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隧道施工降尘净毒综合治理工法
YJGF09—94
作者：雷升祥 康秀红（铁道部第十八工程局)
摘要： 隧道钻爆开挖、出碴、喷锚作业，产生大量的粉尘及有害气体，尤
其是采用无轨运输作业时，内燃机械排出的大量废气，对洞内造成长时间、沿程
污染，这些尘毒对人体伤害很大。因而，搞好通风降尘净毒工作，意义十分重大。
它直接关系到洞内作业人员的身心健康，关系着工程进度的快慢，关系着施工的
经济效益和社会效益。 在多座隧道施工中，开展了降尘净毒综合治理的研究，
特别是在内径 9．0m 的四川太平驿引水隧洞施工中，进行了管遭通风、高压引射、
水幕降尘、机械净化几方面实践，收到了显著成效。经铁道部劳动卫生研究所检
测，各项指标符合国家卫生标准。该技术获 1993 年中国铁道建筑总公司科技进
步二等奖。本工法是根据综合治理的工程实践编写而成的。
一、基本原理
（一）管遭通风原理
管道通风按局部通风稀释理论考虑，即通风换气区是掌子面以后 200m 范围
的有限空间 w，这个空间为一个理想模型，如图 9-1 所示。
它需要满足下列条件：
（1）有限空间 w不变，它是一个理想模型。
（2）空间内空气密度均匀，任何时间有害气体浓度在空间都均匀分布。
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（3）同一时间内流入和流出的空气量相等。
通过空气交换，使有限空间 w内的废气浓度得到稀释，降到国家卫生指标限
走的范围内。
（二）高压射流原理
高压流体由喷嘴高速喷出，在射流周围造成负压，把空气吸人。高速的流体
与空气在混合管内混合，发生动量交换，被吸人的空气从而获得能量，沿风筒流
动。参见图 9-2.
（三）水幕降尘原理
洞内采用水幕降尘，就是把水雾化成微细水滴喷射到空气中，使之与尘粒碰
撞接触，则、尘粒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
沉降速度，参见原理图 9-3。当直径为口的水滴以一走的速度进入含尘空气，并
占据一定的空间，含尘风流通过水雾滴时，风流围绕水滴而流动。但是尘粒比重
较大，因惯性作用而保持其运动方向，因而与水滴碰撞并粘附于水滴之上，从而
达到降尘目的。
（四）机械净化原理
机械净化包括机内净化和机外净化两种。机内净化是使内燃机械产生的废气
量中有害气体浓度降低，主要是整修喷油嘴，调整喷油效果，同时掺加 XS30-30。
高效柴油添加剂，提高燃油十六烷值，使柴油燃烧雾化效果更好、更充分、生成
有害气体减少。机外净化采用催化氧化法和水洗法二级净化系统。催化作用是促
进以下氧化反应：
水洗法是通过涤烟剂，清除碳烟及颗粒物，参见原理图 9-4。
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二、工法特点
（1）采用综合治理技术效果好。管遭通风 以内百米漏风率低于 1．0
％， 以内百米漏风率低于 1．5％；各工序、各作业时间洞内 C0、NOx、粉
尘浓度均符合国家卫生标准要求；高压射流使元轨运输隧道沿程污染得到极大的
改善，加速了洞内废气排放速度；采用水幕降尘，除尘效率达 75％以上，炮后
20min 掌子面清晰，确保炮后 30min 进洞施工；机械净化效果显著，减少了洞内
污染。
（2）工艺简单，操作方便，适用范围宽，容易推广。
（3）造价低，实用性强。如制造水幕降尘器，高压引射器，掺 XS30-30 高
效柴油添加剂等项目，投入少，收效大，适用于施工现场。
三、适用范围
独头隧道掘进≤2km,采用无轨运输施工;也适应其它地下工程.
四、施作工艺与要点
（一） 工艺流程
（参见图 9-5）
（二） 工艺设计
1. 通风设计
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包括风量计算，设备选型与匹配，通风布局等。
（1） 风量计算：按稀释系数μ=3m3/、百米漏风率η=2%、最小风速
Vmin=
四方面计算，计算公司参见表 9-1
设计风量取上表计算结果的最大值，根据漏风系数确定风机风量，一般主机
风量取设计风量的 倍。
（2） 风压计算；管网阻力包括全部风道的磨擦阻力的局部阻力，局部阻力
主要包括风道转弯，接头，变径等处阻力。
风压计算公式：
P 摩=Pv·K·L/D
P 局=n·c·g·v2
P =∑(P 摩+P 局)
(3)高压射流设计
引射器引射效果衡量指标采用引射系数(R)来表示:
R=(Q--q)/q
式中 R——引射系数，无因次；
Q——引射器风量，m3/min;
q——高压流体消耗量，m3/min。
高压流体采用高压风和高压水，引射器为风水混合型引射器，其中，高压水
的压力 。引射器结构参见图 9-6。
3.降尘设计
水幕降法主要解决 1—3μm 的尘粒.水幕降法器设计为风水混合型,技术参数见表 9-2。
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1— 进高压水管；2—水量表；3—喷嘴；4—气压表；5—混合管；6—进高压气管
水幕降尘器结构参见图 9-7
4.净化系统设计
采用二级净化系统,其结构示意图参见图 9-8
(三)施作要点
1. 管道通风系统
(1) 刚性通风管现场制造工艺
隧道施工中，大孔径刚性通风管的传统做法是：厂制焊接成型，长途运送至
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工地。它存在两个主要缺点，一是运输困难，二是回收率低。为此，结合实际，
在进行风管设计的基础上，研制了几套模具，现场冷弯法卷制钢风管，
风管参数：单节长 1956mm，公称直径 D＝1200mm，壁厚δ=0. 8mm；风管采
用法兰连接，管材为镀锌铁皮。风管加工：铁皮采用扣边咬接成风筒，角钢冷弯
成法兰，通过胎具将风筒、法兰制成风管。
（2）风机风管安装
①主机安装在洞外，离洞口距离大于 20m，上部设防雨篷。
②风管安装采用两种型式，一种方式是吊在拱顶，每间隔 设一根Φ22
悬吊锚杆；另一种方式是支立在边墙一侧。两种型式视施工条件任选。
③风管转弯时应没过渡段，转弯角度大于 110°。
④风管悬吊、支立时，做到平、直、稳、紧，在水平面上无起伏，垂直面上
无弯曲。
⑤两节风管之间采用法兰连接，中间采用 4mm 厚直条橡胶带沿风管法兰环向
拉压扣紧。
⑥风管悬吊时，要求砂浆锚杆单根抗拉力大于 15kN。
（3）管理要求
①通风机使用前应换注黄抽，以后每半月加注一次。
②风机应减少停机次数，采取定期停机保养，一般一周检修一次。
③设风管专门维修工班，发现破损、开裂、泄漏、螺栓松动等情况时，对症
处理。
④悬吊风管时，应先清理危石，注意施工安全。
2．射流器安装与操作
高压射流器一律安装在拱顶，一般 500m 设一个，特殊位置（如支洞喇叭口
处）应增设。安装时，应检查悬吊锚杆的抗拨力，其值不应小于 50kN。出碴作
业时，打开引射器。
3．水幕降尘器安装与操作
在离隧道掌子面 100m 范围内设置 2～3 道水幕，分别离掌子面 30m、50m、
80m。水幕器安在隧道起拱线外，每遭水幕两侧边墙分别安一个水幕器。炮前
10min 打开各道开关，炮后半小时关闭。
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4．净化系统安装使用
将净化箱连接到内燃机车辆尾气排气管上，走期更换水洗箱里的水及涤烟
剂、催化剂。
XS30-30 高效柴油添加剂按万分之三～五的比例加入到柴油中，供洞肉运输
车辆使用。
五、质量控制标准与检测方法
（一）洞内卫生学指标
（1）隧道内含有 10％以上游离 SiO2 粉尘的最高允许浓度为 2mg／m3；
（2）CO 最高容许浓度为 30mg／m3；
（3）氮氧化物（换算式 NO2）最高容许浓度为 5mg／m3；
（4）CO2 含量，按体积计不得大于 0．5％；
（5）洞内 O2 含量，按体积计不小于 20％；
（6）洞内气温不得超过 28℃。
（7）洞内噪音不大于 90dB；
（8）开挖断面风速不小于 0．15m／s，不应大于 6m／s。
（二）测试仪器与方法
1．卫生学测试
主要仪器仪表有：武安 84 一 1 型、FC 一 2 型粉尘采样器，电子分析天平，
秒表，Φ40mm 过氯乙烯纤维滤膜，北京北苑检测分析仪器厂生产的 CO、NOx采样
器、采样管等。
测试方法：按照 GB5748-85《作业场所空气中粉尘浓度测定方法》及常规毒
害气体测定方法执行。
2．通风系统测试
主要仪器仪表有：标准毕托管，800mmU 型压力计， DJM-9 型补偿式微压计，
DEM3型空盒气压表，DEM6 型杯状风速表，干湿温度计等。
测试方法：按常规方法测定。对被测管道截面分三环进行测定，其计算结果
取算术平均值，并进行标化。标化大气压为 760mm 水柱，温度 20℃。
3．进洞车辆烟气排放测走
主要仪器有：FBY-2 型全自动烟度计，MEXA-324M 型汽车排气分析仪。
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测定方法：按 GB3846-83 和 GB6456-86 执行。
六、机具设备
针对不同隧道，不同的工作面数配备相应的通风机具设备。以太平驿引水洞
为例，主要机具设备可参见表 9-3。
七、劳动组织
（一）总体安排
现场成立一个通风管理组，包括施工技术、环卫、安全部门。通风管理组的
职责：负责通风降尘净毒系统的设计并组织实施，负责尘毒的监测、系统调整，
安全生产等项工作。
（二）具体安排
参见表 9-4
八、经济社会效益分析
采用通风降尘净毒综合治理其社会、经济效益均十分显著，以太平驿引水隧
洞为例。
（一）现场自制风管效益巨大
现场自制风管，改变了大直径刚性风管厂制的历史，避免了长途运输不便。
现场自制的拼装式风管具有可拆装，多次倒用的特点。同厂制δ=2mm 厚黑铁皮
风管相比，以 1000m 风管计算，可节约材料费 10. 4 万元，节约加工费
万元，节约运费 万元，合计节约 21．64 万元，（按 1992 年同期价格计）。
自制白铁皮风管同软风管相比，每 m 价格约高出 24 元，但刚性风管比软风管回
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收率大，残余价值高。不仅如此，关键是采用刚性风管更加有利于管道通风。
（二）降尘净毒综合治理社会效益显著
（1）降低了粉尘浓度和毒害气体浓度，减少了对职工身心健康的伤害，对
预防职业矽肺病具有十分重要的意义。
（2）净化了洞内空气，有利于环境保护。特别是对柴油机的二级净化及掺
XS30-30 高效柴油添加剂，降低了机械比排放指标, 作用重大。
（3）采用综合治理，为施工生产创造了良好的条件，缩短了作业循环时间，
加快了工程进度。
九、工程实例
四川华能太平驿电站引水隧洞位于岷江上游左岸四川省汶川县境内，全长
10500m，由铁道部十八局担负 5＋000～10＋500 段施工任务。隧道洞内径 ，
开挖直径 ～10m，采用钻爆法施工，元轨运输，最大独头通风距离 。
该隧洞施工采用了通风降尘净毒综合治理技术，管遭遇风采用 1250m3／
min、1000m3／min 风机配拟Φ 风管单机压人式供风，同时采取了水幕降尘、
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高压射流、柴抽机车辆净化，掺 XS30-30。柴油添加剂等综合治理措施，收到了
显著成效。参见图 9-9。
1993 年 3 月,铁道部劳动卫生研究所对 5#支洞下游单机独头供风 后,
洞内卫生学指标,通风系统进行了测试,温室结果见表 9-5、表 9-6、表 9-7。
*为剔除炭颗粒后的粉尘浓度
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我局劳卫部门对机械净化和洞庭湖内微小气候进行了监测，结果见表 9-8、
表 9-9。
对红岩车实施二级净化后测试结果参见表 9-10。
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从上述测定结果不难看出，隧道施工中采用通风，水幕降尘，高压射流，机
械净化等技术措施，进行综合治理，其效果是十分显著的。
目前，技术已推广应用到其它一些隧道工程中。
（执笔：雷升祥 康秀红）
