随着我国经济建设的发展,城市轨道交通建设规模与数量日益增加。我国对大气污染物的排放标准也愈加严格,地铁隧道施工过程中污染物的治理越来越受到重视。本课题以北京地铁某站为重点,对隧道污染物治理方法进行研究。先对地铁施工中常见的污染物进行监测,发现总尘、呼尘和电焊烟尘等粉尘类污染物含量超标。然后对开挖初支阶段下土方开挖、格栅架设、锚喷混凝土三种工况的PM10和PM2.5分布规律进行研究,结果表明锚喷混凝土产生的PM10和PM2.5浓度最大,其中PM10浓度范围为25.7～31.3mg/m3,PM2.5浓度范围为17.2～28.9mg/m3。对粉尘颗粒进行采样并进行粒径与SEM分析,锚喷粉尘体积百分比最高的粒径为3～4μm,占粉尘总量的14.5%。焊接烟尘粒径范围为0.8～3μm,体积百分比最高的粒径为1.4～1.6μm,所占比例为15.7%。锚喷机附近的粉尘颗粒粒径大,但表面不光滑,多为小颗粒聚集而成的。竖井附近粉尘颗粒成分与锚喷粉尘颗粒相近,锚喷粉尘颗粒对外界影响大。通过计算流体力学的方法对地铁主体施工阶段进行三维建模并进行不同施工位置时颗粒物扩散规律的模拟,采用DPM（Deformable part model）模型模拟颗粒相运动,得到边侧施工位置4的颗粒物易扩散。然后对地铁开挖初支阶段进行三维建模并进行压入式与抽出式两种通风方式的模拟,得到压入式通风管道的最佳摆放位置为距施工面20m处,抽出式通风管最佳放置位置为距施工面5m处。针对锚喷工况污染严重,设计了锚喷机除尘装置,该装置主要包括两个部分:一部分为防尘罩,另一部分为扁袋式除尘器。先对扁袋式除尘器进行初步设计,再使用计算流体力学对内部除尘效果进行分析,选择6个进风口位置,其中中心位置5除尘效果最佳。在短时间内排尘效率明显比其他进风口进风时高,其在60s内为除尘效率为71.53%,300s时除尘效率为96.5%。同时针对土方开挖时候产生土壤粉尘污染,采用化学抑尘剂进行除尘。基于风速、粒度、抑尘剂浓度的单因素实验设计响应曲面法实验。结果表明,影响效果从大到小依次为风速、粒度、抑尘剂浓度,其中风速为4m/s,粒度为180目,抑尘剂浓度为3.08‰是各因素的最佳条件,所用抑尘剂的效果以粘结为主。本论文通过对地铁施工污染物的监测与粉尘颗粒物特性的分析,对常见的地铁隧道污染物治理提供实验基础。采用数值模拟的方式对不同阶段下的地铁施工粉尘进行研究,为地铁施工通风除尘提供了一定的理论基础。所设计的锚喷机除尘装置,对降低锚喷机污染技术的研究有一定的指导意义。探究了影响抑尘剂效果的因素,对抑尘剂在土方开挖过程中的应用有一定的借鉴意义。
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