馬騰飛 李樹忱 周建芳

(1.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061； 2.中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 濟(jì)寧 272117)

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綜合環(huán)保技術(shù)在長(zhǎng)大隧道施工中的應(yīng)用

馬騰飛1李樹忱1周建芳2

(1.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061； 2.中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 濟(jì)寧 272117)

針對(duì)六盤山隧道的環(huán)保難題，提出了“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵+自動(dòng)噴淋捕塵”的長(zhǎng)大隧道綜合環(huán)保施工技術(shù)，優(yōu)化了各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，有效實(shí)現(xiàn)了隧道施工中節(jié)能環(huán)保的需求。

隧道，水壓爆破減塵，通風(fēng)排塵，降塵技術(shù)

1 技術(shù)背景

六盤山隧道全長(zhǎng)9 485 m，是全國(guó)海拔2 000 m以上高原地區(qū)最長(zhǎng)的高速公路隧道，工程地質(zhì)條件較差，存在涌突水、軟巖大變形和坍塌等不良地質(zhì)條件。六盤山隧道位于六盤山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，施工過(guò)程中必須減少對(duì)周圍的擾動(dòng)，保護(hù)圍巖穩(wěn)定和水環(huán)境，另外由于圍巖較為軟弱，獨(dú)頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)，對(duì)于降低施工期間的粉塵濃度、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的要求難度大。

六盤山隧道工程地質(zhì)類型國(guó)內(nèi)較為罕見，目前對(duì)該類隧道環(huán)保施工經(jīng)驗(yàn)比較少，要求改善隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境，保護(hù)隧道附近生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保修建目的，以綠色環(huán)保為核心，控制隧道圍巖大變形和研制有效支護(hù)技術(shù)的挑戰(zhàn)前所未有。

2 綜合環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)六盤山隧道施工面臨的問題和節(jié)能環(huán)保需求，提出了“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+巷道小豎井聯(lián)合通風(fēng)排塵+自動(dòng)噴淋捕塵”的隧道綜合環(huán)保施工技術(shù)體系。

2.1 水壓爆破減塵技術(shù)

水壓爆破裝藥示意圖見圖1。

水壓爆破減塵技術(shù)即是利用爆破應(yīng)力波對(duì)水的不可壓縮性，使經(jīng)過(guò)水傳達(dá)到炮眼圍巖中的爆炸能量幾乎無(wú)損失，減少單位巖石的炸藥消耗量，減少溫室氣體及粉塵排放，并且有利于巖石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到霧化減塵的作用，大大降低粉塵對(duì)環(huán)境的污染。水壓爆破減塵工藝流程見圖2。

水壓爆破減塵優(yōu)化措施如下：

1)水袋選擇優(yōu)化。為提高水袋灌注質(zhì)量，通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)炮眼直徑42 mm，確定袋壁厚0.8 mm，袋徑35 mm，袋長(zhǎng)200 mm，袋頭由平頭改為圓頭。另外封口溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致封口不嚴(yán)，水量損失嚴(yán)重，經(jīng)試驗(yàn)，該地區(qū)水袋最佳封口溫度為240 ℃。

2)炮泥制作優(yōu)化。炮泥加工直徑取36 mm～38 mm。炮泥中如砂過(guò)多，則炮泥成型較差；過(guò)少則炮泥比重??；水要適中，過(guò)少起不到粘合及降塵作用，過(guò)多則炮泥軟，不易搗固堅(jiān)實(shí)。經(jīng)檢測(cè)，炮泥四種成分的最優(yōu)重量比例為粘土∶砂∶水∶聚亞胺膠脂=0.75∶0.11∶0.08∶0.06。

3)裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化。清孔質(zhì)量不能滿足時(shí)，易出現(xiàn)孔底欠挖，而且安裝過(guò)程中，孔底水袋搗入深度較深，力度與深度不好掌握，易搗破水袋。建議首先提高清孔質(zhì)量，采用水壓清孔，其次將平頭水袋改為圓頭水袋，最后又在搗棍前端安裝橡膠軟頭。

4)單孔裝藥量?jī)?yōu)化。由于水袋的加入，爆破能量損失更小，加上水楔作用，爆破威力過(guò)大，對(duì)周邊圍巖易造成擾動(dòng)，且超挖現(xiàn)象嚴(yán)重。通過(guò)調(diào)整裝藥量進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，確定每孔減少半管炸藥，可使爆破效果更好，殘孔率提高，炸藥用量減少，對(duì)周邊的圍巖的擾動(dòng)也降低到最小。

2.2 濕噴混凝土降塵技術(shù)

濕噴混凝土降塵技術(shù)具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、功效高、回彈率小、粉塵少以及混凝土密實(shí)性高等特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)保需求和保護(hù)施工人員的身體健康。

濕噴混凝土降塵技術(shù)參數(shù)優(yōu)化。1)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)本地區(qū)地材、水質(zhì)條件，進(jìn)行了配合比調(diào)配、試拌，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試噴、調(diào)整，確定最優(yōu)配合比為水泥∶粉煤灰∶砂子∶石子(5 mm～10 mm)∶減水劑∶水=500∶60∶1 060∶400∶4.54∶180。2)噴射順序調(diào)整。適應(yīng)六盤山隧道初期支護(hù)環(huán)境的噴射順序?yàn)椋悍侄伍L(zhǎng)度3.2 m，分部為先下后上，分塊大小為1.6 m×2 m，噴嘴作連續(xù)不斷的螺旋狀圓周運(yùn)動(dòng)，橫向(0.6 m～0.8 m)×豎向0.25 m，后一圈壓前一圈1/3，濕噴路線應(yīng)自上而下，呈“S”形運(yùn)行，濕噴混凝土應(yīng)先邊墻、后拱部[2]，如圖3所示。3)風(fēng)壓控制。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)45個(gè)循環(huán)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)壓控制、噴嘴角度、噴嘴距受噴面距離、回彈率按照控制變量法進(jìn)行了細(xì)化測(cè)試，得出適合方案：在距離受噴面0.6 m～0.9 m、噴嘴角度95°、風(fēng)壓在0.6 MPa時(shí)混凝土回彈率最小。

2.3 小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵技術(shù)

1)六盤山隧道小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵方案。項(xiàng)目承建六盤山隧道出口段長(zhǎng)3 260 m，為獨(dú)頭掘進(jìn)。通風(fēng)排塵方案共分為三個(gè)階段[3]。第一階段：隧道掘進(jìn)1 500 m以內(nèi)采用壓入式通風(fēng)方案，并在距洞口1 050 m處增加φ1.2 m排風(fēng)豎井；第二階段：隧道掘進(jìn)1 500 m～2 500 m，采用送排結(jié)合混合式通風(fēng)方案；第三階段：隧道掘進(jìn)2 500 m～3 260 m，采用巷道式通風(fēng)方案。洞內(nèi)通風(fēng)走向見圖4。

2)小豎井通風(fēng)排塵工藝。在距洞口1 050 m處增加φ1.2 m排風(fēng)豎井，距排風(fēng)豎井250 m處安裝風(fēng)機(jī)，新鮮風(fēng)流自洞口吸至通風(fēng)機(jī)，并通過(guò)風(fēng)袋輸送至掌子面，污風(fēng)自豎井口排出，小豎井施工工藝見圖5。利用豎井排風(fēng)，將風(fēng)機(jī)移入洞內(nèi)，有效縮短風(fēng)機(jī)供風(fēng)距離1 000 m，提高了風(fēng)機(jī)供風(fēng)效率，同時(shí)節(jié)省了施工用電。另外在豎井口各設(shè)置一臺(tái)排氣扇，提高豎井的排風(fēng)能力，能迅速將洞內(nèi)渾濁空氣、煙塵排出，大大改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境。通風(fēng)豎井同時(shí)規(guī)劃為洞內(nèi)高壓進(jìn)洞的線路通道，在豎井上口地表位置安裝兩臺(tái)變壓器，供洞內(nèi)施工。不僅保證了洞內(nèi)正常施工的動(dòng)力，同時(shí)節(jié)省洞口段1 100 m的高壓電纜。

2.4 自動(dòng)噴淋捕塵技術(shù)

1)自動(dòng)噴淋捕塵工作原理。研制自動(dòng)噴淋捕塵養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，見圖6。臺(tái)車外側(cè)設(shè)置兩環(huán)灑水捕塵養(yǎng)護(hù)噴嘴，開啟進(jìn)水開關(guān)后，打開增壓設(shè)備調(diào)整水壓，使水霧均勻噴灑到二襯表面，使用遙控器控制臺(tái)架勻速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水霧捕塵以及二襯養(yǎng)護(hù)。

2)自動(dòng)噴淋捕塵設(shè)備特點(diǎn)。a.該設(shè)備操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)行走，能有效地減少襯砌混凝土表面裂紋，產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益；b.采取自動(dòng)移動(dòng)式臺(tái)架，噴水管安裝在養(yǎng)護(hù)臺(tái)架上，規(guī)避高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[4]；c.臺(tái)架容易制作，大小具備可調(diào)性，適用于各種類型的隧道二襯養(yǎng)護(hù)施工；d.實(shí)用性強(qiáng)，不僅可以對(duì)二襯進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，還可以起到灑水降塵的作用，并對(duì)仰拱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3)自動(dòng)噴淋捕塵工藝流程見圖7。

3 與傳統(tǒng)施工技術(shù)的對(duì)比

1)水壓爆破減塵對(duì)比傳統(tǒng)爆破技術(shù)。采用水壓爆破減塵技術(shù)，隧道內(nèi)空氣質(zhì)量更好，工人可更快進(jìn)行后續(xù)施工，另外爆碴破碎和爆堆短，裝碴效率高。由此可見水壓爆破對(duì)于降低粉塵，改善空氣質(zhì)量，縮短工序銜接時(shí)間，加快循環(huán)進(jìn)度的作用顯著。2)濕噴混凝土降塵對(duì)比干噴技術(shù)。采用濕噴混凝土降塵技術(shù)，可使粉塵濃度大幅降低，噴混凝土?xí)r洞內(nèi)能見度高；工人可以遠(yuǎn)離掌子面進(jìn)行操作，投入人員較少，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)；可將回彈率控制在10%左右，遠(yuǎn)低于前期干噴回彈率35.5%，有效降低材料浪費(fèi)，節(jié)約施工成本，施工效率更高。3)小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵對(duì)比傳統(tǒng)通風(fēng)技術(shù)。小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵技術(shù)可有效的提高洞內(nèi)的通風(fēng)效率，并且使風(fēng)機(jī)進(jìn)洞減少風(fēng)壓損失；同時(shí)利用豎井進(jìn)行線路規(guī)劃，能節(jié)省洞口段高壓電纜，大大節(jié)約用電高壓線路的成本。4)自動(dòng)噴淋捕塵對(duì)比人工噴淋技術(shù)。自動(dòng)噴淋捕塵技術(shù)可以有效捕捉洞內(nèi)粉塵，顯著提高洞內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)提高二襯的養(yǎng)護(hù)效率和二襯混凝土終凝強(qiáng)度，減少二襯裂縫數(shù)量。

4 結(jié)語(yǔ)

“水壓爆破減塵+濕噴混凝土降塵+小豎井巷道聯(lián)合通風(fēng)排塵+自動(dòng)噴淋捕塵”的長(zhǎng)大隧道綜合環(huán)保施工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)“開挖→初期支護(hù)→通風(fēng)→二襯施工”隧道施工全過(guò)程的節(jié)能減排、降低粉塵的需求，能夠顯著的提高作業(yè)環(huán)境質(zhì)量，保障工人身體健康，提高施工效率，同時(shí)節(jié)約施工成本。

[1] 魏廣源.水壓爆破技術(shù)在隧道掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技,2012(24):209-211.

[2] 焦文龍.隧道噴射混凝土施工工藝與質(zhì)量控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2013(4):180.

[3] 韓利儒.六盤山隧道豎井和巷道式通風(fēng)綜合技術(shù)研究[J].山西建筑,2015,41(25):177-180.

[4] 徐國(guó)生.應(yīng)用移動(dòng)臺(tái)架進(jìn)行隧道二襯混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2013,11(1):54-55.

The application of comprehensive enironmental protection technology in long tunnel construction

Ma Tengfei1Li Shuchen1Zhou Jianfang2

(1.GeotechnicalandStructuralEngineeringResearchCenter,ShandongUniversity,Jinan250061,China; 2.FifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway14thBureauGroup,Jining272117,China)

Through the analysis of the environmental problems of the Liupanshan tunnel, comprehensive environmental protection construction technology in long tunnel about “water pressure blasting reduce-dust+wet shotcrete decrease-dust+small vertical shaft ventilate remove-dust+automatic spraying catch-dust” is put forword, the technical parameters are optimized, the energy saving and environmental protection requirements in tunnel construction are effectively realized.

tunnel, water pressure blasting reduce-dust, ventilate remove-dust, decrease-dust technology

1009-6825(2017)07-0195-03

2016-12-22

馬騰飛(1986- )，男，在讀博士； 李樹忱(1973- )，男，教授； 周建芳(1976- )，男，高級(jí)工程師

X799.1

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