源源不断地向长大隧道施工环境输送供应新鲜空气，降低粉尘系数，而且还可为隧道工程各类施工设备正常运转创造良好条件。根据《隧规》等相关技术标准，当隧道工程掘进到特定长度时，必须进行强制通风。长大隧道的复杂性决定了其对通风降尘技术的重要依赖程度，需要在施工方案及施工组织过程中予以全面考虑，将通风降尘技术的应用作为关键项目予以实施。同时，广大隧道工程施工建设单位也在优化长大隧道工程勘测、优化设计选线、改进通风降尘设备配置等方面进行了积极探索，效果显著。

3 长大隧道施工通风降尘技术路线

3.1 长大隧道施工通风

抽出式通风:就通风效率而言，抽出式通风方式独具优势，可在短时间内将更高含量的有害空气排出长大隧道施工区域范围，快速降低隧道内有害气体浓度。缺点为对刚性风管的依赖性较强，经济性较低。

混合式通风:根据实际布置方式的差异，混合式通风又可细化分为长压短抽和长抽短压等两种不同模式，二者在除尘装置设定、空气气流流向及长大隧道综合通风效果方面存在显著差异，需要根据长大隧道施工通风降尘实际需求，综合择定。

巷道式通风:巷道式通风技术需要以长大隧道建设施工中的平行导坑等各项辅助坑道为载体，促进气流在送分管路中的运行流动指数，以外来新鲜空气取代隧道内有害粉尘气体，实现新旧交替，有序通风。

3.2 优化设计通风系统，加速隧道排烟效率

为有效实现长大隧道通风降尘技术的实施效果，有必要采用特定数值计算方法对风流结构、气流状态等进行仿真模拟，形成相应的数据分析模型。风流经风筒进入隧道后，一侧受隧道边壁阻挡，只有一侧为自由空间，形成贴附式射流。通过观察与研判所形成的模拟数据状况，可实现对隧道内供风风速的动态化调节，并实时测定隧道内空气有害气体的浓度等参数指标，形成相应的有害气体浓度变化关系曲线。

3.3 采用智能综合喷雾降尘技术降低有毒有害气体及粉尘含量

该装置可在隧道钻爆开挖的各个工艺环节中使用：①钻孔凿岩作业中的使用。隧道开挖钻孔作业操作会产生大量粉尘，本系统可布置于掌子面前一定距离，开机后该系统可自动采集工作面凿岩机震动噪声和掘进作业中的粉尘浓度。当凿岩工作开始时主控板自动采集掘进工作面凿岩机的噪声，从而通过主控板在电机控制电路自动开启高压微雾系统对掘进工作面进行降尘，当长大隧道内粉尘浓度触及允许指标范围是，则自动中断喷雾。②排烟作业中的使用。因此该系统也可应用在爆破过程中，爆破产生的强力冲击波和声波会出发震动传感器。主控板接收到震动爆破传感器的信号后开启高压喷雾系统对爆破产生的粉尘及炮烟进行消除。③隧道回风巷等固定地点的使用。该降尘系统可布置于主回风隧道中对回风中的粉尘起到沉降的作用，直到粉尘浓度降低到可允许的范围内自动停止喷雾。

智能喷雾降尘系统系统集成了20余中传感器，实现对作业场所的智能感知。该系统中的喷雾控制部分构造原理如图1所示。

图1 智能喷雾降尘系统中喷雾控制功能基本原理

该技术通过设置粉尘浓度报警值和上限值和下限值,自动启动喷淋系统进行喷雾降尘。例如：若将智能喷雾降尘系统的启动喷雾浓度值设定为30mg/m3，系统中断喷雾时的浓度值设为10mg/m3，则当系统内部的粉尘传感器在相关浓度信号搜集感应的基础上，在触及相应浓度值指标时，则自动完成相应的开启或闭合操作，并根据浓度值的大小，自行调控喷雾强度，作用于隧道掌子面、运输路线和运输设备、爆破作业和喷浆作业等所有产生炮烟、粉尘的作业场所，在实现有序通风换气，提高长大隧道施工环境空气的同时，吸收化解部分有毒气体，并将瓦斯等易燃易爆气体控制在合理水平，将潜在的空气污染源、危险源等消灭在萌芽状态，改善和治理粉尘作业环境，具有有效降低爆破粉尘、炮烟毒气危害，有超温报警保护、喷雾降温，喷淋洒水防灭火，保护停机的功能。

装置主机的构造性较强，需要依托于微电脑单片机等控制单元，对系统电路进行实时控制，在特定程序化的操作约束范围内，将相关数据信息通过显示窗展现出来。在人机交互过程中，该系统具有较强的可视化效果，可综合运用烟雾、声控、浓度等多类型、多功能传感器，配置在长大隧道内部的不同区域和位置，配置的关联设备不同，完成数据探测及信号指令管控等任务。该装置具有显著的适用性，可在复杂、恶劣、多变的环境条件中完成相应操控，能够长期工作而无故障。可以外接喷雾降尘设备，实现联动功能。透过隧道视频监控系统网桥信号传输，可以在手机、电脑等多个终端设备查看监测数据，可以随时掌控环境发生的变化。

4 创新点——智能综合喷雾降尘技术

现代自动化技术的快速发展，为长大隧道施工通风降尘智能化操控提供了更为丰富的技术手段，使得传统技术条件难以完成的综合喷雾除尘任务具备了更大的可操作性。在长大隧道施工粉尘传感器测量粉尘浓度检测中，可进行主控箱及各种配套传感器的电路设计和程序开发工作和实现。

在喷雾用水和空气净化液中自动按一定比例添加表面活性剂及碱性溶液（降尘剂），从而增强粉尘和水的亲和能力并且增强对酸性气体的中和能力。

提升喷雾系统的实用性价值，实现基于自动化理念的诊断与警报功能。该喷雾系统设置了完备的安全保护系统，如系统缺水后，水位传感器会将缺水信号送至CPU，再由CPU控制高压泵停止喷雾，从而保护高压泵缺水空转损坏泵体。喷嘴压力传感器可以实时采集微雾喷头的喷雾压力，当喷雾压力过高有可能是喷头堵塞，从而停止喷雾，对喷头进行更换或清污。

运用统计学方法和各种监测手段，定量分析技术可行性。收集并统计各项工序的基础数据和图像、影像资料，深入分析新技术带来的实际效果，并进行效益分析（经济效益及社会效益）。最终，系统研究并总结出一整套适用于特长隧道全智能监控、无人值守、绿色环保、简单高效、自动联动喷雾、喷淋养护、降尘降温的成套技术与施工方法。

5 结语

综上所述，通过分析研究长大隧道爆破粉尘、通风降尘及炮烟消解等方面的内容，可实现隧道施工、环境控制、安全控制之间的衔接交互，将粉尘、炮烟消除在源头，及时、高效、经济的消烟降尘降温，既降本增效，优质高效，又体现了绿色环保、职业健康的人文工作理念。将实现“智能、高效、节能、绿色、环保、健康”的全面技术革新，实现“互联网+隧道施工”，具有重要的现实意义。将推动国内隧道通风降尘施工技术的升级换代，实现历史性跨越，为全面推进低碳节能型和谐社会建设作贡献。