高海拔特长公路隧道内施工环境测试与分析

吴勇

摘    要：在高海拔特长公路隧道施工时，面临的主要问题是海拔比较高、温度相对较低，并且含氧量、气压也相对较低，会在一定程度上影响，施工机械的运行情况。公路隧道内施工环境与外界环境存在一定差异，如果没有对隧道内施工环境进行准确测试与分析，可能会导致采取的通风方案不合理而影响施工人员的施工安全。这就需要对高海拔特长公路隧道内施工环境进行全面测试。主要是对隧道内的气体浓度和温度湿度进行现场测试。并根据测试结果确定合理的通风供氧方案，确保高海拔特长公路隧道施工能够顺利进行。

关键词：特长公路;高海拔;隧道施工;环境测试

1  高海拔特长公路隧道环境要求

在对高海拔特长公路隧道内环境进行测试之前，需要对公路隧道施工技术规范进行准确了解。目前我国对公路隧道施工过程中洞内环境以及通风管的安装标准包括以下方面：（1）隧道内的空气中含氧量体积必须在19.5%以上。（2）隧道内的气温最好保持在28[℃]以下。（3）隧道内的10%以上的游离二氧化硅粉尘含量要小于2mg/m3;空气内含有的10%以下的游离二氧化硅粉尘必须少于10mg/m3。（4）隧道内的一氧化碳浓度要在30mg/m3以下，在特殊情况下，施工人员进入到施工环境中的一氧化碳浓度不能超过100mg/m3，并且工作时间不能超过半小时。二氧化碳浓度不能大于0.5%，氮氧化物不能超过5mg/m3。（5）通风管每100m的漏风率在2%以下[1]。

2  高海拔特长公路隧道施工环境中存在的问题

在高海拔特长公路隧道施工过程中，必须对施工作业的环境问题进行准确把握。在此次工程施工中，隧道施工作业环境存在的主要问题表现在以下方面：第一，主洞、平导风机的性能存在问题。风机的额定功率比较低，导致在高海拔低气压施工环境中运行时，风机性能受到影响。主洞、风管在加宽段以及台车处存在严重弯折的情况，使局部阻力增大，会产生更大的风压损失。并且风管破损比较严重会导致通风方式与隧道施工之间不适应，不能保证额定供风量。第二在，高海拔环境的影响下，外界环境本身的氧气含量就比较低。而在特长公路隧道施工内，隧道内的氧气含量会更低，只有平原地区的55%左右。利用钻爆法施工以及内燃机械施工，在施工过程中，会导致隧道内氧气消耗量增加，可能会导致隧道施工作业环境内出现氧气含量严重不足的问题。第三，高海拔低压缺氧环境是特长隧道施工的主要特点之一，这会导致内燃机械燃油不能充分燃烧，不仅会增加内燃机的机械油耗，并且会导致有害气体的排放量增加，会严重污染隧道作业环境[2]。

3  隧道施工环境测试方案与结果

3.1  测试方案

在高海拔特长公路隧道内进行施工时，为了保证施工安全，需要利用现代信息化技术对整个隧道内的通风情况进行准确掌握。可以建立动态通风控制系统，以此为基础对隧道内施工环境进行全面监测，有利于及时掌握公路隧道内施工环境的各项参数。在隧道内施工环境测试时，要按照以下测试方案完成测试工作，保证测试结果的有效性：第一，需要对隧道内外的气体含量进行准确测试，获取无通风措施条件下隧道周围的气体组成。这样能够对隧道内是否可以满足施工人员正常作业以及机械运行要求进行准确判断。如果不满足施工要求，需要对气体组成进行计算，确定科学合理的通风方案。第二，需要对不同条件下隧道内以及壁面温度、隧道内氧气体积分数以及有害气体体积分数进行准确测试。这样能够根据获取的测试结果对各种条件下隧道内的氧气体积分数是否能够满足施工人员以及施工机械正常工作要求进行合理判断。第三，要对隧道内气体含量进行全面监测。在监测隧道内气体含量时，可以将隧道口作为第1个测点，然后每前进50m设置1个测点。在测试时使用的仪器以CD4多参数气体测定器为主，可以确保测试结果的准确性以及可靠性。第四，在对隧道二次衬砌以及初期支护壁面温度进行测试时，可以利用红外测温温仪完成测试过程。对隧道内氧气以及一氧化碳体积分数进行测试时，主要是以四合一气体检测仪进行测试，可以提高测试效率。此外，还可以利用温湿度监测仪完成隧道环境温度以及湿度测试工作。

3.2  测试结果

在对隧道施工环境进行测试后，主要从以下方面对测试结果进行准确掌握：第一，对隧道内气体浓度进行分析。完成隧道内气体浓度测试工作后，可以发现在距离隧道口400m以内的氧气体积分数变化程度比较小，而超过400m的隧道内氧气体积分数下降趋势比较明显，呈线性趋势。导致这种测试结果的原因是可能是在测试时，出渣车运行消耗了大量氧气，而在距离隧道口500m处出现横向通道，此处通风状况良好。距离掌子面最近的氧气测点体积分数为19.3%，此处工作的施工人员出现了明显的缺氧症状。因此，需要在掌子面设置供氧设备或者加大通风。在公路隧道内的一氧化碳体积分数随着与隧道，口距离的不断变化出现变化：在100m～500m处，一氧化碳体积分数为20×10-6～30×10-6之间;而超过500m的隧道内，一氧化碳体积分数升高比较明显。主要是因为在测量过程中出渣车运行会产生大量尾气，而尾气内含有一氧化碳。与隧道口相距500m部位有横向通道，一氧化碳体积分数减小。但是在掌子面的有害气体不能及时排出，一氧化碳体积分数明显升高。

第二，隧道内温度以及湿度测试结果。隧道内温度与隧道口的距离变化存在一定关系，随着隧道不断加深温度会逐渐上升。在距离隧道口600m之内，隧道内的空气温度没有出现明显变化;而与横通道距离比较远的时候，隧道内温度开始升高;掌子面处的温度也比较高。隧道壁面温度在隧道口500m之内没有出现明显变化，远离横通道并接近初期支护后温度開始升高。在隧道二次衬砌阶段，隧道内的空气温度比地面温度高3℃左右，到初期支护之后，壁面温度增长速度比较快，最终壁面温度比空气内温度更高。这主要是因为在二次衬砌阶段，施工机械设备的运行比较少，隧道内空气温度以及壁面温度的变化都不明显。而在初期支护施工时，掌子面处机械设备比较多，该部位的隧道内温度升高比较明显。但是壁面温度在初期支护阶段的增长幅度更大，这主要是因为喷射初期支护时，混凝土处于强度发展的阶段，水化热反应会导致壁面温度急剧上升。此外，隧道内的空气温度在10℃左右，随着隧道不断前进，温度逐渐增高，能够满足混凝土养护的对温度的要求。在现场测试时，隧道外的白天环境为7℃左右。因此，在该时段进行施工时，并不需要特别的施工措施。但是在冬季施工时，还要对隧道内的环境温度进行进一步测试，来判断是否需要采取辅助措施保证施工质量[3]。

4  结束语

总而言之，在高海拔特长公路隧道施工之前必须重视对公路隧道内施工环境进行测试以及分析，并根据测试结果制定科学合理的通风方案，才能保证隧道内施工环境安全稳定，防止通风量不足导致隧道内施工环境存在问题而影响施工人员的生命安全。在对高海拔特长公路隧道施工环境进行测试与分析时，需要根据具体的自然环境以及施工要求为基础，保证环境测试结果的可靠性与准确性。还要对先进的仪器设备进行充分应用，尽可能提高环境测试结果的精准性，从而为通风方案的制定提供可靠依据。

参考文献：

[1] 骆文学.高海拔特长公路隧道内施工环境测试与分析[J].铁道建筑，2017（7）：91～93.

[2] 严涛.高海拔单洞双向特长公路隧道通风关键技术研究[D].西南交通大学，2016.

[3] 何佳银.高海拔低等级公路隧道洞内环境控制技术研究[D].西南交通大学，2018.