大風區(qū)鐵路施工人員防風標準及措施研究

李永樂，王東緒，劉樹紅，何向東

(1.西南交通大學，成都 610031;2.蘭新鐵路新疆公司，烏魯木齊 830000)

1 現(xiàn)有防風標準概況

于2009年9月正式開工建設(shè)的蘭新鐵路第二雙線東起蘭州西至烏魯木齊，途經(jīng)青海、甘肅、新疆等省，全線總里程1 775.779 km(其中新疆境內(nèi)709.923 km，約占總里程的40%)，工程投資總額達1 435億元，預(yù)計工期為5年。由于處于特殊的地理位置，蘭新鐵路第二雙線(新疆段)近60%的線路需穿越新疆著名的煙墩、百里、卅里和達坂城四大風區(qū)，風區(qū)長度占總線長度超過一半。表1給出了四大風區(qū)風環(huán)境觀測的主要統(tǒng)計結(jié)果，其中年大風日以日平均風力≥8級為標準。由表1可知，若大風天氣下不進行施工作業(yè)，將大大影響施工進度，故大風區(qū)鐵路施工中，進行有風情況下的施工不可避免。

表1 四大風區(qū)風環(huán)境觀測結(jié)果統(tǒng)計

鑒于在一定風速下的施工在所難免，確定科學合理的施工防風標準及措施對加快工期、保障人員及設(shè)備安全具有重要意義。但目前國內(nèi)關(guān)于有風條件下施工的相關(guān)規(guī)定，存在較多的問題，人員防風標準及措施方面更是幾乎空白，主要問題如下:

1)任何一項大型交通工程項目，其沿途地形多復(fù)雜，路基、橋涵及隧道工程相互交接，同一時刻不同地點或在同一地點的不同高度處的風速，都可能有較大差異。無庸置疑，由于施工現(xiàn)場風環(huán)境的復(fù)雜、多樣性，此時還以“當工作地點風力達到5級時，不宜進行起吊作業(yè);當風力達到6級及以上或遇有大雪、大風、雷雨等惡劣天氣及夜間照明不足的情況，不得進行起吊作業(yè)”［1］這樣的不考慮具體施工場址的籠統(tǒng)規(guī)定，已經(jīng)遠遠不能反映施工場址處的具體情況。

2)施工管理中現(xiàn)行的防風標準都是以具體風級作為界定施工安全的標準。事實上，施工人員在風中的安全性主要與其所承受的風荷載有關(guān)，而風荷載又與風速的平方成正比。若在同一風級下的最大風速與最小風速間的差值較大，如就6級大風而言，最大風速Umax=13.8 m/s，最小風速 Umin=10.8 m/s，風速比Umax/Umin=1.28，而風荷載比則等于，為1.64。顯然，在6級大風下，人員所可能受到的風荷載，最大風速時的要比最小風速下增加64%。因此，此時用風級作為人員防風標準，似乎不盡合理。

3)現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范、規(guī)程及文獻，對施工人員防風標準尚無一個相對統(tǒng)一的規(guī)定，甚至可以說很多時候無法找到較為具體、可行、統(tǒng)一的施工人員防風標準及措施。

綜上所述，一方面大風地區(qū)進行有風情況下的施工不可避免，另一方面關(guān)于施工防風標準的已有規(guī)定存在諸多缺陷，且缺乏對施工人員防風的相關(guān)規(guī)定。本文針對這種現(xiàn)狀，從舒適性和安全性兩個方面分析了大風對施工人員的影響，基于國內(nèi)外已有研究，結(jié)合鐵路施工特點，提出了人員防風標準及防風措施。研究成果對大風區(qū)鐵路施工具有指導(dǎo)意義。

2 大風對施工人員的影響

大風對人員的影響主要包括舒適性和安全性兩個方面。舒適性主要針對大風對人員生理和心理可能產(chǎn)生的影響，而安全性則關(guān)注大風對人員平衡狀態(tài)的影響，避免施工時發(fā)生生命安全問題。

2.1 舒適性

當風速較小時，風對人沒有影響或者影響很小。但是，隨著風速的增大，大風將使人心理及生理產(chǎn)生諸多的不適。

目前，施工人員防風舒適性評價標準的確定，可參考高層建筑行人風環(huán)境的評價標準。在同時考慮了平均風和脈動風效應(yīng)之后，文獻［2］提出了行人舒適感與風速間較為具體的關(guān)系，不同風速下行人的舒適狀況見表2。

表2 風環(huán)境與行人舉止舒適性［2—3］

表中有效風速Ue定義如下:

由此可見，隨著風速的提高，人體心理及生理的舒適性均會逐漸降低，直至不能忍受。而人員舒適性的降低往往又會直接影響到施工效率。關(guān)于大風對西北地區(qū)路基、橋梁施工勞動效率的影響的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果見表3。對應(yīng)于6級大風，表2中的舒適度為“不舒適”，此時的勞動效率降低量為33.1%，顯然，舒適性與勞動效率降低量緊密關(guān)聯(lián)，隨著風級的逐漸提高，施工人員的勞動效率顯著降低。

表3 各級風速下勞動效率的降低量［4］

2.2 安全性

當風速達到一定限值以后，就不僅僅是使人產(chǎn)生不舒適感，而且還會影響到人的生命安全。例如處于高空作業(yè)的人員，在大風中除了面臨不舒適的問題之外，更有被大風吹落的危險。所以，人員防風標準還有必要對安全性做出適當?shù)脑u估。

在已有研究中，通常以不使人失去平衡的風速作為安全風速［5］。根據(jù) Durov［7］的定義，當人的初始狀態(tài)改變時，便失去了平衡。此時，需通過調(diào)整步伐或移動腳步以避免跌倒。表4中列出了不同學者提出的人員處于未摔倒狀態(tài)的臨界風速。應(yīng)當指出的是，其中許多參數(shù)是根據(jù)被試驗人員對試驗條件做出的某些主觀回應(yīng)而得出的，故在使用表中參數(shù)時，應(yīng)考慮到各試驗的具體限制條件。

表4 各文獻人員安全風速標準匯總

從表4中不難看出，人員在大風中的安全臨界風速集中在陣風風速為20～30 m/s(對表中平均風速，可近似地取其1.5倍，轉(zhuǎn)化為陣風風速后再進行比較)的范圍內(nèi)。參照表2的風速標準，在20～30 m/s的陣風風速范圍內(nèi)，人員均已感到“不能忍受”。以此作為安全臨界風速是合理的。

3 施工人員防風建議標準

3.1 風速的定義

眾所周知，風是空氣的流動，因此必然有速度即為風速。在風速測算時還必須考慮時距，所謂時距是指風速記錄時為確定最大平均風速而規(guī)定的測定平均風速的時間間隔。我國常用的風速有時距3 s平均風速、2 min平均風速及10 min平均風速。3 s平均風速即為陣風風速，氣象部門天氣預(yù)報中風級對應(yīng)的風速是2 min平均風速，而結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本風速采用的是10 min平均風速。

此外在邊界層內(nèi)風速隨高度不同也是變化的，而地表粗糙度對其也有影響。在進行不同高度處風速換算時，我國規(guī)范［14］中采用公式:

式中，UZ1為高度Z1處的風速(m/s);UZ2為高度Z2處的風速(m/s);α為考慮地表粗糙度影響的無量綱冪指數(shù)，地面起伏越大，α越大。

值得注意的是，風在結(jié)構(gòu)物處的繞流也會使風速在結(jié)構(gòu)物的周邊產(chǎn)生一系列復(fù)雜的變化。為了簡單起見并便于施工人員具體落實，下面提及的風速標準中均指人員所在平臺以上1.5 m高度處的陣風風速。

3.2 人員施工安全標準風速

在制定施工人員防風標準時，一方面，考慮到施工人員不同于普通人，他們一般均受到過防風的專業(yè)培訓，并且有著完備的防風設(shè)備，安全防風風速標準不必定得太低;另一方面，他們又要在風中進行體力勞動，標準也不可定得太高。結(jié)合表4中各文獻給出的人員安全風速集中在陣風風速為20～30 m/s的范圍，故擬定施工人員可施工的安全風速為陣風風速19 m/s。即在任何時候、任何施工地點，一旦陣風風速大于該值，便須采取必要的防風措施以降低施工地點的風速或停止施工，以確保施工人員的安全。

假設(shè)在一般路基上和位于山谷峭壁間路塹上的工人，同時受到15 m/s的陣風的作用，顯而易見，后者會更加危險。因此在施工區(qū)內(nèi)，對不同工作環(huán)境下人員的防風標準也應(yīng)當區(qū)別對待。根據(jù)人員防風要求的嚴格性及重要性程度，暫將施工環(huán)境分為一般施工環(huán)境、較危險施工環(huán)境與高危施工環(huán)境三類。其中，一般施工環(huán)境指平原微丘區(qū)，距離地面2 m高度以下的施工環(huán)境;較危險施工環(huán)境指平原微丘區(qū)離地面2～10 m施工高度范圍內(nèi)或2 m以下水上平臺;高危施工環(huán)境指平原微丘區(qū)離地面10 m以上、2 m以上水上工作平臺或山谷峭壁等施工部位。

結(jié)合上述三類施工環(huán)境，制定出的人員施工安全風速標準見表5。

表5 人員施工安全風速標準

表6 人員防風措施等級

3.3 人員防風措施等級

由于施工人員的防風措施是否齊全、完備，對其安全性也有重大影響，因此有必要將人員的防風措施等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。在綜合考慮了風速的影響、各施工環(huán)境特點及人員防風措施的完備程度后，制定的與上述三類施工環(huán)境相對應(yīng)的三個等級的防風措施見表6。

3.4 主要施工工序人員安全風速參考標準

綜合考慮了風速的影響、各施工環(huán)境特點及人員防風措施的完備程度，結(jié)合施工經(jīng)驗，建議主要施工工序人員的安全風速如表7所示。需說明的是，表7中的風速標準應(yīng)根據(jù)實際場地類型、工作性質(zhì)、施工經(jīng)驗、防風裝備等因地制宜地進行調(diào)整。

表7 主要施工工序人員安全風速

4 結(jié)論

1)大風區(qū)鐵路施工過程制定人員防風標準是必要的，制定人員防風標準應(yīng)同時考慮人員的舒適性和安全性兩個方面。

2)施工人員防風標準應(yīng)采用平臺以上1.5 m高度處的陣風風速。

3)一般鐵路施工環(huán)境條件下，人員施工安全風速標準可取為19 m/s，并應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件的不同及施工工序的差異而有所調(diào)整。

4)不同環(huán)境條件及風速下施工時，人員應(yīng)采用相應(yīng)等級的防風措施。

值得說明的是，本文建議的人員安全風速標準及防風措施僅適用于常規(guī)情況，施工單位應(yīng)根據(jù)實際場地類型、工作性質(zhì)、施工經(jīng)驗、防風裝備等因地制宜地進行調(diào)整。

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