长隧洞小断面施工扬尘治理技术研究

万伦，宋文武，常方圆

（西华大学能源与动力工程学院，四川成都610039）

1 工程概况

该隧道全长3186 m位于川中地区，该地区是剥蚀的中丘、浅丘地带，覆盖层多为素土、耕土、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩不等厚砂岩互层组成。在隧道开挖过程中采用的掘进机在连续掘进不断作业的过程中会产生大量的岩土粉尘，掘进机自身配置的喷淋降尘及捕尘设施不能够有效控制扬尘，同时受到开挖距离长、开挖断面小的影响，大功率的风机及大管径的风管风袋不能安装，导致通风效果差，开挖作业或焊接作业是产生的粉尘不能及时排除，导致隧洞内的空气质量差，粉尘聚集浓度超标，严重影响作业人员身体健康，职业健康安全风险尤为突出[1]。

2 安全分析

分析该项目首先存在一定的地质风险，该地区多为IV、V类围岩，抗风化能力较差，经常出现渗水的情况，极易出现透水、冒顶等安全事故，由于该隧道开挖距离较长，且受断面小的影响，大功率的风机及大管道的风管风袋不能安装，导致通风效果极差，开挖作业过程中产生的粉尘不能及时排除，特别在该掘进机开挖过程中，产生的岩土粉尘极大，严重影响作业人员的身体健康[2]，此外该工程由于开挖过程中对超前地质没有勘察清楚，施工过程中对危岩处理不合理，防护措施不到位，围岩地段的支护措施不及时采取的支护方式不合理[3]。所以在施工过程中对工作人员的生命健康以及安全施工造成巨大的影响，在以后类似的施工过程中需要提升其安全问题以及其施工技术[4]。

3 研究内容

根据该工程的施工特点，结合项目部的实际情况。首先利用UG软件进行三维建模，然后在ICEM中进行网格的划分，最后利用Fluent进行数值模拟仿真分析以及通风分布分析，解决作业面气流紊乱、粉尘乱串的现象，将排出的灰尘采用湿式降尘的处理方式，降低排出的粉尘在空气中飞扬。

4 研究结果

通过数值模拟结果分析粉尘在不同时刻的分布运动图以及得到粉尘到达隧洞出口处稳定时所需要的时间，通过隧洞施工专用轴流的改造以及与密闭式喷雾降尘装置相结合的通风扬尘综合治理系统，有效排除施工作业过程中产生的粉尘，排除的粉尘进行雾化稀释，确保洞内空气质量满足职业健康控制指标要求，保障作业人员身体健康，消除职业健康安全风险。对自然环境及生态进行有效保护，避免对周边居民生活的影响，树立良好的社会形象。同时作业区域粉尘消除后，掘进机操作人能够更好地控制开挖断面尺寸，提高隧洞开挖质量，增加有效工作时间，提高作业效率，加快施工进度，创造更高的经济效益。

5 研究结论

通过对数值模拟计算分析，得到在出口设定一个喷雾降尘装置能够有效地使灰尘在出口处下降，降低灰尘的浓度，使施工达到安全的标准。通过对不同角度的喷头进行数值模拟计算分析，得到安装的喷头的角度越大，覆盖的除尘空间越大，将越有利于除尘，这将为实际的工程应用提供一定的价值。