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略談隧道挖掘缺氧實驗

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略談隧道挖掘缺氧實驗

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(yīng)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(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(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(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(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?,F(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往項目所在地,但途中道路損壞比較嚴(yán)重,加大了運輸?shù)娘L(fēng)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(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:實驗過程中,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(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

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