高原地区隧道施工对人体生理和能力学的影响

高原地区隧道施工对人体生理和能力学的影响

1大气边界层数字水分测定结果超过3000米的高原区的主要特征是缺乏饥饿。随着海拔高度增加,大气压力降低,空气密度减小,含氧量减少,水的沸点温度降低;二是寒冷。随着地势升高,年降水量增加,气温急剧下降;三是大气中的杂质和水汽含量减少,透明度增大,阳光紫外线强烈;四是远离城镇,施工保障困难。由铁道部第十六工程局一处施工的大坂山公路隧道海拔高度3793m,据中科院兰州冰川冻土研究所测试数据表明,大坂山隧道洞深在700～1000m处,洞内含氧量为海平面的60%,相当于洞外海拔4500m的含量,空气密度为0.774kg/m3。年平均气温-3.1℃,最低气温-34℃,年降雨量841mm。2高原环境对项目实施的影响2.1呼吸、系统异常(1)生理影响人体利用肺部从空气中吸收氧气,血液从心脏流经肺部携带新鲜氧气,输送到人体的各个部位,用氧来燃烧所吃进的食物转化为能量。正常人每100ml动脉血,含氧15ml。在高原地区、大气与肺泡中氧分压之差,随着登高度的增加而减少,直接影响肺泡气体交换、血液携氧和结合氧在组织中释放的速度,致使机体供氧不足,产生缺氧。呼吸、循环系统发生一系列生理反应:一是出现头痛、头昏、血压增高、呕吐、流鼻血、胸闷、无力、呼吸困难等症状;二是人体抗病能力减弱易发生流行疾病;三是消化系统功能失调、进食多、消化吸收少,人体消瘦。(2)心理影响缺氧除导致人体生理变化外,还造成心理上的变化,在精神上发生抑郁不安、意志减弱。(3)体能影响据医学对高原病研究结果表明,人体在海拔3500～4000m地区其劳动能力比平原降低40%～50%。2.2大坂山隧道景观设备使用情况(1)功率下降由于大气密度减少,内燃机械因吸入空气量减少,改变空燃比致使气缸内有效压力降低,发动机功率下降。据现场测试,柴油机带增压装置下降30%,不带增压装置下降50%。(2)故障增多由于内燃机械在非设计工作状态下工作,从而造成燃烧恶化、积炭增多、机械磨损加剧、无故障工作期缩短。据现场统计内燃机械无故障工作期较规定缩短40%～50%,机电设备维修保养间隔时间缩短50%。大坂山隧道内燃机械使用状况见表1。(3)性能改变由于大气压力降低而改变机械设备工作性能。一是机械车辆的油、气管路在超设计压力状态下易破裂泄漏;二是真空度降低造成离心水泵的工作效率降低30%。(4)保障困难由于远离城镇,交通闭塞,机电设备修理和施工材料供应困难。3处理措施3.1地下工程施工能力分析(1)施工人员组织措施一是对参加高原施工人员从体能、技能上认真挑选,上山前做健康检查;二是设立卫生室,常备氧气袋,供初上高原者和病员使用,加强卫生防病工作,发现患流行性病的病员及时送山下医治;三是在施工队伍安排上吸收当地具有地下工程施工经历的队伍参与施工,利用他们的高原施工经验和体能稳定施工队伍。(2)施工设备组织措施一是在设备选型上以“选用电动设备,少用内燃设备;选用大型设备,不用小型设备;选用增压设备,少用非增压设备;选用先进掘进设备,少用常规钻孔设备”为原则,实施设备配套。二是以满足工程施工需要为前提,根据工程地理条件、施工条件,考虑高原环境影响、管线漏损诸因素,按下列公式计算总用电量:式中P———总用电量;K———电线路能力损耗系数;A———全部电力功率因数;∑Pa———动力用电总量;∑Pb———照明用电总量;η———电动机效率;K1———同时用电系数;K2———动力负载系数。根据总用电量架设电力线安装变压器。依据设备工作参数计算供风、供水量和供水压力,修建临时工程设施。3.2隧道及其他地域内的节能减排措施(1)排烟措施当隧道掘进500m后,由于大气压力低,爆破烟尘和内燃机械废气在洞内处于相对稳定状态,虽用通风机抽排,但耗用时间长且效果差,引起施工人员昏厥,激光导向仪失效,后续工程停工,延长循环作业时间等问题。因此采用了如下措施:进口施工段反坡施工掘进400m后,每前进200m,从正洞相对防寒泄水洞横通道的右侧挖直径2m的通风竖井,在距掌子面30m处安装通风机将正洞内烟尘经通风竖井排入防寒泄水洞,利用烟囱效应将其排出洞外。由于出口施工段为顺坡,为克服排烟困难采用两项措施:一是钻孔、装药作业时,按每人每分钟4m3向掌子面供风。在爆破、出碴作业时,按1kg炸药25m3/min、1kW内燃机械7.7m3/min计算,用两台55kW轴流式通风机实施压入吸出混合式通风排烟;二是使用带废气净化装置的VOLVO双向自卸车和带增压装置的装载设备出碴,减少内燃机械废气污染。(2)防寒保温措施大坂山隧道施工区从10月至翌年4月为冬令期,平均气温-9℃。冬令期施工采取下列措施:(1)贯通前保温措施大坂山隧道1995年8月开工进洞,寒冬来临时在隧道进出口均挂特制棉帐蓬帘,出碴排烟时拉开棉帘,平时处于关闭状态,以阻挡洞外寒冷气体进入洞内,减少热能损失,严寒期在进出口均加一台移动火炉,以增加洞内施工温度。(2)贯通后保温措施隧道一旦贯通,进出口高差43m形成的烟囱效应,使洞内空气对流迅速增强,严重影响后续工程施工。当防寒泄水洞到达贯通地段时,留2m岩体不再开挖,仅打开一个小断面用于排水,用以交换气体和贯通测量,待正洞贯通后及时掩埋防寒洞进口和施工保温出水口,在进出口安装防寒保温门,合理控制门的开启与关闭,冬令期洞内施工温度可保持在3～5℃之间。(3)混凝土施工保温措施为保证冬令期混凝土施工质量,在混凝土配料中加入防冻增气剂,控制水灰比在0.48。在洞内设拌和站,安装1t锅炉,利用蒸汽给混凝土用水加热和砂石料加温,以提高混凝土的入模温度,同时提高洞内施工温度。(3)设备维修保养措施因高原施工环境恶劣,机械设备故障多,为此采取下列措施:一是超前预测,分类备料。对特种油料易损零配件,按A、B、C分类备料。进口备料列为A类,如电脑导向台车,VOLVO自卸车的液压管件,特种润滑油、液压油、空压机油,根据消耗量,预测需用量,提前向挪威AMV公司在中国代理商力环公司提出代购申请。国产备件列为B类,如特种钻杆、钻头、连接套,U形橡胶导块,橡胶轮胎和通用料。产品经试用后,与厂家或商家签定供货合同。已报废但有利用价值的备件列为C类,如钻杆弯曲,中空堵塞,钻臂推杆弯曲,经修理后使用。二是按时保养,及时维修。参照机电设备使用维修说明书,结合高原施工环境,制定设备使用维修登记表和维修保养规定。操作维修人员认真填写设备运转小时、保养检修项目、消耗油料、配件等。定期分析高原设备保养维修规律。三是定点修理,配件代换。在城镇设立机电设备修理点,对故障设备及时修好入库