高海拔隧道施工期粉尘浓度控制指标探究

邹宗良 胡学兵 南朗才仁 陈建忠

(1.西藏自治区交通工程质量安全监督局，西藏 拉萨 850000；2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067)

高海拔地区具有高寒、低温、低压等特点，会严重影响施工期隧道内的通风效果，造成大量施工粉尘长期悬浮在隧道空气中，严重威胁作业人员身体健康，使得开展高海拔隧道施工期粉尘控制技术研究迫在眉睫。谭信荣等[1-4]针对隧道施工过程中有毒气体及粉尘的产生对作业人员身心健康的影响，提出了有效的通风措施来降低粉尘含量，保证隧道内的空气质量。胡宜[5]、郭春[6]、孙忠强[7]、戈文昌[8]等针对TBM、钻爆法施工中的产尘问题，开展了粉尘运移规律与分布形态数值模拟和现场测试。王文明等[9,10]认为海拔升高会使得作业人员的肺功能明显下降。王柱英等[11]研究了高海拔（3400m）粉尘作业人员的血压情况，得出粉尘作业人员高血压检出率高达25.6%的结论。赵萍[12]认为粉尘作业人员血脂升高随工龄增加呈上升趋势，高工龄组显著高于低于龄组。

本文拟通过调研高海拔气候特征，分析不同海拔高度气候对人体血氧饱和度及人体呼吸的影响规律，研究高海拔地区钻爆法隧道施工期粉尘浓度控制指标，对有效控制粉尘浓度及保障施工人员身体健康具有重要意义。

一、高海拔气候对人体机能的影响

（一）高海拔气候分析

利用等效氧气浓度计算出不同海拔地区的氧气浓度，根据等效氧气浓度的定义，推导得出其计算公式为：

式(1)可以看出，等效氧气浓度主要受高海拔地区的氧气浓度和空气密度影响,氧气浓度通过现场监测可以获得,空气密度通过式(2)计算得到，因此可得出等效氧气浓度和大气压力随海拔高度的变化趋势大致为等效氧气浓度随着海拔高度的升高而逐渐下降,如图1所示。

图1 等效氧气浓度和大气压力随海拔高度的变化趋势

（二）血氧饱和度变化

血氧饱和度(SpO2)是反映人体氧吸收状况的最直接参数,是衡量人体缺氧程度的重要指标,而其主要影响因素为劳动强度与心率变化。计算公式为:

由于海拔的升高引起了氧气分压的降低，空气中氧气的绝对含量仍大幅降低，导致弥散进入人体肺部毛细血管血液的氧气量降低,血氧饱和度和血氧分压也随之降低。当血氧饱和度降到下限值时,即会引发各器官组织供氧不足,从而产生功能上的退化，出现各种缺氧症状。

1.劳动强度与血氧饱和度的关系

通过对各种劳动强度下的血氧饱和度随海拔高度变化进行拟合可得到不同劳动强度与血氧饱和度的变化规律,如图2所示[15]。从图中可以看出,在同一海拔高度下劳动强度与血氧饱和度为负相关关系,随着劳动强度的增大，血氧饱和度呈逐渐降低的趋势。

图2 劳动强度与血氧饱和度的关系

2.心率与血氧饱和度的关系

心率是指心脏每分钟的跳动次数。在不同海拔高度下，人体由于做功使得耗氧量随心率的增加而上升，血氧饱和度随心率的增加而降低；随着海拔高度的增加，人体在高海拔静息时的血氧饱和度与低海拔从事体力劳动时数值相等，随着劳动强度增大，血氧饱和度下降明显。即海拔高度与心率增幅呈正相关关系，与劳动强度呈负相关关系。

（三）人体呼吸频率变化

由于劳动强度相同时，单位时间内人体需要的氧气总量为定值，而空气中氧含量随海拔高度升高而降低，单次摄入的氧气量减少，人体需要增加呼吸频率以满足身体机能所需。因此，假设人体在高海拔地区与低海拔地区需氧量相同,那么存在如下关系:

图3 人体呼吸频率与海拔关系

二、粉尘浓度控制指标研究

高海拔地区变质岩分布广泛，类型复杂，各不同类型的岩石中二氧化硅含量如表1所示。工作场所中粉尘容许浓度见《公路隧道施工技术规范》JTGF60-2009表中规定。

表1 岩石中二氧化硅含量

呼吸频率增加会使得单位时间内粉尘颗粒的吸入量成倍提升，粉尘接触允许浓度应相应降低，因此需要对高海拔条件下粉尘的STEL进行修正，高海拔粉尘浓度指标修正系数为则能够得到：

利用式(6)、式(8)计算得到不同海拔高度的k值变化情况，如图4所示。再将k值代入式(7),即可得出不同海拔高度海拔粉尘浓度的修正指标，如表2所示。

图4 粉尘浓度指标修正系数与海拔高度关系

表2 高海拔隧道主要施工粉尘修正指标

由图4可以看出，随着海拔高度逐渐升高，粉尘浓度指标修正系数逐渐减小。由表2可以看出，隧道施工期间应根据隧址区海拔高度、气候条件等因素确定粉尘浓度控制指标，并采取有效除尘措施控制施工环境粉尘浓度，保障施工人员人身健康。

三、结语

综上所述，在不同海拔高度下，人体由于做功使得心率不断上升，导致耗氧量随心率的增加而上升，血氧饱和度随心率的增加而降低；人体呼吸频率随海拔升高而增大，且增大速率呈加快趋势；随着海拔高度逐渐升高，粉尘浓度指标修正系数逐渐减小，粉尘浓度控制指标逐渐降低。