何國華，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

隧道機械化清篩作業(yè)灑水降塵試驗研究

何國華，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

由于既有鐵路隧道空間有限、空氣流動不暢，導致鐵路隧道有砟軌道道床在進行清篩作業(yè)時施工環(huán)境粉塵大、能見度低，嚴重危害施工人員的身體健康，并影響施工質(zhì)量和作業(yè)效率。鑒于此，以煤粉作為道砟污土進行飽和吸水率試驗和篩分試驗，探討清篩作業(yè)時合理的灑水量和灑水時間。結(jié)果表明:灑水量取道床中所含煤粉質(zhì)量的15%較為合適;為保證水分能被煤粉充分吸收且不因灑水提前時間過長造成水分大量蒸發(fā)，提前1 d灑水抑制粉塵及清篩的效果最好。

有砟軌道 機械化清篩 降塵 灑水

在線路大機清篩作業(yè)中，往往在清篩機編組中加掛污土車輛或在相鄰線路放置污土車輛以解決污土排放問題，這相對于自然清篩排放能減少揚塵，但降塵效果不顯著。尤其在隧道線路進行清篩時，因為空間密閉，空氣流通不暢，導致粉塵擴散緩慢，對人員安全及施工造成巨大的危害［1-2］。因而，為直接達到降塵效果，在大型清篩機作業(yè)前對線路進行灑水處理，使道床污土潤濕［3］。

灑水降塵需確定兩個因素:①灑水量。灑水過多會造成道床含水量太多，進而影響清篩作業(yè);灑水太少則達不到防揚塵的效果。②灑水提前時間。灑水提前時間太長，水分會大量蒸發(fā);提前時間太短，水分未能被道床污土充分吸收，會造成道床污土不夠濕潤，從而影響防揚塵效果［4］。

本文以煤粉作為道砟污土進行飽和吸水率試驗［5］和篩分試驗，探討清篩作業(yè)時合理的灑水量和灑水時間。

1 含煤粉量30 %道床試驗

1.1 飽和吸水率試驗

因試驗隧道道床污土主要成分為煤粉，提前對煤粉進行飽和吸水率試驗，以推斷煤粉的最大需水量，為灑水量提供依據(jù)［6］。

取煤粉樣品50 g，逐漸加水，直至煤粉不再吸水為止，稱重，得出煤粉吸水后重量，計算得出煤粉飽和吸水率。進行5次試驗，試驗結(jié)果見表1。經(jīng)計算，煤粉平均飽和吸水率為29.2%，符合有關(guān)文獻［7-8］中煤粉飽和吸水率30%的結(jié)論。篩分試驗時將以煤粉重量的30%作為灑水量的上限。

表1 煤粉飽和吸水率試驗結(jié)果

1.2 篩分試驗

按道床清篩作業(yè)要求，在道床不潔度(按重量計)超過30%時，需進行道床清篩作業(yè)［9］。試驗取道床含煤粉量30%，分別按煤粉質(zhì)量的10%，15%，20%，30%灑水，測試不同煤粉含水率(灑水量與煤粉質(zhì)量的比值)時的揚塵情況。分組進行試驗，如圖1所示。

根據(jù)樣品制作要求，分別灑相應(yīng)的水量，并放置于陰暗處靜置相應(yīng)天數(shù)。對靜置后的樣品進行人工清篩。清篩過程中，觀察揚塵情況。采用顆粒度測量儀［10］(如圖2所示)，在篩動過程中及清篩完成后，在距清篩位置1 m處測量周邊環(huán)境PM2.5及PM10濃度變化情況(如圖3所示)。觀察清篩后的道砟潔凈程度，判斷道砟清篩效果。試驗結(jié)果如表2所示。

1.3 試驗結(jié)果分析

由表2可見，每組試驗中，灑水量越大抑制揚塵的效果越好。在煤粉含水率為10%時，揚塵明顯，清篩后PM2.5及PM10的濃度也明顯高于清篩前的環(huán)境濃度;在煤粉含水率為15%時，PM2.5，PM10及可見性粉塵濃度都得到了有效的抑制。

在煤粉含水率為20%，30%時，道砟中PM2.5，PM10及可見性粉塵濃度也都得到了有效的抑制，但灑水過多，導致煤粉過于濕潤，清篩后道砟表面依然包裹了一層煤粉，難以清篩干凈，影響清篩作業(yè)。

灑水提前時間太長，水分會大量蒸發(fā);提前時間太短，水分未能夠被道床污土充分吸收，都會造成道床污土不夠濕潤，從而影響防揚塵效果。試驗中，提前0.5 d灑水，煤粉較干燥，在煤粉含水率＜15%時，PM2.5，PM10濃度較高，并有大量可見性粉塵;提前1.0，1.5 d灑水時，水分被煤粉充分吸收，煤粉濕度適中，PM2.5，PM10及可見性粉塵濃度得到很好的抑制;提前2.0，3.0 d灑水，煤粉逐漸變得干燥，PM2.5，PM10及可見性粉塵濃度隨煤粉含水率的減小逐漸增大。

綜上，提前1 d灑水，煤粉含水率為15%，即灑水量取煤粉質(zhì)量的15%時，抑制粉塵的效果較好，且道砟表面的煤粉容易清篩干凈，清篩效果較好。

圖1 篩分試驗分組

圖2 顆粒度測量儀

圖3 顆粒濃度測量

表2 篩分試驗結(jié)果

2 不同含煤粉量道床試驗

為驗證前面試驗結(jié)果是否適應(yīng)不同含煤粉量道床，對含煤粉量為20%，40%的兩種道床進行試驗，分別按煤粉質(zhì)量的10%，15%，20%，30%進行試驗分組，提前1 d灑水，試驗結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在道砟含煤粉量為20%，40%時，提前1 d灑水，灑水量取煤粉質(zhì)量的15%時，抑制粉塵的效果比10%時好，比20%，30%時稍差一些，且道砟的清篩效果較好。該試驗結(jié)果與含煤粉量30%時基本一致。

表3 不同含煤粉量道床試驗結(jié)果

3 結(jié)語

在隧道清篩作業(yè)前，對線路進行灑水處理，使道床污土潤濕能有效抑制清篩過程中的揚塵產(chǎn)生。對于輸煤線路，道床中的污土成分主要為煤粉，灑水量可根據(jù)道床中的煤粉含量來確定。飽和吸水率試驗和篩分試驗結(jié)果表明:灑水量取道床中所含煤粉質(zhì)量的15%較為合適;為保證水分能被煤粉充分吸收且不因灑水提前時間過長造成水分大量蒸發(fā)，提前1 d灑水抑制粉塵及清篩的效果最好。道砟為其他污土介質(zhì)的線路可以參照此試驗確定灑水量和灑水時間。

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Experimental study on water spraying dust during mechanical ballast cleaning in tunnel

HE Guohua，GAO Chunlei，WANG Fadeng
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Limited space and poor air flow of existing railway tunnels often lead to large amounts of environmental dust and low visibility during mechanical cleaning operation of railway tunnel ballast track bed，which damages the health of construction personnel and affects construction quality and work efficiency.By taking the coal as ballast polluted soil，the saturated absorption test and sieving test were made，and the reasonable amounts of watering and spraying scheme were discussed.The results showed that the watering amount should be 15%of coal quality in ballast bed，the effect of dustfall by spraying and mechanical cleaning before 1 dis best，which ensures that water can be fully absorbedby coal anda large number of water evaporation caused by long preset time of spraying should be avoided.

Ballast track;Mechanical cleaning;Dustfall;Water spraying

U216.6

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.01.11

1003-1995(2015)01-0048-03

(責任審編 葛全紅)

2014-10-20;

2014-11-25

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目(2013G007-B)

何國華(1982—)，男，山東鄆城人，副研究員，碩士。