高海拔隧道施工期粉塵濃度控制指標(biāo)探究

鄒宗良 胡學(xué)兵 南朗才仁 陳建忠

(1.西藏自治區(qū)交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，西藏 拉薩 850000；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

高海拔地區(qū)具有高寒、低溫、低壓等特點(diǎn)，會(huì)嚴(yán)重影響施工期隧道內(nèi)的通風(fēng)效果，造成大量施工粉塵長期懸浮在隧道空氣中，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員身體健康，使得開展高海拔隧道施工期粉塵控制技術(shù)研究迫在眉睫。譚信榮等[1-4]針對隧道施工過程中有毒氣體及粉塵的產(chǎn)生對作業(yè)人員身心健康的影響，提出了有效的通風(fēng)措施來降低粉塵含量，保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量。胡宜[5]、郭春[6]、孫忠強(qiáng)[7]、戈文昌[8]等針對TBM、鉆爆法施工中的產(chǎn)塵問題，開展了粉塵運(yùn)移規(guī)律與分布形態(tài)數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試。王文明等[9,10]認(rèn)為海拔升高會(huì)使得作業(yè)人員的肺功能明顯下降。王柱英等[11]研究了高海拔（3400m）粉塵作業(yè)人員的血壓情況，得出粉塵作業(yè)人員高血壓檢出率高達(dá)25.6%的結(jié)論。趙萍[12]認(rèn)為粉塵作業(yè)人員血脂升高隨工齡增加呈上升趨勢，高工齡組顯著高于低于齡組。

本文擬通過調(diào)研高海拔氣候特征，分析不同海拔高度氣候?qū)θ梭w血氧飽和度及人體呼吸的影響規(guī)律，研究高海拔地區(qū)鉆爆法隧道施工期粉塵濃度控制指標(biāo)，對有效控制粉塵濃度及保障施工人員身體健康具有重要意義。

一、高海拔氣候?qū)θ梭w機(jī)能的影響

（一）高海拔氣候分析

利用等效氧氣濃度計(jì)算出不同海拔地區(qū)的氧氣濃度，根據(jù)等效氧氣濃度的定義，推導(dǎo)得出其計(jì)算公式為：

式(1)可以看出，等效氧氣濃度主要受高海拔地區(qū)的氧氣濃度和空氣密度影響,氧氣濃度通過現(xiàn)場監(jiān)測可以獲得,空氣密度通過式(2)計(jì)算得到，因此可得出等效氧氣濃度和大氣壓力隨海拔高度的變化趨勢大致為等效氧氣濃度隨著海拔高度的升高而逐漸下降,如圖1所示。

圖1 等效氧氣濃度和大氣壓力隨海拔高度的變化趨勢

（二）血氧飽和度變化

血氧飽和度(SpO2)是反映人體氧吸收狀況的最直接參數(shù),是衡量人體缺氧程度的重要指標(biāo),而其主要影響因素為勞動(dòng)強(qiáng)度與心率變化。計(jì)算公式為:

由于海拔的升高引起了氧氣分壓的降低，空氣中氧氣的絕對含量仍大幅降低，導(dǎo)致彌散進(jìn)入人體肺部毛細(xì)血管血液的氧氣量降低,血氧飽和度和血氧分壓也隨之降低。當(dāng)血氧飽和度降到下限值時(shí),即會(huì)引發(fā)各器官組織供氧不足,從而產(chǎn)生功能上的退化，出現(xiàn)各種缺氧癥狀。

1.勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的關(guān)系

通過對各種勞動(dòng)強(qiáng)度下的血氧飽和度隨海拔高度變化進(jìn)行擬合可得到不同勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的變化規(guī)律,如圖2所示[15]。從圖中可以看出,在同一海拔高度下勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度為負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著勞動(dòng)強(qiáng)度的增大，血氧飽和度呈逐漸降低的趨勢。

圖2 勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的關(guān)系

2.心率與血氧飽和度的關(guān)系

心率是指心臟每分鐘的跳動(dòng)次數(shù)。在不同海拔高度下，人體由于做功使得耗氧量隨心率的增加而上升，血氧飽和度隨心率的增加而降低；隨著海拔高度的增加，人體在高海拔靜息時(shí)的血氧飽和度與低海拔從事體力勞動(dòng)時(shí)數(shù)值相等，隨著勞動(dòng)強(qiáng)度增大，血氧飽和度下降明顯。即海拔高度與心率增幅呈正相關(guān)關(guān)系，與勞動(dòng)強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（三）人體呼吸頻率變化

由于勞動(dòng)強(qiáng)度相同時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)人體需要的氧氣總量為定值，而空氣中氧含量隨海拔高度升高而降低，單次攝入的氧氣量減少，人體需要增加呼吸頻率以滿足身體機(jī)能所需。因此，假設(shè)人體在高海拔地區(qū)與低海拔地區(qū)需氧量相同,那么存在如下關(guān)系:

圖3 人體呼吸頻率與海拔關(guān)系

二、粉塵濃度控制指標(biāo)研究

高海拔地區(qū)變質(zhì)巖分布廣泛，類型復(fù)雜，各不同類型的巖石中二氧化硅含量如表1所示。工作場所中粉塵容許濃度見《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTGF60-2009表中規(guī)定。

表1 巖石中二氧化硅含量

呼吸頻率增加會(huì)使得單位時(shí)間內(nèi)粉塵顆粒的吸入量成倍提升，粉塵接觸允許濃度應(yīng)相應(yīng)降低，因此需要對高海拔條件下粉塵的STEL進(jìn)行修正，高海拔粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)為則能夠得到：

利用式(6)、式(8)計(jì)算得到不同海拔高度的k值變化情況，如圖4所示。再將k值代入式(7),即可得出不同海拔高度海拔粉塵濃度的修正指標(biāo)，如表2所示。

圖4 粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)與海拔高度關(guān)系

表2 高海拔隧道主要施工粉塵修正指標(biāo)

由圖4可以看出，隨著海拔高度逐漸升高，粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)逐漸減小。由表2可以看出，隧道施工期間應(yīng)根據(jù)隧址區(qū)海拔高度、氣候條件等因素確定粉塵濃度控制指標(biāo)，并采取有效除塵措施控制施工環(huán)境粉塵濃度，保障施工人員人身健康。

三、結(jié)語

綜上所述，在不同海拔高度下，人體由于做功使得心率不斷上升，導(dǎo)致耗氧量隨心率的增加而上升，血氧飽和度隨心率的增加而降低；人體呼吸頻率隨海拔升高而增大，且增大速率呈加快趨勢；隨著海拔高度逐漸升高，粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)逐漸減小，粉塵濃度控制指標(biāo)逐漸降低。