目前，在隧道施工中应用较多的主要是喷雾装置，但喷雾装置存在用水量大，粉尘吸附效果差等问题，在现场施工过程中，存在使用喷雾装置后，现场能见度仍然小于10m的情况，且低水压下喷雾装置喷出的雾滴不带电荷，对直径10μm以下的粉尘吸附性较弱，因此需要研究新的高效率且易于推广的除尘措施。

表面活性剂由于其亲水和亲油基因而表现出的“双亲结构”，被广泛应用于发泡、清洁和环境保护等方面，在悬浮液体中，加入表面活性剂后，产生的泡沫可以将粉尘充分润湿，且添加了表面活性剂后，增加了除尘液体的发泡功能，使得产生的泡沫体积更大，加上表面活性剂自身的吸附功能，使得产生的泡沫对粉尘中的大颗粒和小颗粒都有良好的除尘效果。

一、隧道施工粉尘的来源

隧道施工过程中粉尘的来源主要有以下四个方面：

（一）钻孔产尘

隧道施工中爆破、打锚杆和安装超前支护等都需要进行钻孔，钻孔机械在钻孔过程中，需要将岩石磨碎，如果采用风动钻孔，高压风会将产生的岩屑从孔中吹出，从而在隧道里产生粉尘污染。

（二）爆破过程中产生的粉尘

爆破的过程是一个将岩石破碎的过程，岩石破碎的过程中不可避免的产生大量细小粉尘，在爆轰气体的作用下，迅速传播到周边的空气中。

（三）装渣和运输过程

弃渣在装运过程中，机械装备不可避免的会对隧道内产生的粉尘进行扰动，此外机械在施工过程中排出的尾气内也含有大量的微尘，粒径越小的粉尘在不施加外界影响的前提下，在空气中也需要更长的时间来自然沉降。

（四）喷混凝土过程中产生的粉尘

近年来由于大力推广湿喷工艺的原因，喷射混凝土过程中产生的粉尘已大大减少，该过程中产生粉尘的主要原因在于喷射混凝土回弹料中小颗粒从回弹料中分离从而产生粉尘。

二、泡沫捕尘机理

喷雾装置将水喷出后形成水雾，而泡沫捕尘的机理在于将水和发泡剂混合后，通过喷头喷出泡沫，泡沫与水雾相比体积更大，增加了泡沫与粉尘碰撞的机会，且添加了表面活性剂之后，对粉尘具有良好的吸附性和润湿性。将泡沫喷洒到隧道掌子面附近的产尘地点，由于产生的泡沫运动速度快，在空气中可以停留更长时间，同等用量下可以产生更多的气泡，在掌子面附近快速降尘；产生的泡沫在空气中运动的过程中，由于其自身的带电性，可以对直径在7μm以下的呼吸性粉尘具有良好的吸附性效果。如表1所示，隧道施工过程中产生的主要为呼吸性粉尘，而通风条件下采用喷雾除尘对这种粉尘的除尘效果较差，因此采用泡沫除尘本身的扩散和静电吸附作用可以有效的降尘，根据泡沫除尘的方式，将泡沫除尘的机理分为了4个方面，主要为截留、惯性碰撞、扩散及黏附效应。

表1隧道施工粉尘的分散度

（一）截留效应

由于粉尘中细小颗粒的粒径很小，因此可以假定该部分的颗粒质量可以忽略不计，假定粒子的直径为dp，当粒子的边缘部分与泡沫正好相切时，如图1所示，则可以认为该粉尘颗粒被泡沫捕捉，从图中可以看出，粉尘与泡沫相切时为截留效应的极限状态，当粒子的中心点与泡沫的中心线距离的大小在b之内时，粒子都能被泡沫截留。

 图1截留效应示意图

（二）惯性碰撞

从图1中可以看出，当粒子的中心点与泡沫的中心线相距过近时，粒子会沿原有运动轨迹直接与泡沫进行碰撞，惯性碰撞是泡沫捕捉粉尘的主要途径。

（三）扩散效应

扩散效应指的是当受到外界扰动时，被扰动的细小粉尘会在气流的干扰下做布朗运动，由于布朗运动的无序性，粉尘与泡沫碰撞的机会大大增加。

（四）黏附效应

当泡沫与粉尘碰撞后，会将一部分粉尘黏附在泡沫表面，当达到一定重量后，泡沫就会在自身重力的作用下沉降，由于在产生泡沫的液体中添加了表面活性剂，故碰撞后泡沫能够将粉尘充分的润湿，提高了泡沫的黏附效应，具体情况如图2所示。

 图2泡沫黏附粉尘示意图

三、泡沫除尘的优势

泡沫除尘对人体基本无害，泡沫除尘对环境的影响也可以忽略不计，周长根等人通过试验发现，对于易燃易爆类粉尘，采用泡沫除尘既可以保证安全性又具有良好的除尘效果，故采用泡沫除尘的优势性很大，具体可以分为以下几个方面：

（1）泡沫的体积和比表面积远大于水雾，能够增加与粉尘的碰撞几率，除尘效果好。

（2）由于泡沫本身的静电吸附性，再加上泡沫本身的黏附效应，对呼吸性粉尘具有良好的吸附性。

（3）传统的水雾除尘体系中，仅采用喷雾装置对呼吸性粉尘的除尘效果差，需要多道工序配合才能降低隧道内的呼吸性粉尘，泡沫除尘仅需要一道工序就可以，简化了施工流程。

（4）在缺水地区修建隧道时，采用泡沫除尘后可以大大减少除尘的用水量，减少对隧道内施工环境和设备的影响。

（5）采用表面活性剂后泡沫对粉尘的润湿性更好，除尘效率更高。

总的来看，泡沫除尘技术在我国隧道施工中应用较少，但在国外及我国的采矿工程中已有应用的实际案例。通过调研发现，采用泡沫除尘可以有效的降低空气中呼吸性粉尘的含量，泡沫除尘在降低呼吸性粉尘方面的效率相比传统的喷雾降尘提高了20%，在降低全尘方面提高了30%，且产生1m³的泡沫在成本上仅需0.19元。总的来说，泡沫除尘效率更高，成本也比较低廉，值得在隧道施工中推广。

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知识点：泡沫除尘技术在隧道施工中的应用