略谈隧道挖掘缺氧实验

一、弥散式供氧实验实验

采用3瓶40L氧气瓶以80L／min／瓶的氧气释放率进行弥散式供氧，每分钟有240L的氧气进入掌子面10m区域，通过理论值与实验测量值的对比分析可得，由于敞开情况下氧气扩散的作用，每分钟仅有160L的氧气在掌子面10m范围内，另有80L的氧气通过扩散作用流失掉。施工中各测点氧浓度分析按上式对实验中所测氧浓度进行相应的换算，得到不同测点氧分压随时间的变化图，见下图6。通过上图可以得到：未进行弥散式供氧前，掌子面10m横截面上各测点的氧分压约为11．6kPa。弥散掌子面前10m横断面处1～4测点氧分压变化图式供氧开始后，各测点的氧分压经过20分钟的上升，基本达到稳定值12kPa。一旦弥散式供氧系统停止供氧，在5min，各测点的氧分压迅速恢复到未增氧前的水平。心率－供氧时间关系实验中在对掌子面10m横断面各测点氧浓度测量的同时，选取3名工作人员对其进行心率、血压及血氧饱和度等生理指标的测量，分析弥散式供氧对施工人员生理指标的改善情况。血压仍然按照前面介绍的肺平均动脉压进行处理分析。测试人员的心率在实验初期因为开始施工作业而突然升高，随着对掌子面持续供氧，测试人员的心率均呈现下降趋势，并趋于平稳。在实验初期，环境内氧浓度逐渐上升并趋于稳定，测试者的心率在氧浓度稳定后也随时间下降并逐步趋于平稳。血氧浓度－供氧时间关系通过分析上可以得到：测试人员的血氧浓度随着施工作业的进行逐渐升高，前期略有起伏，是因为测试人员刚开始施工，生理机能还不平稳，其后随着对掌子面持续供氧，测试人员的血氧逐渐升高，并趋于平稳。在实验初期，环境内氧浓度逐渐上升并趋于稳定，测试者的血氧浓度大致随着环境内部氧气浓度的上升而上升，并随着环境氧浓度的平稳而趋于平稳。

二、个体背负式与弥散式供氧方案对照分析

从人员生理指标、心理感受等方面分析两种方案的试验结果。心率：个体背负式与弥散式供氧方案对缓解施工人员施工时的心率上效果差距不大，弥散式略优于个体式。血氧浓度：个体背负式供氧在提高施工人员的血氧浓度方面要优于弥散式供氧。表现为个体背负式供氧施工人员前期的血氧浓度的增加速度要大于弥散式供氧；且个体背负式供氧时，施工人员最终所维持的血氧浓度水平要高于弥散式供氧时水平。氧分压：个体背负式供氧方案仅对施工人员进行个人供氧，未改变施工环境中的氧分压。而弥散增氧在达到人体增氧效果的同时，还能够提高局部环境空间的氧分压，相当于降低了局部环境空间的海拔高度。心理感受，氧反常现象：个体背负式供氧方案如果施工人员操作不当，如氧气释放率过大，可能导致此现象的发生。而弥散式供氧方案氧浓度不会太高，所以不存在此问题。安全：个体背负式供氧方案中所需的钢制氧气瓶的充氧一般有两种方式：在都江堰市充满氧气后运往项目所在地，但途中道路损坏比较严重，加大了运输的风险；现场制氧机产氧，再通过氧压机对氧气瓶进行充氧，此方式需要特殊的加压设备和持有特种操作证的操作人员，若操作不当容易引起严重的安全事故。弥散式供氧由现场制氧机制氧，再由专门输气管道输送到隧道内，管道内压力较小，一般不存在安全风险问题。接受度：实验过程中，施工人员认为个体背负式供氧在本已复杂恶劣的隧道施工环境中还需要背负氧气瓶作业，大大影响了其施工便利性，心理接受度较差。而弥散式供氧不需要增加施工人员额外负担，人员心理接受度较好。综合分析，这2种增氧方式对于生理指标的影响总体相近，个体背负式供氧方案略优于弥散式方案，但心理感受方面弥散式供氧方案均优于个体背负式供氧方案。隧道制氧供氧方案综合选定，通过以上分析，高海拔隧道采用变压吸附制氧技术，技术相对成熟，技术风险较小。掌子面供氧方案：采用局部弥散式供氧方案。掌子面弥散式供氧前，必须先采用最大风量通风，用于爆破及喷浆作业阶段后迅速排烟尘，然后采用氧帘在掌子面约10m范围内形成相对密闭空间，在施工人员钻孔时采用局部弥散式供氧。在喷浆作业阶段，由于洞内粉尘污染严重，施工人员需要佩戴防尘口罩，且此时风机送风量大，弥散式供氧远远达不到预期效果，此时采用个人携氧方案。二衬作业阶段，由于施工作业面距离掌子面较远，弥散式供氧方案不能覆盖该区域，该段一般采用移动氧吧车供氧，施工人员感觉高原反应、身体不适时，可在移动氧吧车中临时吸氧，缓解高原反应。运输车辆上配备吸氧瓶，汽车司机可通过个人携氧的方式吸氧。洞外吸氧室：在隧道洞口设置大型吸氧室，主要满足生活区施工人员及有高原反应者的吸氧需要，或者施工人员在吸氧室进行定期氧疗，避免高原病的发生。

作者:宋金梅 单位：四川省隧道掘进总队