何国华，高春雷，王发灯

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

隧道机械化清筛作业洒水降尘试验研究

何国华，高春雷，王发灯

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

由于既有铁路隧道空间有限、空气流动不畅，导致铁路隧道有砟轨道道床在进行清筛作业时施工环境粉尘大、能见度低，严重危害施工人员的身体健康，并影响施工质量和作业效率。鉴于此，以煤粉作为道砟污土进行饱和吸水率试验和筛分试验，探讨清筛作业时合理的洒水量和洒水时间。结果表明:洒水量取道床中所含煤粉质量的15%较为合适;为保证水分能被煤粉充分吸收且不因洒水提前时间过长造成水分大量蒸发，提前1 d洒水抑制粉尘及清筛的效果最好。

有砟轨道 机械化清筛 降尘 洒水

在线路大机清筛作业中，往往在清筛机编组中加挂污土车辆或在相邻线路放置污土车辆以解决污土排放问题，这相对于自然清筛排放能减少扬尘，但降尘效果不显著。尤其在隧道线路进行清筛时，因为空间密闭，空气流通不畅，导致粉尘扩散缓慢，对人员安全及施工造成巨大的危害［1-2］。因而，为直接达到降尘效果，在大型清筛机作业前对线路进行洒水处理，使道床污土润湿［3］。

洒水降尘需确定两个因素:①洒水量。洒水过多会造成道床含水量太多，进而影响清筛作业;洒水太少则达不到防扬尘的效果。②洒水提前时间。洒水提前时间太长，水分会大量蒸发;提前时间太短，水分未能被道床污土充分吸收，会造成道床污土不够湿润，从而影响防扬尘效果［4］。

本文以煤粉作为道砟污土进行饱和吸水率试验［5］和筛分试验，探讨清筛作业时合理的洒水量和洒水时间。

1 含煤粉量30 %道床试验

1.1 饱和吸水率试验

因试验隧道道床污土主要成分为煤粉，提前对煤粉进行饱和吸水率试验，以推断煤粉的最大需水量，为洒水量提供依据［6］。

取煤粉样品50 g，逐渐加水，直至煤粉不再吸水为止，称重，得出煤粉吸水后重量，计算得出煤粉饱和吸水率。进行5次试验，试验结果见表1。经计算，煤粉平均饱和吸水率为29.2%，符合有关文献［7-8］中煤粉饱和吸水率30%的结论。筛分试验时将以煤粉重量的30%作为洒水量的上限。

表1 煤粉饱和吸水率试验结果

1.2 筛分试验

按道床清筛作业要求，在道床不洁度(按重量计)超过30%时，需进行道床清筛作业［9］。试验取道床含煤粉量30%，分别按煤粉质量的10%，15%，20%，30%洒水，测试不同煤粉含水率(洒水量与煤粉质量的比值)时的扬尘情况。分组进行试验，如图1所示。

根据样品制作要求，分别洒相应的水量，并放置于阴暗处静置相应天数。对静置后的样品进行人工清筛。清筛过程中，观察扬尘情况。采用颗粒度测量仪［10］(如图2所示)，在筛动过程中及清筛完成后，在距清筛位置1 m处测量周边环境PM2.5及PM10浓度变化情况(如图3所示)。观察清筛后的道砟洁净程度，判断道砟清筛效果。试验结果如表2所示。

1.3 试验结果分析

由表2可见，每组试验中，洒水量越大抑制扬尘的效果越好。在煤粉含水率为10%时，扬尘明显，清筛后PM2.5及PM10的浓度也明显高于清筛前的环境浓度;在煤粉含水率为15%时，PM2.5，PM10及可见性粉尘浓度都得到了有效的抑制。

在煤粉含水率为20%，30%时，道砟中PM2.5，PM10及可见性粉尘浓度也都得到了有效的抑制，但洒水过多，导致煤粉过于湿润，清筛后道砟表面依然包裹了一层煤粉，难以清筛干净，影响清筛作业。

洒水提前时间太长，水分会大量蒸发;提前时间太短，水分未能够被道床污土充分吸收，都会造成道床污土不够湿润，从而影响防扬尘效果。试验中，提前0.5 d洒水，煤粉较干燥，在煤粉含水率＜15%时，PM2.5，PM10浓度较高，并有大量可见性粉尘;提前1.0，1.5 d洒水时，水分被煤粉充分吸收，煤粉湿度适中，PM2.5，PM10及可见性粉尘浓度得到很好的抑制;提前2.0，3.0 d洒水，煤粉逐渐变得干燥，PM2.5，PM10及可见性粉尘浓度随煤粉含水率的减小逐渐增大。

综上，提前1 d洒水，煤粉含水率为15%，即洒水量取煤粉质量的15%时，抑制粉尘的效果较好，且道砟表面的煤粉容易清筛干净，清筛效果较好。

图1 筛分试验分组

图2 颗粒度测量仪

图3 颗粒浓度测量

表2 筛分试验结果

2 不同含煤粉量道床试验

为验证前面试验结果是否适应不同含煤粉量道床，对含煤粉量为20%，40%的两种道床进行试验，分别按煤粉质量的10%，15%，20%，30%进行试验分组，提前1 d洒水，试验结果如表3所示。

由表3可知，在道砟含煤粉量为20%，40%时，提前1 d洒水，洒水量取煤粉质量的15%时，抑制粉尘的效果比10%时好，比20%，30%时稍差一些，且道砟的清筛效果较好。该试验结果与含煤粉量30%时基本一致。

表3 不同含煤粉量道床试验结果

3 结语

在隧道清筛作业前，对线路进行洒水处理，使道床污土润湿能有效抑制清筛过程中的扬尘产生。对于输煤线路，道床中的污土成分主要为煤粉，洒水量可根据道床中的煤粉含量来确定。饱和吸水率试验和筛分试验结果表明:洒水量取道床中所含煤粉质量的15%较为合适;为保证水分能被煤粉充分吸收且不因洒水提前时间过长造成水分大量蒸发，提前1 d洒水抑制粉尘及清筛的效果最好。道砟为其他污土介质的线路可以参照此试验确定洒水量和洒水时间。

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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

(责任审编 葛全红)

2014-10-20;

2014-11-25

中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2013G007-B)

何国华(1982—)，男，山东郓城人，副研究员，硕士。