高空喷淋降尘系统在高边坡开挖中的应用

潘新波

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001）

1 工程概况

黑河黄藏寺水利枢纽工程位于甘肃、青海祁连山腹地，坝址位于黑河峡谷进口下游约1 km 处，坝址区两岸山体雄厚，河谷狭窄，呈“V”型谷。右岸岸坡坡度一般为45°～60°，左岸岸坡陡峭，坡度一般为60°～80°，两坝肩地形略显不对称。风化层水平埋深45～50 m，边坡左岸257.0 m，右岸256.0 m，土方开挖总量146 万m3。碾压混凝土重力坝，最大坝高123.00 m，坝顶宽度10.0 m，坝顶长度210.0 m，坝顶高程2 631.00 m，共分9个坝段。

2 高空喷淋降尘系统施工

2.1 总体思路

目前，国内高边坡开挖施工中，通常采用自带除尘装置的钻孔设备、人工水管淋湿地面、洒水车洒水等措施降尘。而对于边坡高陡、地理条件有限、温差变化较大的工程部位，洒水车无法大面积洒水，人工洒水降尘效率低，降尘效果不理想，为全面有效地解决开挖面的扬尘污染。在大坝开挖区左、右坝肩处设置3套高空喷淋降尘承载设施，将高压水通过喷淋管和360°旋转洒水喷淋喷头，通过调节供水压力，在高空中形成细微的雨雾状态，对开挖区实现全覆盖降尘，达到减少扬尘的目的。

2.2 工艺原理

在施工区上方采用高位水池为喷淋供水管道提供水源，控制喷淋用水最大供水压力为2.0 MPa，从供水源接水管引至承载索高程的供水管道处，供水管道形成进出循环回路调节供水压力；在开挖区左、右坝肩处沿坝轴线设置3 条承载索和相应的牵引索，由两岸将串联的喷淋管道和喷头输送至大坝轴线中心位置合龙，形成每条承载索上间距相对一致的一组喷淋头，根据喷淋需要，三组喷淋头形成矩形或梅花型排列，以便喷雾时，在间距上形成不同的喷雾姿态；喷淋供水管采用高强度防冻PVC管，保证冬季系统的正常使用，喷淋管按照河谷宽度和喷头间距尺寸计算准确后，由两侧向中间滑移到位，实现作业面覆盖；喷头采用360°旋转喷淋系统，喷嘴方向实现调节，通过调整喷嘴角度及水压，控制单个喷头的喷洒范围、水雾姿态，即每个喷头上4 组出水口和每组孔的角度方向调节，使喷洒头喷出的水雾形成互补和加强，从而达到最佳的喷淋降尘效果；喷淋系统采取左右岸两侧开合式覆盖，左右岸喷淋系统可单独操作，也可根据需要调整其喷淋强度，降低施工成本；冬季采取水管保温和用水加热技术，实现低温条件下的正常使用；在输水管道前置气水混合装置，可实现喷淋雾粒直径的调 整。高空喷淋系统布置见图1。

图1 高空喷淋系统布置图

2.3 使用范围

适用于高陡狭窄河谷地形地区的爆破开挖施工降尘施工，对高边坡开挖爆破降尘及自上而下倒运石渣产生粉尘地区，采用该喷淋系统可根据施工时段控制施工用水和喷淋范围，实现开挖作业区覆盖。

对于地势平坦的开挖区，在采取湿式施工法作业的同时，也可参照上述施工原理，对承载索及牵引索采取塔架布置方式[1]，并利用该原理实现降尘作业。

2.4 喷淋系统设计

为便于喷头及喷头组合对开挖作业区的覆盖，喷淋头安装及喷淋头组合后，将喷淋头采取悬挂的方式布置在作业区上方，并由每个喷淋头控制的喷雾面积组成相应的叠合，实现开挖区上方的全覆盖。

喷淋头采取在开挖区上方布置承载索的方式进行悬挂，为方便喷淋头的检修及喷嘴角度调整，并方便其与岸坡马道上布置的供水管道相接，喷淋头悬挂方式采取移动式设计，即利用牵引设施使喷淋头实现其在坝轴线方向两侧的自由移动，根据开挖和喷淋覆盖面积的需要，实现单侧覆盖、全面覆盖，达到覆盖面开合自如的效果[2]。

承载索与坝轴线平行，布置在开挖区开口线上方约10 m左右，由布置在左右岸坝肩边坡上的锚碇装置锁定牢固，三线承载索平行间距30 m，控制喷头喷淋半径约10 m的搭接范围，防止喷头组合范围内在喷淋时出现覆盖搭接“盲区”。

每条承载索上分左右岸布置成两组喷淋头组合，喷淋头采取串接方式，每个喷淋头间距控制在30 m左右，控制喷淋头喷水半径的搭接。

为方便每条承载索上喷淋头组合的移动，在承载索的中轴位置设置一个固定锚点，锚点上布置两个滑轮，滑轮上牵引索的一端与喷头组合体的前端相接，牵引索的另一端与喷头组合体的后端相接，并与岸坡马道上布置可正反向转动的卷扬机及滚筒相接，启动卷扬机的正反按钮，即达到喷淋头组合的收放。

2.5 喷淋系统安装及操作

2.5.1 承载安装

施工时在左右坝肩各布置一个固定承载索锚碇，每个锚碇采用3～5根直径为25 mm锚栓，锚栓入岩深度不小于5 m，单根锚杆抗拉拔力不小于80 kN。

进行承载索施工时，将承载索所需的钢丝绳运到左岸EL2711 平台，然后将绳索的一端用钢丝绳卡环和8 mm 的钢丝绳连接，连接完成后将直径20 mm的尼龙绳从左岸抛向河床，同时右岸EL2711平台的尼龙绳一端和绞盘连接，另一端头从右岸抛向河床，将左、右两岸的绳索相连后，右岸的绞盘开始将绳索进行收回，靠绳索的牵引将承载索从左岸拉升至右岸，最后和两岸的锚点固定。重复上述工作，完成3 条承载索安装及锁定。承载索直径8 mm，左右坝肩单根长520 m，采用千斤顶张拉锁紧。

2.5.2 牵引索安装

在承载索安装时，在承载索中部采用钢夹板将2 个滑轮固定在承载索上，滑轮分别作为坝肩左右索引索的固定端，牵引索通过滑轮后，将其绳索拉直后使其甩头预留在承载索的两个锚固端，用8#铅丝绑扎在承载索上。

承载索固定后，解除8#铅丝，并将其两个甩头分别通过设在岸边的绞车与喷头组合的两端相接，控制绞车转筒上正反两个方向的牵引绳索在转筒上的缠绕长度大于移动长度3卷以上。

2.5.3 喷淋头组装

喷淋头采取串联方式，相邻两个喷淋头采用PVC管首尾相连，根据旋转喷头的喷射范围按照间隔20 m安装一个，旋转喷头采用塑料快速接头直接安装。

喷淋头组装完成后，先用小压力进行供水试验，检查各喷头的运行状况，一切正常后将水压保持在正常水压状态30 min进行试运行，否则完成维修和调整后，将喷淋头组合与牵引索相接。

每个喷淋头下设一个滑轮，将滑轮划槽部分扣在承载索上，在滑轮的背面安装扣件使牵引索与滑轮相接，并将喷头的连接水管固定在滑轮背面。喷淋水管根据开挖边坡的范围由两岸向中心移动进行输送。

转动牵引索转筒，将喷淋头组合由两岸向河床中心方向移动，完成喷淋头对开挖区域的覆盖。

2.5.4 设备的维修与保养

根据施工所用的强度需要，磨损较为严重的旋转喷头一般在1～2 个月进行更换。更换方式比较简便，施工人员首先将喷淋所用的水管进行关闭，然后将供水管向岸坡边进行收回，收回后将磨损严重的喷头拆除更换，更换完成后再将喷头设备放置在原位。

2.5.5 高寒地区低温条件下的喷淋施工

为保证冬季开挖施工正常进行，喷淋设备的主供水管道部分采用橡塑海绵和铁皮进行包裹防护，喷淋设备部分，在夜间低温时将水排干并用风吹干，防水结冰对水管造成的破坏。

冬季温度较低时，提前对水进行加热处理，每天气温处于0℃以上时，进行洒水降尘；全天温度处于0℃以下时，不进行洒水降尘作业。

3 高空喷淋降尘系统优越性

（1）洒水车作业局限性大，一般只能在道路洒水中使用，不能使用于边坡降尘。洒水车在喷洒过程中一般为较为大的水柱，若在边坡喷洒，如果边坡中存在裂隙，喷洒的水会对边坡造成安全影响，而且洒水车施工成本较高；雾炮机降尘施工，喷射的范围和距离较近，所需要的成本高，后期维护成本也高。

（2）采用悬挂式高空喷淋设备，所购置的材料和器具、容易购买，施工安装较为简单，在开挖区呈均匀分布，喷洒过程水珠形成雨雾，对开挖过程施工中产生的扬尘进行抑制，改善了施工的作业环境，而且后期维护费用低，材料可以回收再利用。

（3）与传统降尘施工相比，喷淋降尘系统覆盖面积大。对水箱进行加热后，在低温冰冻条件下喷淋降尘系统也能够正常使用，能够满足高寒高海拔地区冬季施工的需要。

4 结语

本工程所在地属于甘肃、青海祁连山国家级自然保护区，开挖量为146 万m3，开挖所需工期为36个月，施工工期较长，因道路等各方面因素的制约，用常规雾炮手段不能达到预期的效果，采用高空喷淋降尘系统有效抑制了开挖过程中产生的扬尘，改善了施工环境，保障施工人员的健康，提高施工效率。高空喷淋降尘系统可以为类似项目提供参考。