隧道钻爆法施工过程中会产生大量的粉尘,尤其是掌子面爆破后粉尘浓度瞬间值可达几千毫克每立方米,不仅恶化了作业环境,而且对施工人员的身心健康造成了巨大危害,施工人员长期处在高浓度粉尘作业场所内作业,极易患上尘肺病。针对该状况国内外相关专家学者提出了多种降尘措施,包括炮泥降尘、喷雾降尘等,然而施工过程中即使采取了上述技术措施,隧道内的环境条件依然十分恶劣,尤其是掌子面爆破完毕长时间通风后,隧体内的粉尘浓度依然很难控制在我国规定的施工环境行业标准之内。由此可见研究行之有效的防尘措施即是施工作业的客观需求,也是文明施工的必然趋势。对此,主要研究内容与结论如下:1、通过对国内外相关施工隧道粉尘防治理论研究、技术研究及数值模拟分析研究现状的整理、归纳,找出了当前主要防尘技术措施现状中存在的问题,发现对于粉尘的防治当前主要技术措施重于“排”而轻于“集”,普遍存在降尘效率偏低的问题,从防尘保护的角度提出了“利用风幕通风方式隔离脱尘”的研究,以解决传统压入通风条件下粉尘沿程扩散的问题,达到改善施工作业环境的目的。2、通过对小范坪隧道施工通风环境的现场检测,得出了压入通风方式下隧道作业区以及沿程方向的气流矢量特点和粉尘浓度演化规律。现场实测结果表明:掌子面附近各方向乱流较多,距离掌子面越远风速越稳定,隧道施工区域后方一定范围内的隧体内气流流场上层回流风速更为稳定,纵向沿程方向上回流存在非稳定运动,排尘具有活塞特性,通风60min后上下台阶掌子面、仰拱及I号衬砌台车两侧的相对降尘效率均在85%以上,其他断面处降尘效率相对较低,尤其是II号衬砌台车两侧相对降尘率均未超过65%,施工作业区内粉尘浓度峰值为38.7mg/m~3,沿程方向上粉尘平均浓度为23.38mg/m~3。3、根据平面紊动射流理论分析了风幕射流在施工隧道中应用的隔尘机理,提出了施工隧道风幕通风方式的隔尘除尘方法,并对射流运动过程、射流断面速度分布,流量衰减等特点进行了理论分析,根据射流轴向与壁面之间夹角的大小对射流分配后的正、斜向冲击流的运动特点及流量分配进行了探讨。4、对小范坪隧道模型内风幕式通风设备隔尘除尘效果进行了模化相似性实验,确定了相似模型内风幕喷口最佳宽度、射流冲击壁面处的最优风速及最优风速条件下风幕射流喷口的最优设置角度。实验发现:影响风幕隔尘效果的主要因素有射流喷口的宽度、射流初速度及射流喷射角度;大角度斜向冲击射流在外部负压作用下会导致初始段轴心延长线在隧道底板上的落点与最射流轴心最大风速时射流主体段轴心线在隧道底板上落点之间的出现偏移量,通风过程中若风速不稳定将发生偏移量过大的情况会导致粉尘穿越风幕污染清洁区。实验结果确定了相似模型内风幕喷口最佳宽度为5mm,射流冲击壁面处的最优风速为1.6m/s,在最优风速值时对不同射流喷口角度条件下时风幕对粉尘的隔尘效果进行了对比分析,确定了风幕射流喷口的最优设置角度为30°。同时根据相似模化模型的最优实验参数对小范坪隧道实体内的相关参数进行了回归行分析,为Fluent数值模拟提供数据支持。5、利用计算流体力学分析软件Ansys-Fluent根据小范坪施工隧道现场实际情况建立了压入通风及风幕通风条件下隧道模拟模型,并将两个模型在流场特点、粉尘演化特点以及降尘效率进行了对比分析,验证了风幕通风条件下除尘的高效性。结果表明:小范坪隧道在采用风幕通风方式后其污染区内粉尘浓度在通风除尘60min后达标,清洁区内粉尘浓度在通风除尘30min后达标,而在压入通风条件下通风除尘60min后施工作业区内粉尘浓度依然很高,未能达标;通风30～60min,风幕通风方式的降尘效率明显高于压入通风方式,整个通风过程中风幕通风方式的绝对降尘率均优于压入式通风方式,通风60min后风幕通风方式的绝对降尘率接近100%。