高海拔长距离隧道 TBM 施工通风降尘技术研究

引言

随着我国交通基础设施建设的持续推进，尤其是在西部大开发战略和 “一带一路”倡议的带动下，高海拔地区的隧道建设迎来了蓬勃发展。高海拔地区地势起伏大、山脉纵横交错，使得长距离隧道成为交通线路中不可或缺的重要组成部分。在高海拔长距离隧道施工中，TBM（隧道掘进机）凭借其高效、安全等优势得到广泛应用。然而，TBM 施工会产生大量的有害气体，如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）等，同时还会产生粉尘等污染物。这些有害物质若不能及时排出，将严重威胁施工人员的身体健康，容易导致中毒、呼吸道疾病等问题。此外，高海拔地区本身空气稀薄、含氧量低，这对通风降尘技术提出了更高的要求。因此，开展高海拔长距离隧道 TBM 施工通风降尘技术研究具有重要的现实意义。

1、高海拔长距离隧道 TBM 施工通风降尘现状与问题

高海拔长距离隧道 TBM 施工具有显著特点，也使得通风降尘面临现状与问题。在高海拔地区，空气稀薄、含氧量低，且地势起伏大、山脉纵横交错，这不仅威胁施工人员身体健康，也对施工设备运行提出挑战。长距离施工中，若采用常规钻爆法，通风难题突出，加上施工会产生一氧化碳、氮氧化物等有害气体和粉尘污染物，若不能及时排出，会严重影响洞内环境。当前通风降尘方面，有采用掌子面喷水除尘与吸入式风机滤网除尘结合的方式，将洞内粉尘含量降到较低限度；也有独特的风管储存与悬挂方式，与 TBM 的掘进、换步同步进行，节省时间。然而，仍存在一些问题，比如通风设备需根据长距离和高海拔特点进行匹配，风管要抵抗强大风压影响和损坏，同时在高海拔空气稀薄条件下，保证充足的通风量和氧气供应也是一大挑战，并且洞内空气质量的监控及通风效果的持续改进也有待进一步加强。

2、高海拔环境对通风降尘的影响

高海拔环境对通风降尘有着显著影响。在通风方面，空气稀薄、含氧量低是关键因素。受高原低气压、低含氧量影响，施工机械设备功效下降约 40% 。气压低使得空气稀薄，夏季含氧量仅为平原地区的 60% ，冬季仅为 55% 。柴油机设备在这样的环境下工效低、耗油量大、尾气排放严重；电动设备则工效低、耗电量大、电器故障频发。国产众多工程机械适用于高原施工的并不多，即便有高原型机械设备，使用工效下降、通风距离大打折扣的问题仍较突出。在降尘方面，高海拔气候条件影响明显。高海拔地区气温低、日温差大、冬季漫长、夏季短促，这对降尘材料和设备性能要求较高。风力强，尤其在高原山区，会使降尘工作难以开展，已沉降的粉尘易再次飞扬。而且低温环境下，降尘用水易结冰，影响降尘效果。

3、通风设备匹配研究

在高海拔长距离隧道 TBM 施工中，通风设备匹配研究至关重要，涵盖不同通风任务下的设备选型和通风设备的优化配置。不同通风任务对设备选型要求不同，在掘进阶段，需满足大通风量需求以快速排出 TBM 施工产生的大量有害气体和粉尘，可选用功率大、通风能力强的轴流风机；在设备检修等相对低强度作业阶段，可选用功率较小、能耗低的风机以节约能源。而通风设备的优化配置方面，要综合考虑隧道长度、海拔高度、断面大小等因素。例如，根据高海拔空气稀薄特点，适当增加风机数量或提高风机功率；合理布置风机位置，采用多级通风方式，减少通风阻力，提高通风效率，同时要注重设备之间的协调性，确保整个通风系统稳定高效运行。

4、通风管理策略

在高海拔长距离隧道 TBM 施工中，有效的通风管理策略对保障施工环境至关重要，涵盖通风系统的运行管理以及通风效果的监控与持续改进。在通风系统的运行管理方面，要依据高海拔长距离施工特点，制定科学的设备运行方案。不同通风任务阶段合理调配设备，掘进时开启大功率风机保障通风量，低强度作业时切换小功率设备节能。定期对通风设备进行维护保养，检查风机、风管等部件，及时处理故障隐患，确保设备稳定运行。而通风效果的监控与持续改进也不容忽视。建立洞内空气质量监测体系，实时监测一氧化碳、氮氧化物等有害气体浓度以及粉尘含量。设置多个监测点，尤其在掌子面等关键区域。根据监测结果及时调整通风策略，若有害气体或粉尘超标，增加通风量或优化通风路径。定期评估通风效果，总结经验教训，引入新技术、新方法持续改进通风系统，以适应高海拔长距离隧道 TBM 施工的复杂环境，保障施工人员健康和施工的顺利进行。

5、降尘措施研究

在高海拔长距离隧道施工中，降尘措施的研究十分关键，涉及常见降尘方法的适用性以及高效降尘技术的应用与优化。常见降尘方法包括喷水降尘、滤网除尘等。喷水降尘在高海拔地区面临一些挑战，高海拔气候寒冷，水易结冰，影响降尘效果，且长距离隧道中大面积喷水实施难度大。滤网除尘虽能过滤部分粉尘，但高海拔空气稀薄，通风量不足时，滤网易堵塞，效率降低。

为解决这些问题，需应用和优化高效降尘技术。例如，可采用先进的雾化降尘技术，其能产生更细小的雾滴，增加与粉尘的接触面积，提高降尘效率，且受低温影响相对较小。并结合智能监测系统，实时监测洞内粉尘浓度，根据监测结果自动调整降尘设备的运行参数，实现精准降尘。

6、风管性能研究

在高海拔长距离隧道 TBM 施工通风系统中，风管性能研究十分关键，主要涉及抵抗强大风压的能力以及安装与维护。风管抵抗强大风压的能力是保障通风系统稳定运行的基础。高海拔长距离隧道施工中，通风系统需提供较大的风压以实现有效通风，这就要求风管具备良好的抗压性。优质的风管材质和合理的结构设计能够增强其抵抗强大风压的能力，避免风管因压力过大而破裂、变形，确保通风的连续性和稳定性。风管的安装与维护也不容忽视。安装时，要确保风管连接紧密、布局合理，减少漏风现象，提高通风效率。根据隧道的走向和施工要求，选择合适的安装方式和位置。在维护方面，定期检查风管的磨损、破损情况，及时修复或更换受损部分，保证风管的性能始终处于良好状态，为隧道施工创造良好的通风环境。

结束语

高海拔长距离隧道 TBM 施工通风降尘技术研究意义重大且影响深远。通过对高海拔环境影响、通风设备匹配、通风管理策略、降尘措施等多方面的深入探究，对该复杂工况下的通风降尘难题有了更清晰的认知与解决方案。后续仍需持续关注行业前沿技术，不断优化通风降尘技术，提升设备性能与管理水平。期望研究成果能为高海拔长距离隧道 TBM 施工提供有力支持，保障施工安全、高效进行，为隧道建设事业贡献更多力量。

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