降低隧道施工机械尾气污染的几项措施
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作者：蔡智鸣 厉曙光 王宇辉 张志强 古勇 刘守兵 张辉
单位：蔡智鸣(上海铁道大学医学院，上海 200070)；厉曙光(上海铁道大学医学院，上海 200070)；王宇辉(铁道部第二工程局第四工程处，四川内江 641000)；张志强(上海铁道大学医学院，上海 200070)；古勇 刘守兵(铁道部第二工程局中心卫生防疫站，四川成都 610032)；张辉(上海铁道大学医学院，上海 200070)
关键词：无轨运输；隧道施工；空气污染；燃油添加剂
铁道医学000202
[摘要]目的 研究降低无轨运输方式施工隧道中空气污染的措施。方法 采用燃油添加剂，定期对施工机械进行维修和保养，减少发动机空档排气，将压入式通风口设置于距掌子面8～10m处，保持通风管道密闭通畅致使有效送风。结果 隧道中有害气体CO、NOx及黑烟浓度至少降低46%，55%和42%。结论 采取以上措施能明显改善施工环境的污染状况并减轻对施工人员身体健康的危害。
, 百拇医药
[中图分类号]R122.1；R134+.2；R136 [文献标识码]A [文章编号]1001-0912(2000)02-0073-03
Several measures to reduce exhaust gas pollution from construction machines in the tunnels
CAI Zhi-ming，LI Shu-guang，WANG Yu-hui，et al.
(Shanghai Tiedao University Medical College,Shanghai 200070,China)
Abstract：Objective To study measures of reducing air pollution in the tunnels which are used the method of trackless transportation to construct.Methods Using fuel additive; Maintaining the construction machines regularly;Reducing exhaust fumes in neutral position of the engines;The air-vent is designed to up the bank by 8～10m; Keeping the air conduct sealed and ventilation work effectively.Results Reduce the concentration of the pernicious gases,such as CO、NOx and black smoke at least by 46%,55% and 42%.Conclusion Adopting above-mentioned methods can improve the pollution condition of construction environment obviously and simultaneously reduce the harm to the health of constructors.
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Key words：trackless transport；tunneled construction；air pollution；fuel additive
(Railway Medical Journal,2000,28:73～75)
在采用无轨运输方式进行施工的隧道中，因使用大功率的内燃工程机械，其排放的尾气中高浓度的油烟及有害气体严重污染洞内施工环境，危害施工人员健康[1～3]。为了改善隧道内施工环境，作者与铁道部第二工程局第四工程处联合攻关，采用本校研制的TY型燃油添加剂，促使柴油燃烧更充分，使尾气得到净化，并就机械发动机状态、通风口设置及通风管道状态等对洞内有害气体浓度的影响也进行了检测研究。
1 材料与方法
1.1 TY型燃油添加剂性状及添加量
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添加剂为黄色粉末，无毒，不易燃，不溶于水，易溶于汽油、柴油等非极性有机溶剂，尤其适用于柴油发动机。以0.08%～0.1%(W/W)比率溶于柴油。
1.2 检测仪器
美国安普公司生产的BACHARCH Bodyuard 4 CO和NONOXORTM II NOX电子气体测定仪各一台。温州仪器仪表厂生产的FQD-102A型数字式排气烟度计一台(测值以波许单位RB表示)。
1.3 隧道施工方式、动力机械和环境情况
1.3.1 施工方式 采用无轨运输动力机械全断面开挖，施工过程为钻孔，充填炸药，爆破，喷水降尘，然后完成出碴，全过程约24h。
1.3.2 动力机械 柳州工程机械厂生产的ZLC40B侧卸装载机(功率118kW)1台；5吨自卸东风柴油发动机汽车3辆；5吨自卸汽油发动机汽车1辆。
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1.3.3 环境情况 采用咸阳风机厂生产的SO-No8.4型隧道轴流通风机(流量：41200m3/h，全压：3680Pa，配用电机：30×2kW)压入式进风(管径800mm)，出风口距掌子面约100m。测试期间洞内温度、湿度基本一致。
1.4 检测方法
爆破后1h，粉尘在喷水完全沉降后开始出碴， 出碴开始后2h检测人员进洞距掌子面6～10m，每隔5～10min测定洞中央垂直高度1.5m处空气中CO、NOx浓度各4～5次，记录电子气体测定仪的数据，同时测装载机在全负荷工作状态下尾气烟度值11次。
2 结 果
2.1 燃油添加剂加入前后CO、NOx浓度及烟度的变化
1999年7月17日至22日，在燕子坡隧道距出口500m开挖掌子面处，连续6个工作日，全部施工机械加入添加剂前后，洞内CO、NOx浓度及装载机尾气烟度测定值见表1。使用TY型燃油添加剂后,洞内空气中CO、NOx浓度及尾气烟度值明显下降。未加添加剂前3d测定结果的平均值CO为267.37mg。m-3、NOx为9.74mg。m-3、烟度为7.88RB;而加入添加剂后3d测定结果的平均值分别为145.65mg。m-3、4.43mg。m-3、4.60RB。经方差检验差异有极显著意义(P<0.001)。上述3项指标的降低率依次为46%、55%和42%。
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表1 添加剂加入前后CO、NOx浓度及烟度测定值(
±s) 项目
未加添加剂
加添加剂
第1天
第2天
第3天
第4天
第5天
第6天
CO/mg。m-3
234.5±4.18
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343.19±2.00
223.84±8.37
206.56±0.52
88.66±5.66
141.73±5.08
NOx*/mg。m-3
8.92±0.28
9.15±0.47
11.15±0.28
5.42±0.33
3.24±0.54
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4.64±0.28
烟度/RB
7.99±0.38
7.67±0.53
7.97±0.37
5.43±0.63
4.92±0.54
3.45±0.60
*NOX浓度以NO2计
2.2 施工机械发动机车况与尾气排放烟度的关系
比较在磨盘嘴隧道和燕子坡隧道采用完全相同的方法测定的数据发现，虽然两隧道使用同一厂家和同一型号、出厂日期相近(分别为1998年5月和1998年6月)的装载机，然而磨盘嘴隧道为装载机配备了专业维修人员，定期对化油器、过滤网、喷油嘴和汽缸头进行清洗、更换；而燕子坡隧道使用的装载机从未进行过此项工作，因而在全负荷工作状态且均未加入添加剂的情况下，由于车况不同，尾气排放烟度有明显差异。表2可见磨盘嘴隧道装载机尾气排放的烟度值仅为燕子坡的1/3，经t检验差异有极显著意义(t＝66.90，P<0.001)。
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表2 两隧道装载机尾气烟度值 装载机地点
n
烟度值/RB
磨盘嘴隧道
6
2.55±0.49
燕子坡隧道
33
7.88±0.44*
*两组相比，P<0.001
2.3 距出风口不同距离处CO的浓度
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为了解压入式通风管出风口设置点对有害气体排放的作用，在燕子坡隧道，对无添加剂的7月18日和加添加剂的7月20日2个工作日，出碴2.5h后分别测定了该隧道洞口(距出风口400m)、洞中(距出风口200m)、出风口(距掌子面100m)及掌子面处的CO浓度。前一个工作日上述4处CO的浓度依次为242、208、180、343mg。m-3；后一个工作日则依次为128、108、90、206mg。m-3，均同步下降。且两班洞内CO浓度分布规律相同，出风口处最低，掌子面处最高，出风口至洞口呈逐渐上升状。
2.4 通风管道的不同状态与洞内有害气体浓度
在磨盘嘴隧道与燕子坡隧道均开挖至500m未加添加剂时，经检测二洞内出风口CO浓度分别为310mg。m-3和180mg。m-3，据查是由于前者通风管中间被大量人为戳开、破损、扭曲，进风在中途大部分泄漏，出风口呈瘪塌状，出风量很小，故出风口处CO浓度比通风管完好的燕子坡隧道高70%。
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3 讨 论
在采用无轨运输动力机械方式施工的隧道中，要降低由发动机尾气引起的空气污染，应从降污和排污两方面同时入手。
3.1 采用燃油添加剂
高效的燃油添加剂可改进柴油的十六烷值，提高柴油雾化质量，改善不均匀的异相燃烧和局部缺氧状态，清除积碳，减少柴油裂解脱氢形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒碳烟，促进燃烧更充分，从而降低尾气烟度及CO、NOX的排放[4]。
3.2 定期对发动机维修保养并减少空挡排气
由于隧道内空气环境十分恶劣，发动机空气过滤器等部件极易被粉尘堵塞和损坏，喷油嘴及燃烧室内容易积碳，造成喷油提前角过大，排烟增多。定期对施工机械进行维修、保养，始终保持发动机处于良好的车况能明显降低尾气烟度。表2显示的数据可清楚地说明上述结论。
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此外，由于发动机空挡排气时易贫氧低温燃烧，排气中CO浓度比常速运转时高1倍以上[5]。因此，在洞内施工机械等待出碴的间隙时最好关机而不是保持怠速状，以减少CO的排放。
3.3 合理设置通风口及保持通风管道密闭通畅
通风口处由于大量新鲜空气的进入，稀释了污染气体浓度，形成向洞口的气体流动，故CO浓度最低；出风口至污染气体浓度最高的掌子面约100m区间，由于不能形成气体的传送，只能靠自行扩散进行交换，掌子面处CO浓度比该处高约1倍，由此可见，出风口设置距掌子面越近，越有利于掌子面处的污染气体排放。考虑到掌子面处工作空间狭窄，出风口安装困难，建议可将出风口设置于距掌子面8～10m处。从在两隧道出风口CO浓度的检测数据可见，通风管道完好的燕子坡隧道出风口比通风管道破损的磨盘嘴隧道低得多。这表明，保持通风管道的密闭通畅能有效送风，对降低洞内空气污染具有重要作用。
[基金项目]铁道部科技专项经费资助项目(J992034)
, 百拇医药
[作者简介]蔡智鸣(1949-)，男，江苏南京人，上海铁道大学医学院讲师。
[参考文献]
[1] 王昌清，刘瑞永，赵恩全.柴油车废气对隧道施工人员健康的调查[J].铁道劳动安全卫生与环保，1998，(2)：102-4.
[2] 王移兰.劳动卫生学[M].第3版.北京：人民卫生出版社，1996.4-53.
[3] 毛德寿，同宗灿，王志远，等.环境生化毒理学[M].沈阳：辽宁大学出版社，1986.30-3.
[4] 黄文轩，韩长宁.润滑油与燃料添加剂手册[J].北京：中国石化出版社，1995.106-48.
[5] 李荫堂.环境保护与节能[M].西安：西安交通大学出版社，1998.111-20.
[收稿日期]1999.09.13, 百拇医药
单位：蔡智鸣(上海铁道大学医学院，上海 200070)；厉曙光(上海铁道大学医学院，上海 200070)；王宇辉(铁道部第二工程局第四工程处，四川内江 641000)；张志强(上海铁道大学医学院，上海 200070)；古勇 刘守兵(铁道部第二工程局中心卫生防疫站，四川成都 610032)；张辉(上海铁道大学医学院，上海 200070)
关键词：无轨运输；隧道施工；空气污染；燃油添加剂
铁道医学000202
[摘要]目的 研究降低无轨运输方式施工隧道中空气污染的措施。方法 采用燃油添加剂，定期对施工机械进行维修和保养，减少发动机空档排气，将压入式通风口设置于距掌子面8～10m处，保持通风管道密闭通畅致使有效送风。结果 隧道中有害气体CO、NOx及黑烟浓度至少降低46%，55%和42%。结论 采取以上措施能明显改善施工环境的污染状况并减轻对施工人员身体健康的危害。
, 百拇医药
[中图分类号]R122.1；R134+.2；R136 [文献标识码]A [文章编号]1001-0912(2000)02-0073-03
Several measures to reduce exhaust gas pollution from construction machines in the tunnels
CAI Zhi-ming，LI Shu-guang，WANG Yu-hui，et al.
(Shanghai Tiedao University Medical College,Shanghai 200070,China)
Abstract：Objective To study measures of reducing air pollution in the tunnels which are used the method of trackless transportation to construct.Methods Using fuel additive; Maintaining the construction machines regularly;Reducing exhaust fumes in neutral position of the engines;The air-vent is designed to up the bank by 8～10m; Keeping the air conduct sealed and ventilation work effectively.Results Reduce the concentration of the pernicious gases,such as CO、NOx and black smoke at least by 46%,55% and 42%.Conclusion Adopting above-mentioned methods can improve the pollution condition of construction environment obviously and simultaneously reduce the harm to the health of constructors.
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Key words：trackless transport；tunneled construction；air pollution；fuel additive
(Railway Medical Journal,2000,28:73～75)
在采用无轨运输方式进行施工的隧道中，因使用大功率的内燃工程机械，其排放的尾气中高浓度的油烟及有害气体严重污染洞内施工环境，危害施工人员健康[1～3]。为了改善隧道内施工环境，作者与铁道部第二工程局第四工程处联合攻关，采用本校研制的TY型燃油添加剂，促使柴油燃烧更充分，使尾气得到净化，并就机械发动机状态、通风口设置及通风管道状态等对洞内有害气体浓度的影响也进行了检测研究。
1 材料与方法
1.1 TY型燃油添加剂性状及添加量
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添加剂为黄色粉末，无毒，不易燃，不溶于水，易溶于汽油、柴油等非极性有机溶剂，尤其适用于柴油发动机。以0.08%～0.1%(W/W)比率溶于柴油。
1.2 检测仪器
美国安普公司生产的BACHARCH Bodyuard 4 CO和NONOXORTM II NOX电子气体测定仪各一台。温州仪器仪表厂生产的FQD-102A型数字式排气烟度计一台(测值以波许单位RB表示)。
1.3 隧道施工方式、动力机械和环境情况
1.3.1 施工方式 采用无轨运输动力机械全断面开挖，施工过程为钻孔，充填炸药，爆破，喷水降尘，然后完成出碴，全过程约24h。
1.3.2 动力机械 柳州工程机械厂生产的ZLC40B侧卸装载机(功率118kW)1台；5吨自卸东风柴油发动机汽车3辆；5吨自卸汽油发动机汽车1辆。
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1.3.3 环境情况 采用咸阳风机厂生产的SO-No8.4型隧道轴流通风机(流量：41200m3/h，全压：3680Pa，配用电机：30×2kW)压入式进风(管径800mm)，出风口距掌子面约100m。测试期间洞内温度、湿度基本一致。
1.4 检测方法
爆破后1h，粉尘在喷水完全沉降后开始出碴， 出碴开始后2h检测人员进洞距掌子面6～10m，每隔5～10min测定洞中央垂直高度1.5m处空气中CO、NOx浓度各4～5次，记录电子气体测定仪的数据，同时测装载机在全负荷工作状态下尾气烟度值11次。
2 结 果
2.1 燃油添加剂加入前后CO、NOx浓度及烟度的变化
1999年7月17日至22日，在燕子坡隧道距出口500m开挖掌子面处，连续6个工作日，全部施工机械加入添加剂前后，洞内CO、NOx浓度及装载机尾气烟度测定值见表1。使用TY型燃油添加剂后,洞内空气中CO、NOx浓度及尾气烟度值明显下降。未加添加剂前3d测定结果的平均值CO为267.37mg。m-3、NOx为9.74mg。m-3、烟度为7.88RB;而加入添加剂后3d测定结果的平均值分别为145.65mg。m-3、4.43mg。m-3、4.60RB。经方差检验差异有极显著意义(P<0.001)。上述3项指标的降低率依次为46%、55%和42%。
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表1 添加剂加入前后CO、NOx浓度及烟度测定值(
±s) 项目未加添加剂
加添加剂
第1天
第2天
第3天
第4天
第5天
第6天
CO/mg。m-3
234.5±4.18
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343.19±2.00
223.84±8.37
206.56±0.52
88.66±5.66
141.73±5.08
NOx*/mg。m-3
8.92±0.28
9.15±0.47
11.15±0.28
5.42±0.33
3.24±0.54
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烟度/RB
7.99±0.38
7.67±0.53
7.97±0.37
5.43±0.63
4.92±0.54
3.45±0.60
*NOX浓度以NO2计
2.2 施工机械发动机车况与尾气排放烟度的关系
比较在磨盘嘴隧道和燕子坡隧道采用完全相同的方法测定的数据发现，虽然两隧道使用同一厂家和同一型号、出厂日期相近(分别为1998年5月和1998年6月)的装载机，然而磨盘嘴隧道为装载机配备了专业维修人员，定期对化油器、过滤网、喷油嘴和汽缸头进行清洗、更换；而燕子坡隧道使用的装载机从未进行过此项工作，因而在全负荷工作状态且均未加入添加剂的情况下，由于车况不同，尾气排放烟度有明显差异。表2可见磨盘嘴隧道装载机尾气排放的烟度值仅为燕子坡的1/3，经t检验差异有极显著意义(t＝66.90，P<0.001)。
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表2 两隧道装载机尾气烟度值 装载机地点
n
烟度值/RB
磨盘嘴隧道
6
2.55±0.49
燕子坡隧道
33
7.88±0.44*
*两组相比，P<0.001
2.3 距出风口不同距离处CO的浓度
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为了解压入式通风管出风口设置点对有害气体排放的作用，在燕子坡隧道，对无添加剂的7月18日和加添加剂的7月20日2个工作日，出碴2.5h后分别测定了该隧道洞口(距出风口400m)、洞中(距出风口200m)、出风口(距掌子面100m)及掌子面处的CO浓度。前一个工作日上述4处CO的浓度依次为242、208、180、343mg。m-3；后一个工作日则依次为128、108、90、206mg。m-3，均同步下降。且两班洞内CO浓度分布规律相同，出风口处最低，掌子面处最高，出风口至洞口呈逐渐上升状。
2.4 通风管道的不同状态与洞内有害气体浓度
在磨盘嘴隧道与燕子坡隧道均开挖至500m未加添加剂时，经检测二洞内出风口CO浓度分别为310mg。m-3和180mg。m-3，据查是由于前者通风管中间被大量人为戳开、破损、扭曲，进风在中途大部分泄漏，出风口呈瘪塌状，出风量很小，故出风口处CO浓度比通风管完好的燕子坡隧道高70%。
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在采用无轨运输动力机械方式施工的隧道中，要降低由发动机尾气引起的空气污染，应从降污和排污两方面同时入手。
3.1 采用燃油添加剂
高效的燃油添加剂可改进柴油的十六烷值，提高柴油雾化质量，改善不均匀的异相燃烧和局部缺氧状态，清除积碳，减少柴油裂解脱氢形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒碳烟，促进燃烧更充分，从而降低尾气烟度及CO、NOX的排放[4]。
3.2 定期对发动机维修保养并减少空挡排气
由于隧道内空气环境十分恶劣，发动机空气过滤器等部件极易被粉尘堵塞和损坏，喷油嘴及燃烧室内容易积碳，造成喷油提前角过大，排烟增多。定期对施工机械进行维修、保养，始终保持发动机处于良好的车况能明显降低尾气烟度。表2显示的数据可清楚地说明上述结论。
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此外，由于发动机空挡排气时易贫氧低温燃烧，排气中CO浓度比常速运转时高1倍以上[5]。因此，在洞内施工机械等待出碴的间隙时最好关机而不是保持怠速状，以减少CO的排放。
3.3 合理设置通风口及保持通风管道密闭通畅
通风口处由于大量新鲜空气的进入，稀释了污染气体浓度，形成向洞口的气体流动，故CO浓度最低；出风口至污染气体浓度最高的掌子面约100m区间，由于不能形成气体的传送，只能靠自行扩散进行交换，掌子面处CO浓度比该处高约1倍，由此可见，出风口设置距掌子面越近，越有利于掌子面处的污染气体排放。考虑到掌子面处工作空间狭窄，出风口安装困难，建议可将出风口设置于距掌子面8～10m处。从在两隧道出风口CO浓度的检测数据可见，通风管道完好的燕子坡隧道出风口比通风管道破损的磨盘嘴隧道低得多。这表明，保持通风管道的密闭通畅能有效送风，对降低洞内空气污染具有重要作用。
[基金项目]铁道部科技专项经费资助项目(J992034)
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[作者简介]蔡智鸣(1949-)，男，江苏南京人，上海铁道大学医学院讲师。
[参考文献]
[1] 王昌清，刘瑞永，赵恩全.柴油车废气对隧道施工人员健康的调查[J].铁道劳动安全卫生与环保，1998，(2)：102-4.
[2] 王移兰.劳动卫生学[M].第3版.北京：人民卫生出版社，1996.4-53.
[3] 毛德寿，同宗灿，王志远，等.环境生化毒理学[M].沈阳：辽宁大学出版社，1986.30-3.
[4] 黄文轩，韩长宁.润滑油与燃料添加剂手册[J].北京：中国石化出版社，1995.106-48.
[5] 李荫堂.环境保护与节能[M].西安：西安交通大学出版社，1998.111-20.
[收稿日期]1999.09.13, 百拇医药