特长隧道施工通风消烟除尘新技术

黄义

海南公路工程有限公司海南海口570100

摘要：随着我国经济的快速发展，我国公路建设项目不断增加，其中隧道的数量也占有很大的比例。隧道的通风消烟除尘是隧道尤其是特长隧道施工中非常重要的问题，随着人们对于环保等意识的增强，隧道施工通风消烟除尘的问题愈加突出。基于此，本文将着重分析探讨特长隧道施工通风消烟除尘新技术，以此能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

关键词：隧道；通风；消烟除尘；新技术

随着我国铁路建设的快速发展，隧道工程建设也随之发展，长大隧道不断出现。伴随着人们环保意识的提高，以人为本理念的深入，改善隧道施工作业环境，确保作业安全也就成为了工程施工面临的首要问题。在施工过程中隧道内产生的有害气体和粉尘不但对施工人员的身心健康构成直接危害，而且严重影响劳动效率的提高，制约施工进度，同时还会对洞内设施造成损害，因而解决长大隧道消烟降尘就成为隧道施工中不容忽视的重要问题。及时、有效、经济地将洞内有害气体和粉尘清除，不但体现了绿色环保的人文工作理念，更能有效地提高工作效率，加快施工进度。

一、隧道通风的相关原理

1.隧道中有害气体以及粉尘的来源

从目前的隧道施工情况来看，隧道中的有害气体以及粉尘的产生主要是因为掌子面放炮所造成的，在爆炸之后所造成的有害气体主要包括CO、NO、少量的H2S、SO2以及岩尘等等。水泥尘以及烟尘等等主要是由于喷射混凝土施工所造成的。并且隧道地下可能有有毒气体、可燃气体的存在，以及地质较差的隧道，如涌水、流沙、溶洞的情况也会存在。

2.隧道通风的相关原理

正常情况下隧道的距离都是有限的，相比于地面来说距离是比较短的，这样就不用考虑到大气压的变化，只需要考虑温度效应以及风力效应等等。按照理想的气体状态方程R=pV/nT来看，R是常量，随着温度的增加体积就会变大，并且密度降低。隧道内部空气的运动情况主要和以下几方面因素有关：隧道内的温度变化情况、空气的流速等。因此在夏季等高温天气时就会出现隧道外温度比较高、隧道内温度比较低的情况，造成隧道内的空气不容易排出。而冬季等低温天气隧道内的温度比较高、隧道外的温度比较低，隧道内的空气比较容易排出。

二、隧道施工通风消烟除尘新技术

1.隧道中降低烟雾浓度的办法

在隧道内为了能够达到良好的除尘效果，需要在除尘机的附属设备上配有装水设备，此设备要控制好送风机和计测器等装置。除尘系统的工作原理在于隧道内周围的空气进行电离，使电离后的空气区域变为电晕区域，在此区域内将电子分为正负两级，当空气中成功被电离后，空气中的正负电离子就会朝着双方快速运动，而在运动的过程中，空气中的尘粒就会被正负离子一并带动起来，当正负离子结合后就会被同时吸引到集尘板上，很多空气中的尘粒也都在集尘板上“着陆”，随着电离空气的越来越多，反复工作，集尘板上的尘粒也会聚集的越来越多，当达到一定数量时，灰尘就会慢慢的固化，这时就需要及时的清理掉，然后才能保证除尘系统的正常运行。作为隧道通风设计中的重要指标，烟雾浓度的控制是极其重要的，一般要通过机械设备稀释烟雾。在隧道中，如果遇到隧道较长，且坡度较大的隧道时，多数是以稀释烟雾的含量而有针对性的设计通风。

2、通风消烟除尘新技术

全新的隧道施工通风消烟除尘采用的是湿式除尘技术，此技术主要是通过所形成的温差效应在掌子面的周边形成循环流。按照本项目施工现场的情况进行测量得知，掌子面在爆破前后具有5-8℃的温差，在爆破后所形成的烟尘主要位于掌子面40m范围内的拱顶。因为温差的存在，会形成上部为高温气体、下部为冷空气，在离掌子面30m位置较小的锥形体。将轴流风机安放在锥尖部位，发生爆破后所形成的烟尘会在拱顶位置被轴流风机吸出而输入到湿式除尘器内部，在液体和含尘气体相互接触之后，依靠烟尘本身所具有的惯性会和液体发生碰撞、扩散以及粘附，之后这些粘附后的尘粒会相互凝聚，这样就会使尘粒和气体得到分离，分离后所得到的冷空气就可以通过风筒来改变方向参与到掌子面的污浊气体循环系统中去。

通过此技术的应用能够将绝大多数的粉尘以及有害气体吸除掉，从而对掌子面的空气质量进行一定的改善，并且能够降低隧道施工中的通风费用。与此同时和压入式通风进行配合使用，可以有效的解决隧道施工通风消烟除尘的目的。

3、水雾消烟降尘基本原理

（1）水雾消烟降尘机理

消烟降尘系统由独头通风、风管、降尘站、洗车槽、路面清洗等组成，与一般隧道通风除尘不同，本降尘系统把通风与高压喷雾降尘两者密切地结合起来，以达到更好的除尘效果。隧道内的水雾帘幕降尘装置设计充分利用隧道施工用的高压风和高压水进行，即利用气体介质与液体介质之间的相互挤压、加速或剪切作用，将液体雾化，形成高压水微粒雾蔽带，使粉尘不能向外扩散，随着水粒降落。在从降尘装置前端喷出的高速雾粒、气流吸入并净化附近空气之后，受空气阻力，逐渐减速失去动能后，还有粉尘混入，其中一部分在降尘装置形成负压作用下，重新被吸入降尘装置，得到彻底净化后放入大气。再加之通风形成的雾蔽，把粉尘集中在有限的空间内，从而增大了水粒与粉尘的接触机会，增加了降尘效果。把两者密切地结合起来可达到更好的除尘效果。

喷雾降尘过程是水雾与尘粒因凝结而除尘的过程，把水雾化成微细水滴并喷射于空气中，使其与尘粒碰撞接触，则尘粒被水捕捉而附于水滴上或者被湿润的尘粒互相凝聚成大颗粒，从而加快其降尘速度，水雾与尘粒的凝结决定了喷雾降尘的除尘效果。当水雾粒不带电荷时，水雾粒通过与粉尘粒子的惯性碰撞、拦截以及凝聚、扩散等的综合作用来降尘。资料表明，不带电荷水雾粒对直径为10μm以下粉尘捕捉效率较低，对粒径<7.07μm呼吸性粉尘降尘效率很低，而对10μm以上的粉尘具有较高的除尘效率。但喷雾水滴却对呼吸性粉尘具有较高的捕集效率，这主要是因为雾粒速度高，雾粒直径小造成的。试验表明，随着水压的提高，雾粒速度显著提高，提高水压是提高水雾电荷值的重要途径，这也是喷雾降尘取得最佳效果的原因所在。

喷雾洒水，不仅可以清除粉尘，而且可以溶解部分有害气体，并能降低洞内温度，使空气变得明净清爽。目前隧道施工广泛使用的乳化炸药主要由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、高热剂等成分组成，爆炸后除产生高热能外还生成大量气体，其中部分对人体危害极大，而利用雾化水微粒对有害气体（如CO2、NO2、SO2、NH3等）能起到净化作用。大部分可同雾化水微粒反应如下：

CO2+H2O→H2CO3；

SO2+H2O→H2SO3；

3NO2+2H2O→2HNO3+NO；

NH3+H2O→NH3·H2O

H2SO3、HNO3、H2SO4为中强酸和强酸，在隧道中对混凝土有腐蚀作用，所以迅速降低CO2、NO2、SO2等气体的浓度对保证混凝土的质量有非常重要的作用。CO2、NO2、SO2、NH3溶于水并能与水起化学反应，通过降尘站形成的水雾可迅速降低有毒有害气体的浓度并随隧道的排水系统迅速排出洞外。

（2）水雾降尘的重点与控制措施

影响喷雾捕尘效率的因素有水雾的粒度、水雾喷射速度、含尘风流的速度等。水滴雾化越充分，喷射速度越高，含尘风流的速度越低，捕尘的效率也就越高。经对各种参数的分析，水雾系统降尘效果的好坏与工作面液压管路的压力、喷嘴的放置方向、喷雾装置距离工作面的距离以及通风形成雾蔽带的效果等因素密切相关。

1）水压：提高水压，减少出水孔径可增加喷射速度和雾粒的分散度，从而提高降尘效果。

2）喷嘴的放置方向：水粒与尘粒的相对速度决定粉尘与水粒的接触效果，水粒速度越高则动能越大，与尘粒接触有利于克服水的表面张力，将粉尘湿润捕捉。为此将喷嘴迎风向上45°方向设置，这样可以加大水与尘粒的相对速度，有利于水雾覆盖断面，达到更好的除尘效果。

3）喷雾装置距离工作面的距离：为了节约用水，减少对工作面生产的影响，同时又能取得更好的除尘效果，就必须把喷雾装置放在适当的位置。离工作面远，除尘效果会下降，不能满足工程防尘的目的，使工作环境恶化；离工作面太近，则必须投入更多的物力，不但不经济而且并不一定能够取得更好的除尘效果。经试验研究分析，选择喷雾装置离工作面的距离在30m左右效果最佳。

采用消烟降尘系统更改以往抽排、压排等通风排烟方式，通过分析粉尘、有害气体的源头，利用开挖台车、通道口等关键部位将绝大部分粉尘、有害气体及时消减在作业通道内。避免了烟雾等长时间污染作业面及通道，危害施工人员身体健康及耽误作业时间，体现了人文施工理念，提高了施工效率。

总而言之，在道路隧道建设快速发展的大环境下，由于现代隧道大多以钻爆法施工和无轨运输为主，其施工通风问题就成为安全、快速施工的最大障碍，这就要求我们在以后的实际工作中必须进一步重视强化隧道施工的通风消烟除尘工作。

参考文献

[1]刘宇哲.长隧道和特长隧道施工通风防尘技术浅探[J].门窗，2014，07：460-461.

[2]张成刚.长大隧道钻爆法施工中通风防尘方案[J].铁道建筑，2009，05：68-70.

[3]闫志刚.鹰鹞山隧道通风防尘设计及实施[J].山西建筑，2009，32：330-331.