略談隧道挖掘缺氧實驗
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一、彌散式供氧實驗實驗
采用3瓶40L氧氣瓶以80L／min／瓶的氧氣釋放率進行彌散式供氧，每分鐘有240L的氧氣進入掌子面10m區(qū)域，通過理論值與實驗測量值的對比分析可得，由于敞開情況下氧氣擴散的作用，每分鐘僅有160L的氧氣在掌子面10m范圍內(nèi)，另有80L的氧氣通過擴散作用流失掉。施工中各測點氧濃度分析按上式對實驗中所測氧濃度進行相應的換算，得到不同測點氧分壓隨時間的變化圖，見下圖6。通過上圖可以得到：未進行彌散式供氧前，掌子面10m橫截面上各測點的氧分壓約為11．6kPa。彌散掌子面前10m橫斷面處1～4測點氧分壓變化圖式供氧開始后，各測點的氧分壓經(jīng)過20分鐘的上升，基本達到穩(wěn)定值12kPa。一旦彌散式供氧系統(tǒng)停止供氧，在5min，各測點的氧分壓迅速恢復到未增氧前的水平。心率－供氧時間關系實驗中在對掌子面10m橫斷面各測點氧濃度測量的同時，選取3名工作人員對其進行心率、血壓及血氧飽和度等生理指標的測量，分析彌散式供氧對施工人員生理指標的改善情況。血壓仍然按照前面介紹的肺平均動脈壓進行處理分析。測試人員的心率在實驗初期因為開始施工作業(yè)而突然升高，隨著對掌子面持續(xù)供氧，測試人員的心率均呈現(xiàn)下降趨勢，并趨于平穩(wěn)。在實驗初期，環(huán)境內(nèi)氧濃度逐漸上升并趨于穩(wěn)定，測試者的心率在氧濃度穩(wěn)定后也隨時間下降并逐步趨于平穩(wěn)。血氧濃度－供氧時間關系通過分析上可以得到：測試人員的血氧濃度隨著施工作業(yè)的進行逐漸升高，前期略有起伏，是因為測試人員剛開始施工，生理機能還不平穩(wěn)，其后隨著對掌子面持續(xù)供氧，測試人員的血氧逐漸升高，并趨于平穩(wěn)。在實驗初期，環(huán)境內(nèi)氧濃度逐漸上升并趨于穩(wěn)定，測試者的血氧濃度大致隨著環(huán)境內(nèi)部氧氣濃度的上升而上升，并隨著環(huán)境氧濃度的平穩(wěn)而趨于平穩(wěn)。
二、個體背負式與彌散式供氧方案對照分析
從人員生理指標、心理感受等方面分析兩種方案的試驗結(jié)果。心率：個體背負式與彌散式供氧方案對緩解施工人員施工時的心率上效果差距不大，彌散式略優(yōu)于個體式。血氧濃度：個體背負式供氧在提高施工人員的血氧濃度方面要優(yōu)于彌散式供氧。表現(xiàn)為個體背負式供氧施工人員前期的血氧濃度的增加速度要大于彌散式供氧；且個體背負式供氧時，施工人員最終所維持的血氧濃度水平要高于彌散式供氧時水平。氧分壓：個體背負式供氧方案僅對施工人員進行個人供氧，未改變施工環(huán)境中的氧分壓。而彌散增氧在達到人體增氧效果的同時，還能夠提高局部環(huán)境空間的氧分壓，相當于降低了局部環(huán)境空間的海拔高度。心理感受，氧反常現(xiàn)象：個體背負式供氧方案如果施工人員操作不當，如氧氣釋放率過大，可能導致此現(xiàn)象的發(fā)生。而彌散式供氧方案氧濃度不會太高，所以不存在此問題。安全：個體背負式供氧方案中所需的鋼制氧氣瓶的充氧一般有兩種方式：在都江堰市充滿氧氣后運往項目所在地，但途中道路損壞比較嚴重，加大了運輸?shù)娘L險；現(xiàn)場制氧機產(chǎn)氧，再通過氧壓機對氧氣瓶進行充氧，此方式需要特殊的加壓設備和持有特種操作證的操作人員，若操作不當容易引起嚴重的安全事故。彌散式供氧由現(xiàn)場制氧機制氧，再由專門輸氣管道輸送到隧道內(nèi)，管道內(nèi)壓力較小，一般不存在安全風險問題。接受度：實驗過程中，施工人員認為個體背負式供氧在本已復雜惡劣的隧道施工環(huán)境中還需要背負氧氣瓶作業(yè)，大大影響了其施工便利性，心理接受度較差。而彌散式供氧不需要增加施工人員額外負擔，人員心理接受度較好。綜合分析，這2種增氧方式對于生理指標的影響總體相近，個體背負式供氧方案略優(yōu)于彌散式方案，但心理感受方面彌散式供氧方案均優(yōu)于個體背負式供氧方案。隧道制氧供氧方案綜合選定，通過以上分析，高海拔隧道采用變壓吸附制氧技術，技術相對成熟，技術風險較小。掌子面供氧方案：采用局部彌散式供氧方案。掌子面彌散式供氧前，必須先采用最大風量通風，用于爆破及噴漿作業(yè)階段后迅速排煙塵，然后采用氧簾在掌子面約10m范圍內(nèi)形成相對密閉空間，在施工人員鉆孔時采用局部彌散式供氧。在噴漿作業(yè)階段，由于洞內(nèi)粉塵污染嚴重，施工人員需要佩戴防塵口罩，且此時風機送風量大，彌散式供氧遠遠達不到預期效果，此時采用個人攜氧方案。二襯作業(yè)階段，由于施工作業(yè)面距離掌子面較遠，彌散式供氧方案不能覆蓋該區(qū)域，該段一般采用移動氧吧車供氧，施工人員感覺高原反應、身體不適時，可在移動氧吧車中臨時吸氧，緩解高原反應。運輸車輛上配備吸氧瓶，汽車司機可通過個人攜氧的方式吸氧。洞外吸氧室：在隧道洞口設置大型吸氧室，主要滿足生活區(qū)施工人員及有高原反應者的吸氧需要，或者施工人員在吸氧室進行定期氧療，避免高原病的發(fā)生。
作者:宋金梅 單位：四川省隧道掘進總隊