略談隧道挖掘缺氧實(shí)驗(yàn)
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一、彌散式供氧實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)
采用3瓶40L氧氣瓶以80L／min／瓶的氧氣釋放率進(jìn)行彌散式供氧，每分鐘有240L的氧氣進(jìn)入掌子面10m區(qū)域，通過理論值與實(shí)驗(yàn)測量值的對比分析可得，由于敞開情況下氧氣擴(kuò)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(kuò)散作用流失掉。施工中各測點(diǎn)氧濃度分析按上式對實(shí)驗(yàn)中所測氧濃度進(jìn)行相應(yīng)的換算，得到不同測點(diǎn)氧分壓隨時間的變化圖，見下圖6。通過上圖可以得到：未進(jìn)行彌散式供氧前，掌子面10m橫截面上各測點(diǎn)的氧分壓約為11．6kPa。彌散掌子面前10m橫斷面處1～4測點(diǎn)氧分壓變化圖式供氧開始后，各測點(diǎn)的氧分壓經(jīng)過20分鐘的上升，基本達(dá)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(diǎn)的氧分壓迅速恢復(fù)到未增氧前的水平。心率－供氧時間關(guān)系實(shí)驗(yàn)中在對掌子面10m橫斷面各測點(diǎn)氧濃度測量的同時，選取3名工作人員對其進(jìn)行心率、血壓及血氧飽和度等生理指標(biāo)的測量，分析彌散式供氧對施工人員生理指標(biāo)的改善情況。血壓仍然按照前面介紹的肺平均動脈壓進(jìn)行處理分析。測試人員的心率在實(shí)驗(yàn)初期因?yàn)殚_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(shí)驗(yàn)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(guān)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(jìn)行逐漸升高，前期略有起伏，是因?yàn)闇y試人員剛開始施工，生理機(jī)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(shí)驗(yàn)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(fù)式與彌散式供氧方案對照分析
從人員生理指標(biāo)、心理感受等方面分析兩種方案的試驗(yàn)結(jié)果。心率：個體背負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)式供氧方案僅對施工人員進(jìn)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(dá)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(dāng)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(fù)式供氧方案如果施工人員操作不當(dāng)，如氧氣釋放率過大，可能導(dǎo)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(fù)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(yùn)往項(xiàng)目所在地，但途中道路損壞比較嚴(yán)重，加大了運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險；現(xiàn)場制氧機(jī)產(chǎn)氧，再通過氧壓機(jī)對氧氣瓶進(jìn)行充氧，此方式需要特殊的加壓設(shè)備和持有特種操作證的操作人員，若操作不當(dāng)容易引起嚴(yán)重的安全事故。彌散式供氧由現(xiàn)場制氧機(jī)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(fēng)險問題。接受度：實(shí)驗(yàn)過程中，施工人員認(rèn)為個體背負(fù)式供氧在本已復(fù)雜惡劣的隧道施工環(huán)境中還需要背負(fù)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(fù)擔(dān)，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(biāo)的影響總體相近，個體背負(fù)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(fù)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(shù)，技術(shù)相對成熟，技術(shù)風(fēng)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(fēng)量通風(fēng)，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(yán)重，施工人員需要佩戴防塵口罩，且此時風(fēng)機(jī)送風(fēng)量大，彌散式供氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)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(yuǎn)，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(yīng)、身體不適時，可在移動氧吧車中臨時吸氧，緩解高原反應(yīng)。運(yùn)輸車輛上配備吸氧瓶，汽車司機(jī)可通過個人攜氧的方式吸氧。洞外吸氧室：在隧道洞口設(shè)置大型吸氧室，主要滿足生活區(qū)施工人員及有高原反應(yīng)者的吸氧需要，或者施工人員在吸氧室進(jìn)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(jìn)總隊(duì)