马腾飞 李树忱 周建芳

(1.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061； 2.中铁十四局集团第五工程有限公司，山东 济宁 272117)



·绿色环保·建筑节能·

综合环保技术在长大隧道施工中的应用

马腾飞1李树忱1周建芳2

(1.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061； 2.中铁十四局集团第五工程有限公司，山东 济宁 272117)

针对六盘山隧道的环保难题，提出了“水压爆破减尘+湿喷混凝土降尘+小竖井巷道联合通风排尘+自动喷淋捕尘”的长大隧道综合环保施工技术，优化了各项技术参数，有效实现了隧道施工中节能环保的需求。

隧道，水压爆破减尘，通风排尘，降尘技术

1 技术背景

六盘山隧道全长9 485 m，是全国海拔2 000 m以上高原地区最长的高速公路隧道，工程地质条件较差，存在涌突水、软岩大变形和坍塌等不良地质条件。六盘山隧道位于六盘山国家级自然保护区，施工过程中必须减少对周围的扰动，保护围岩稳定和水环境，另外由于围岩较为软弱，独头掘进距离长，对于降低施工期间的粉尘浓度、实现节能环保的要求难度大。

六盘山隧道工程地质类型国内较为罕见，目前对该类隧道环保施工经验比较少，要求改善隧道内作业环境，保护隧道附近生态环境，实现节能环保修建目的，以绿色环保为核心，控制隧道围岩大变形和研制有效支护技术的挑战前所未有。

2 综合环保技术的应用

根据六盘山隧道施工面临的问题和节能环保需求，提出了“水压爆破减尘+湿喷混凝土降尘+巷道小竖井联合通风排尘+自动喷淋捕尘”的隧道综合环保施工技术体系。

2.1 水压爆破减尘技术

水压爆破装药示意图见图1。

水压爆破减尘技术即是利用爆破应力波对水的不可压缩性，使经过水传达到炮眼围岩中的爆炸能量几乎无损失，减少单位岩石的炸药消耗量，减少温室气体及粉尘排放，并且有利于岩石破碎[1]。炮眼中的水可以有效起到雾化减尘的作用，大大降低粉尘对环境的污染。水压爆破减尘工艺流程见图2。

水压爆破减尘优化措施如下：

1)水袋选择优化。为提高水袋灌注质量，通过多次现场试验，根据炮眼直径42 mm，确定袋壁厚0.8 mm，袋径35 mm，袋长200 mm，袋头由平头改为圆头。另外封口温度过低会导致封口不严，水量损失严重，经试验，该地区水袋最佳封口温度为240 ℃。

2)炮泥制作优化。炮泥加工直径取36 mm～38 mm。炮泥中如砂过多，则炮泥成型较差；过少则炮泥比重小；水要适中，过少起不到粘合及降尘作用，过多则炮泥软，不易捣固坚实。经检测，炮泥四种成分的最优重量比例为粘土∶砂∶水∶聚亚胺胶脂=0.75∶0.11∶0.08∶0.06。

3)装药结构优化。清孔质量不能满足时，易出现孔底欠挖，而且安装过程中，孔底水袋捣入深度较深，力度与深度不好掌握，易捣破水袋。建议首先提高清孔质量，采用水压清孔，其次将平头水袋改为圆头水袋，最后又在捣棍前端安装橡胶软头。

4)单孔装药量优化。由于水袋的加入，爆破能量损失更小，加上水楔作用，爆破威力过大，对周边围岩易造成扰动，且超挖现象严重。通过调整装药量进行循环试验，确定每孔减少半管炸药，可使爆破效果更好，残孔率提高，炸药用量减少，对周边的围岩的扰动也降低到最小。

2.2 湿喷混凝土降尘技术

湿喷混凝土降尘技术具有劳动强度低、功效高、回弹率小、粉尘少以及混凝土密实性高等特点，有利于实现环保需求和保护施工人员的身体健康。

湿喷混凝土降尘技术参数优化。1)配合比优化设计。根据本地区地材、水质条件，进行了配合比调配、试拌，通过现场试喷、调整，确定最优配合比为水泥∶粉煤灰∶砂子∶石子(5 mm～10 mm)∶减水剂∶水=500∶60∶1 060∶400∶4.54∶180。2)喷射顺序调整。适应六盘山隧道初期支护环境的喷射顺序为：分段长度3.2 m，分部为先下后上，分块大小为1.6 m×2 m，喷嘴作连续不断的螺旋状圆周运动，横向(0.6 m～0.8 m)×竖向0.25 m，后一圈压前一圈1/3，湿喷路线应自上而下，呈“S”形运行，湿喷混凝土应先边墙、后拱部[2]，如图3所示。3)风压控制。经过现场45个循环统计，在风压控制、喷嘴角度、喷嘴距受喷面距离、回弹率按照控制变量法进行了细化测试，得出适合方案：在距离受喷面0.6 m～0.9 m、喷嘴角度95°、风压在0.6 MPa时混凝土回弹率最小。

2.3 小竖井巷道联合通风排尘技术

1)六盘山隧道小竖井巷道联合通风排尘方案。项目承建六盘山隧道出口段长3 260 m，为独头掘进。通风排尘方案共分为三个阶段[3]。第一阶段：隧道掘进1 500 m以内采用压入式通风方案，并在距洞口1 050 m处增加φ1.2 m排风竖井；第二阶段：隧道掘进1 500 m～2 500 m，采用送排结合混合式通风方案；第三阶段：隧道掘进2 500 m～3 260 m，采用巷道式通风方案。洞内通风走向见图4。

2)小竖井通风排尘工艺。在距洞口1 050 m处增加φ1.2 m排风竖井，距排风竖井250 m处安装风机，新鲜风流自洞口吸至通风机，并通过风袋输送至掌子面，污风自竖井口排出，小竖井施工工艺见图5。利用竖井排风，将风机移入洞内，有效缩短风机供风距离1 000 m，提高了风机供风效率，同时节省了施工用电。另外在竖井口各设置一台排气扇，提高竖井的排风能力，能迅速将洞内浑浊空气、烟尘排出，大大改善洞内作业环境。通风竖井同时规划为洞内高压进洞的线路通道，在竖井上口地表位置安装两台变压器，供洞内施工。不仅保证了洞内正常施工的动力，同时节省洞口段1 100 m的高压电缆。

2.4 自动喷淋捕尘技术

1)自动喷淋捕尘工作原理。研制自动喷淋捕尘养护台车，见图6。台车外侧设置两环洒水捕尘养护喷嘴，开启进水开关后，打开增压设备调整水压，使水雾均匀喷洒到二衬表面，使用遥控器控制台架匀速移动，实现水雾捕尘以及二衬养护。

2)自动喷淋捕尘设备特点。a.该设备操作简便，自动行走，能有效地减少衬砌混凝土表面裂纹，产生间接经济效益；b.采取自动移动式台架，喷水管安装在养护台架上，规避高空作业风险[4]；c.台架容易制作，大小具备可调性，适用于各种类型的隧道二衬养护施工；d.实用性强，不仅可以对二衬进行养护，还可以起到洒水降尘的作用，并对仰拱进行养护。

3)自动喷淋捕尘工艺流程见图7。

3 与传统施工技术的对比

1)水压爆破减尘对比传统爆破技术。采用水压爆破减尘技术，隧道内空气质量更好，工人可更快进行后续施工，另外爆碴破碎和爆堆短，装碴效率高。由此可见水压爆破对于降低粉尘，改善空气质量，缩短工序衔接时间，加快循环进度的作用显著。2)湿喷混凝土降尘对比干喷技术。采用湿喷混凝土降尘技术，可使粉尘浓度大幅降低，喷混凝土时洞内能见度高；工人可以远离掌子面进行操作，投入人员较少，大大降低安全风险；可将回弹率控制在10%左右，远低于前期干喷回弹率35.5%，有效降低材料浪费，节约施工成本，施工效率更高。3)小竖井巷道联合通风排尘对比传统通风技术。小竖井巷道联合通风排尘技术可有效的提高洞内的通风效率，并且使风机进洞减少风压损失；同时利用竖井进行线路规划，能节省洞口段高压电缆，大大节约用电高压线路的成本。4)自动喷淋捕尘对比人工喷淋技术。自动喷淋捕尘技术可以有效捕捉洞内粉尘，显著提高洞内空气质量，同时提高二衬的养护效率和二衬混凝土终凝强度，减少二衬裂缝数量。

4 结语

“水压爆破减尘+湿喷混凝土降尘+小竖井巷道联合通风排尘+自动喷淋捕尘”的长大隧道综合环保施工技术，可以实现“开挖→初期支护→通风→二衬施工”隧道施工全过程的节能减排、降低粉尘的需求，能够显著的提高作业环境质量，保障工人身体健康，提高施工效率，同时节约施工成本。

[1] 魏广源.水压爆破技术在隧道掘进中的应用[J].中小企业管理与科技,2012(24):209-211.

[2] 焦文龙.隧道喷射混凝土施工工艺与质量控制[J].建筑工程技术与设计,2013(4):180.

[3] 韩利儒.六盘山隧道竖井和巷道式通风综合技术研究[J].山西建筑,2015,41(25):177-180.

[4] 徐国生.应用移动台架进行隧道二衬混凝土养护技术[J].国防交通工程与技术,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

马腾飞(1986- )，男，在读博士； 李树忱(1973- )，男，教授； 周建芳(1976- )，男，高级工程师

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