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摘要：盾构隧道大修施工工程中，采用分级除尘技术可以有效改善隧道施工环境。本文以分级除尘技术及相关工艺为重点研究对象，基于盾构隧道大修施工，工程的相关施工问题，结合笔者多年隧道工程的施工经验，为从事相关作业的科研技术人员提供力所能及的支持和帮助。仅供参考，
关键词：盾构隧道；降尘工艺；模拟方案
引言：
由于洞沟隧道具有超长的封闭空间，因此在隧道内开展大修作业时，其内部的结构会造成空气灰尘重度污染，对于施工人员的身心健康产生极大的破坏和影响，因此基于开展分级除尘工艺实现作业环境的改善，是当前盾构隧道大修施工作业的必然需求，也是行业内热门的重要研究课题。
一、粉尘的运动轨迹的有效模拟
借助数值法，开展对盾构隧道通风问题的有效研究，采用流体力学的研究方式，结合现代科学技术软件，试下对粉尘运动轨迹的有效模拟。通常选用软件为Openfoam、Fluent等，可以实现粉尘动态模拟成效。通过对单个粉尘的运动状态进行分析，采用DEM（离散元）为最佳的研究方法。但是由于涉及到大量粉尘碰撞一连续离散等动态问题，因此不能单独应用以上方法进行研究，进而采用耦合的方式开展这一问题的探索和分析。以A工程为例，采用二者结合的方式，以大型计算机系统以及Fluent软件，开展相关降尘措施的CFD模拟操作。具体操作为：在工作点利用水炮喷雾对扬尘进行有效控制（属于一级保护措施），同时安装静电除尘以及水过滤除尘设备（属于二级保护措施），进一步防止粉尘的扩散和影响。通过计算，开展对不同除尘工艺的相关成效的探讨和分析，为未来除尘工艺的发展提供数据支持。
二、降尘效果及模拟组合
通过构建相关模型计算以及软件可视化的研究，当距离工作面超过200m以上的范围时，其粉尘浓度大比例降低，同时在120米左右，粉尘会堆积在行车道附近位置，其高度约为1m左右，人体吸入程度较低。通过搭建组合降尘设备，对隧道内的降尘效果进行对比分析。常见的除尘设备包括：除尘风机、喷雾器、水炮、水桶除尘器以及移动水帘。除尘风机是利用风机的抽出式吸气动力，将灰尘有效吸入，同时让灰尘与水喷雾有效结合，进而让粉尘凝结、滞留，最终实现除尘效果。而其他的除尘设备是利用极为细微的水喷雾对灰尘进行附着效应，进而实现降尘效果。通过开展不同的除尘组合工艺，探讨最佳的除尘方案。
（一）传统射流风机通风工艺
采用传统射流风机通风工艺，在确保充足的通风措施时，射流风会造成机会造成灰尘无法有效集中，因此会沿隧道轴线下风机吹动方向飘散，经软件计算，其降尘率不足20%，降尘效果较差，且随着施工区域的逐步深入，其隧道中的灰尘含量不会减少[1]。
（二）静电除尘风机降尘工艺
静电除尘风机降尘工艺，在计算机模拟过程中，通过对放置除尘风机的三维区域进行计算，将区域内的压力值设定为0，采用一次模拟静电除尘风机降尘过程。在除尘过程中，除尘浓度在整个施工过程中的相关分布和变化，利用计算机进行相关数据分析，从整体方案进行详细计算，对比无尘措施，发现除尘机的降尘效果较为明显，同时在施工过程中，在20min时，粉尘浓度的峰值达到最大，为2010μg/m3，无除尘措施下，凡尘浓度达到8850μg/m3，从而计算出，静电除尘风机的降尘效率约为77.29%，满足施工过程中的相关具体要求，同时，应用静电除尘风机，灰尘集中的部位基本为相关区域的顶端，说明静电除尘风机可以实现灰尘的有效集中，因此在开展除尘工艺的过程中，对除尘风机周边的施工人员造成了一定的身体损害，因此要加以重视和防范[2]。
由于除尘风机的存在，导致所带来的负压和射流风机形成了一定平衡，进而在软件中呈现粉尘的分布情况较为均匀，这是除尘风机的一个重要优势，另外，由于射流风机入口处与除尘风机上部都有负压的存在，导致了粉尘会向这两个方向高度集中，而除尘风机对该区域的粉尘进行有效的收集，从而实现隧道中粉尘浓度的进一步降低。
（三）喷雾睡莲隔断降尘工艺
喷雾水帘隔断降尘工艺用户可以实现水滴与粉尘的有效融合，从而造成大量的灰尘“团聚”效应，并且让灰尘有效聚集在地面，开展进一步的清理。以Fluent软件进行测算，结合UDF模型进行动态观察，进一步探索灰尘的融合过程。在计算到5min左右时，粉尘数量占据总质量的10%，可以观察到，灰尘浓度约为450.5μg/m3，而同时对比无尘措施的粉尘浓度约为1777.9μg/m3，其降尘效率约为74.67%，满足施工要求，并且喷雾睡莲隔断降尘工艺降尘效果明显，降尘速度快。
（四）工艺组合降尘效果对比
表1 除尘工艺组合分布图，以及相关降尘效果对比图
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三、三级除尘工艺以及现场施工方法
与相关软件的计算以及综合模型测算，当采用临时射流风机方式进行除尘工艺使其除尘效率不足20%，虽然有一定的除尘效果，但是未能满足施工的具体要求，因此需要结合多种途径开展三级除尘工艺。
嗯，需要除尘的作业地点，以水泡喷雾或者水桶除尘器进行多重除尘措施，实施除尘方案，灰尘的源头处进行有效降尘处理，其除尘效率综合可以达到74.67%，满足施工的相应要求，通过对粉尘传播途径进行二级除尘措施，采用除尘风机或者喷雾水帘进行除尘，综合除尘效率可以达到70%以上的除尘效果。需要注意的是在施工过程中利用静电除尘器进行除尘时，粉尘经过静电除尘过滤，会将新鲜的空气排放出来，因此建议该设备摆放在作业面附近，开展相关的施工工作，另外在射流机入口处开展除尘工作时，除尘设备上方区域会存在一定的负压，会造成灰尘的过度集中，因此可以采用水炮进行局部的除尘工作。
结论：
通过对相关工程的除尘设备方案进行深入的研究和探讨，以及借助现代电子计算软件的辅助加持，结合CFD模拟方案为重要的参考依据，总结出有效的除尘方案，为隧道大修工程相关的除尘作业工作，提供了重要的数据支持和理论支持。
参考文献：
[1]熊清林，莫衍超.复杂条件下超大直径城市盾构隧道勘察关键技术探讨——以春风隧道为例[J].工程建设与设计，2019（16）：90-91.
[2]陶利，周彪，刘超，谢雄耀，李倩文.盾构隧道大修施工分级除尘技术及工艺研究[J].现代隧道技术，2018，55（05）：27-32+60.