唐定勝

中交一公局廈門(mén)工程有限公司

1 引言

長(zhǎng)大隧道施工是現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，其相應(yīng)的通風(fēng)降塵技術(shù)占據(jù)著關(guān)鍵地位。當(dāng)前形勢(shì)下，有必要對(duì)長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)進(jìn)行充分研究，得出相應(yīng)的通風(fēng)降塵技術(shù)方法，促進(jìn)長(zhǎng)大隧道施工質(zhì)量的改進(jìn)提升。本文就此展開(kāi)了探討。

2 研究背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)調(diào)整轉(zhuǎn)型和城市化的推進(jìn)，空氣污染問(wèn)題成為社會(huì)的焦點(diǎn)。根據(jù)隧道爆破施工所生產(chǎn)的粉塵及有毒有害氣體，空氣凈化方案也應(yīng)體現(xiàn)出相應(yīng)的技術(shù)差異。在長(zhǎng)大隧道工程建設(shè)過(guò)程中，其所處地域環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，隧道鉆進(jìn)過(guò)程中面臨著含氧量低的嚴(yán)重威脅，且隧道環(huán)境中將會(huì)附著大量浮塵，空氣品質(zhì)較低，嚴(yán)重威脅施工人員的身體健康。近年來(lái)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)高度重視長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)造、降塵技術(shù)革新、通風(fēng)降塵效果評(píng)價(jià)等方面制定并實(shí)施了一系列重大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為有效降低隧道施工環(huán)境有害氣體濃度，循序開(kāi)展大規(guī)模、高效率的機(jī)械化施工提供了基本遵循與導(dǎo)向，為長(zhǎng)大隧道現(xiàn)場(chǎng)施工人員構(gòu)建起了可靠而穩(wěn)定的安全屏障。在現(xiàn)代通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用下，既可源源不斷地向長(zhǎng)大隧道施工環(huán)境輸送供應(yīng)新鮮空氣，降低粉塵系數(shù)，而且還可為隧道工程各類(lèi)施工設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好條件。根據(jù)《隧規(guī)》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)隧道工程掘進(jìn)到特定長(zhǎng)度時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。長(zhǎng)大隧道的復(fù)雜性決定了其對(duì)通風(fēng)降塵技術(shù)的重要依賴(lài)程度，需要在施工方案及施工組織過(guò)程中予以全面考慮，將通風(fēng)降塵技術(shù)的應(yīng)用作為關(guān)鍵項(xiàng)目予以實(shí)施。同時(shí)，廣大隧道工程施工建設(shè)單位也在優(yōu)化長(zhǎng)大隧道工程勘測(cè)、優(yōu)化設(shè)計(jì)選線、改進(jìn)通風(fēng)降塵設(shè)備配置等方面進(jìn)行了積極探索，效果顯著。

3 長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)降塵技術(shù)路線

3.1 長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)

抽出式通風(fēng):就通風(fēng)效率而言，抽出式通風(fēng)方式獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，可在短時(shí)間內(nèi)將更高含量的有害空氣排出長(zhǎng)大隧道施工區(qū)域范圍，快速降低隧道內(nèi)有害氣體濃度。缺點(diǎn)為對(duì)剛性風(fēng)管的依賴(lài)性較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性較低。

混合式通風(fēng):根據(jù)實(shí)際布置方式的差異，混合式通風(fēng)又可細(xì)化分為長(zhǎng)壓短抽和長(zhǎng)抽短壓等兩種不同模式，二者在除塵裝置設(shè)定、空氣氣流流向及長(zhǎng)大隧道綜合通風(fēng)效果方面存在顯著差異，需要根據(jù)長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)降塵實(shí)際需求，綜合擇定。

巷道式通風(fēng):巷道式通風(fēng)技術(shù)需要以長(zhǎng)大隧道建設(shè)施工中的平行導(dǎo)坑等各項(xiàng)輔助坑道為載體，促進(jìn)氣流在送分管路中的運(yùn)行流動(dòng)指數(shù)，以外來(lái)新鮮空氣取代隧道內(nèi)有害粉塵氣體，實(shí)現(xiàn)新舊交替，有序通風(fēng)。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，加速隧道排煙效率

為有效實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)大隧道通風(fēng)降塵技術(shù)的實(shí)施效果，有必要采用特定數(shù)值計(jì)算方法對(duì)風(fēng)流結(jié)構(gòu)、氣流狀態(tài)等進(jìn)行仿真模擬，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型。風(fēng)流經(jīng)風(fēng)筒進(jìn)入隧道后，一側(cè)受隧道邊壁阻擋，只有一側(cè)為自由空間，形成貼附式射流。通過(guò)觀察與研判所形成的模擬數(shù)據(jù)狀況，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)供風(fēng)風(fēng)速的動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)測(cè)定隧道內(nèi)空氣有害氣體的濃度等參數(shù)指標(biāo)，形成相應(yīng)的有害氣體濃度變化關(guān)系曲線。

3.3 采用智能綜合噴霧降塵技術(shù)降低有毒有害氣體及粉塵含量

該裝置可在隧道鉆爆開(kāi)挖的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)中使用：①鉆孔鑿巖作業(yè)中的使用。隧道開(kāi)挖鉆孔作業(yè)操作會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，本系統(tǒng)可布置于掌子面前一定距離，開(kāi)機(jī)后該系統(tǒng)可自動(dòng)采集工作面鑿巖機(jī)震動(dòng)噪聲和掘進(jìn)作業(yè)中的粉塵濃度。當(dāng)鑿巖工作開(kāi)始時(shí)主控板自動(dòng)采集掘進(jìn)工作面鑿巖機(jī)的噪聲，從而通過(guò)主控板在電機(jī)控制電路自動(dòng)開(kāi)啟高壓微霧系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行降塵，當(dāng)長(zhǎng)大隧道內(nèi)粉塵濃度觸及允許指標(biāo)范圍是，則自動(dòng)中斷噴霧。②排煙作業(yè)中的使用。因此該系統(tǒng)也可應(yīng)用在爆破過(guò)程中，爆破產(chǎn)生的強(qiáng)力沖擊波和聲波會(huì)出發(fā)震動(dòng)傳感器。主控板接收到震動(dòng)爆破傳感器的信號(hào)后開(kāi)啟高壓噴霧系統(tǒng)對(duì)爆破產(chǎn)生的粉塵及炮煙進(jìn)行消除。③隧道回風(fēng)巷等固定地點(diǎn)的使用。該降塵系統(tǒng)可布置于主回風(fēng)隧道中對(duì)回風(fēng)中的粉塵起到沉降的作用，直到粉塵濃度降低到可允許的范圍內(nèi)自動(dòng)停止噴霧。

智能?chē)婌F降塵系統(tǒng)系統(tǒng)集成了20余中傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)場(chǎng)所的智能感知。該系統(tǒng)中的噴霧控制部分構(gòu)造原理如圖1所示。

圖1 智能?chē)婌F降塵系統(tǒng)中噴霧控制功能基本原理

該技術(shù)通過(guò)設(shè)置粉塵濃度報(bào)警值和上限值和下限值,自動(dòng)啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行噴霧降塵。例如：若將智能?chē)婌F降塵系統(tǒng)的啟動(dòng)噴霧濃度值設(shè)定為30mg/m3，系統(tǒng)中斷噴霧時(shí)的濃度值設(shè)為10mg/m3，則當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的粉塵傳感器在相關(guān)濃度信號(hào)搜集感應(yīng)的基礎(chǔ)上，在觸及相應(yīng)濃度值指標(biāo)時(shí)，則自動(dòng)完成相應(yīng)的開(kāi)啟或閉合操作，并根據(jù)濃度值的大小，自行調(diào)控噴霧強(qiáng)度，作用于隧道掌子面、運(yùn)輸路線和運(yùn)輸設(shè)備、爆破作業(yè)和噴漿作業(yè)等所有產(chǎn)生炮煙、粉塵的作業(yè)場(chǎng)所，在實(shí)現(xiàn)有序通風(fēng)換氣，提高長(zhǎng)大隧道施工環(huán)境空氣的同時(shí)，吸收化解部分有毒氣體，并將瓦斯等易燃易爆氣體控制在合理水平，將潛在的空氣污染源、危險(xiǎn)源等消滅在萌芽狀態(tài)，改善和治理粉塵作業(yè)環(huán)境，具有有效降低爆破粉塵、炮煙毒氣危害，有超溫報(bào)警保護(hù)、噴霧降溫，噴淋灑水防滅火，保護(hù)停機(jī)的功能。

裝置主機(jī)的構(gòu)造性較強(qiáng)，需要依托于微電腦單片機(jī)等控制單元，對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在特定程序化的操作約束范圍內(nèi)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過(guò)顯示窗展現(xiàn)出來(lái)。在人機(jī)交互過(guò)程中，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可視化效果，可綜合運(yùn)用煙霧、聲控、濃度等多類(lèi)型、多功能傳感器，配置在長(zhǎng)大隧道內(nèi)部的不同區(qū)域和位置，配置的關(guān)聯(lián)設(shè)備不同，完成數(shù)據(jù)探測(cè)及信號(hào)指令管控等任務(wù)。該裝置具有顯著的適用性，可在復(fù)雜、惡劣、多變的環(huán)境條件中完成相應(yīng)操控，能夠長(zhǎng)期工作而無(wú)故障?？梢酝饨訃婌F降塵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。透過(guò)隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)橋信號(hào)傳輸，可以在手機(jī)、電腦等多個(gè)終端設(shè)備查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)掌控環(huán)境發(fā)生的變化。

4 創(chuàng)新點(diǎn)——智能綜合噴霧降塵技術(shù)

現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，為長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)降塵智能化操控提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件難以完成的綜合噴霧除塵任務(wù)具備了更大的可操作性。在長(zhǎng)大隧道施工粉塵傳感器測(cè)量粉塵濃度檢測(cè)中，可進(jìn)行主控箱及各種配套傳感器的電路設(shè)計(jì)和程序開(kāi)發(fā)工作和實(shí)現(xiàn)。

在噴霧用水和空氣凈化液中自動(dòng)按一定比例添加表面活性劑及堿性溶液（降塵劑），從而增強(qiáng)粉塵和水的親和能力并且增強(qiáng)對(duì)酸性氣體的中和能力。

提升噴霧系統(tǒng)的實(shí)用性?xún)r(jià)值，實(shí)現(xiàn)基于自動(dòng)化理念的診斷與警報(bào)功能。該噴霧系統(tǒng)設(shè)置了完備的安全保護(hù)系統(tǒng)，如系統(tǒng)缺水后，水位傳感器會(huì)將缺水信號(hào)送至CPU，再由CPU控制高壓泵停止噴霧，從而保護(hù)高壓泵缺水空轉(zhuǎn)損壞泵體。噴嘴壓力傳感器可以實(shí)時(shí)采集微霧噴頭的噴霧壓力，當(dāng)噴霧壓力過(guò)高有可能是噴頭堵塞，從而停止噴霧，對(duì)噴頭進(jìn)行更換或清污。

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和各種監(jiān)測(cè)手段，定量分析技術(shù)可行性。收集并統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)工序的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和圖像、影像資料，深入分析新技術(shù)帶來(lái)的實(shí)際效果，并進(jìn)行效益分析（經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益）。最終，系統(tǒng)研究并總結(jié)出一整套適用于特長(zhǎng)隧道全智能監(jiān)控、無(wú)人值守、綠色環(huán)保、簡(jiǎn)單高效、自動(dòng)聯(lián)動(dòng)噴霧、噴淋養(yǎng)護(hù)、降塵降溫的成套技術(shù)與施工方法。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析研究長(zhǎng)大隧道爆破粉塵、通風(fēng)降塵及炮煙消解等方面的內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)隧道施工、環(huán)境控制、安全控制之間的銜接交互，將粉塵、炮煙消除在源頭，及時(shí)、高效、經(jīng)濟(jì)的消煙降塵降溫，既降本增效，優(yōu)質(zhì)高效，又體現(xiàn)了綠色環(huán)保、職業(yè)健康的人文工作理念。將實(shí)現(xiàn)“智能、高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、健康”的全面技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+隧道施工”，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將推動(dòng)國(guó)內(nèi)隧道通風(fēng)降塵施工技術(shù)的升級(jí)換代，實(shí)現(xiàn)歷史性跨越，為全面推進(jìn)低碳節(jié)能型和諧社會(huì)建設(shè)作貢獻(xiàn)。