高海拔隧道施工制氧供氧方案分析

文/朱志秀、李強

1 前言

高海拔隧道施工需要面臨惡劣氣候等問題，尤其是因為海拔較高容易導致施工人員出現缺氧的現象，會對施工人員的身體機能產生直接影響，最終影響其勞動能力。現階段，我國有很多針對高海拔隧道施工的制氧供氧方案，這些方案有各自的優缺點。因此，在實際的施工中，應根據隧道施工的實際情況，充分利用不同制氧供氧方案的優點，在解決好施工人員缺氧問題的同時，加快施工進度。

2 高海拔隧道施工制氧技術

現階段，我國高海拔隧道施工中制氧技術有很多種，常見的有化學法和水電解法以及變壓吸附法等。化學法制氧濃度較高，但是會消耗一定的化學試劑，需要較高的成本，而且產氧量較低，不能夠滿足連續供氧的需求；水電解法制氧濃度較高，其主要缺點也是較高的能耗和較低的產氧量，而且還需要較多的耗水量；變壓吸附法制氧技術相對成熟，而且制氧濃度也適中，最主要的優點是具有較低的能耗和投資，制氧標準符合醫用呼吸用氧；另外，深冷法制氧技術也相對成熟，但是制氧濃度較高，且需要很高的投資和能耗，不能滿足醫用氧氣要求；液氧屬于深冷法制氧的一種產品，制氧濃度相對高一些，硬件投資適中。除此之外，薄膜滲透法也是一種常用的制氧技術，該技術還未發展成熟，而且具有較低的制氧濃度[1]。

3 高海拔隧道施工制氧供氧現狀

3.1 全富氧

根據高海拔地區環境和隧道施工的特性，供氧的主要方法是全富氧。全富氧能夠有效解決高海拔隧道施工人員的缺氧問題，但是全富氧供氧設備及其運行需要較高的費用支持[2]。

3.2 局部富氧

局部富氧也是一種常用的高海拔隧道施工制氧供氧方法，即將氧加入打破隧道掌子面附近，一般包括以下兩種方法：

3.2.1 氧霧法和氧簾法，該種制氧供氧方法就是在施工人員的操作面附近利用噴管或者噴頭噴入氧氣，呈現氧氣霧或者氧氣簾的現象。但是在空氣中氧氣擴散的速度較快，再加上隧道內通風所形成的氣流和氧氣很快形成對流，即氧氣和通風氣流混合在一起，由此給制氧機的制氧功能提出了很高的要求。需要注意的是，由于隧道施工的過程中需要進行放炮等操作，如果采取該種制氧供氧方法，在放炮的過程中有可能導致輸氧管等設備損壞，進而影響到隧道的正常施工。

3.2.2 設置封閉門，即將封閉門建設在隧道內距離掌子面附近，目的是為了降低掌子面附近的風速，然后將氧氣加入進去；另外，通過設置封閉門還能提高氧氣的濃度。需要注意的是，由于該種方法會使隧道內的風速降低，進而就無法滿足相應的通風要求，而且隧道施工的過程中需要封閉門進行相應的移動，存在較大的困難[3]。

3.3 個人攜氧結合吸氧車

在高海拔隧道施工中也經常采用個人攜氧結合吸氧車的方法來解決缺氧的問題。通常情況下，在高海拔地區較長隧道施工過程中，將制氧供氧系統安裝在隧道洞口處，便于隧道施工人員輪流在此吸氧。負責維修等人員由于攜帶便攜式呼吸器不方便，所以一般每間隔一段時間就會在吸氧車內吸氧，以此來確保生命安全，使維修工作順利開展下去。個人攜氧結合吸氧車不但能夠有效保障施工人員呼吸用氧，使其滿足吸氧量水平，同時還具有較高的氧氣利用率和較小的耗氧量。另外，該種供氧方法能耗較小，由于采用的是自動控制系統，當供氧量達到一定標準后系統會自動關閉，避免發生電能浪費的情況。除此之外，該種供氧方法還能夠為施工人員提供醫用氧氣濃度標準，有效保證了施工人員的身體健康和生命安全，在很大程度上使施工人員的工作效率大幅度提高[4]。

3.4 氧氣加入通風管內

在一些高海拔無軌運輸隧道施工中，為了使內燃機和施工人員對氧氣的需求得以滿足，在將炮煙排除的基礎上，還要將氧氣加入通風管內。

3.5 室內彌散式供氧

室內彌散式供氧也能夠達到局部富氧的效果，該種供氧方法在隧道的生活區和辦公區非常適用，能夠避免發生意外情況，有效保障隧道施工人員的生命安全。

4 高海拔隧道施工不同制氧供氧方案對比

4.1 個人攜氧

高原缺氧對人體產生的影響能夠通過短時間內吸入小流量氧氣得以改善，根據高海拔隧道施工的實際情況，按照人體在劇烈運動時的耗氧量來確定氧流量，通過評價施工人員在供氧前后的相關生理指標變化情況獲得供氧增補的效果；同時，對供氧設備的使用時間和間隔時間進行測定。為了有效衡量施工人員在施工過程中心率心臟工作狀態，尤其是施工前后方面測試施工人員的心率，結果發現施工人員在施工后其心率都會有所升高，但是通過持續供氧會降低施工人員在施工中的心率。雖然不供氧施工人員的心率在達到一定水平后會穩定下來，但是心率還是處于上升的狀態，即使作業強度降低后心率也不會相應降低。因此，個人攜氧的供氧方法能夠使高海拔隧道施工人員的心率降低，為減少施工操作而導致施工人員心臟負擔提供有利條件[5]。高海拔隧道施工人員在供氧的情況下，血氧濃度會有所提高，但是在不供氧的情況下血氧濃度會顯著降低。因此，在高海拔隧道內開展強度較高的體力勞動施工人員應攜帶供氧設備，以此來提升自身的血氧飽和度。

4.2 彌散式供氧

在采用彌散式供氧之前，隧道內掌子面橫截面上的氧分壓明顯低于供氧后；當彌散式供氧系統停止后，掌子面橫截面上的氧分壓會在短時間內降低到供氧之前的氧分壓水平。同時，通過測量施工人員的相關生理指標水平發現，采用彌散式供氧后施工人員的各項生理指標水平有顯著的改善，即能夠降低施工人員的心率使其逐漸趨向穩定，同時還能夠提高施工人員的血氧濃度，使其也逐漸趨向于穩定[6]。

通過對比發現，在緩解施工人員心率方面，個體攜帶式和彌散式供氧方式之間無顯著差異；在提升施工人員血氧濃度方面，個人攜氧式具有一定的優勢，即維持的血氧濃度相對高一些；在提高氧分壓方面，彌散式供氧方法能夠使隧道局部環境的氧分壓升高。從施工人員的個人心理感受方面來講，個人攜氧的供氧方案倘若出現不恰當的操作，極易出現氧反常的現象，但是彌散式供氧方案由于氧濃度相對低一些，發生氧反常的概率較低。個人攜氧的氧氣瓶在運輸過程中會出現不同程度的磨損，存在一定的風險，而且制氧機在產氧的過程中需要一些特定的設備，倘若出現不恰當的操作，就有可能出現安全事故。而彌散式供氧是通過隧道內專門的輸氣管道給氧，發生安全事故的概率相對低一些。高海拔隧道施工環境相對復雜惡劣，如果施工人員攜帶供氧設備會對作業的速度和連續性產生影響，直接影響施工的進度，對該種供氧方式接受度不高；而彌散式供氧方案不會使施工人員的負擔增加，具有較高的接受度。由此可見，在生理指標和心理感受方面，個人攜氧和彌散式供氧各自存在優缺點[7]。

5 高海拔隧道施工制氧供氧方案的選擇

通過對比不同的制氧供氧方案，本文認為高海拔隧道施工應該采用變壓吸附制氧技術，該技術發展成熟，存在較小的技術風險。在選擇掌子面供氧方案的過程中，應選擇局部彌散式的供氧方式，并在供氧之前需先進行通風，排出噴漿和爆破作業后的煙塵后，在相對密閉的空間內采用氧簾的供氧方式，而且鉆孔的過程中應采用局部彌散式供氧方式。在進行噴漿操作時，因為存在較為嚴重的粉塵污染，施工人員需要在佩戴口罩的基礎上加大送風量，同時采用個人攜氧的供氧方式。在進行二襯操作時，施工作業面和掌子面的距離相對遠一些，要想覆蓋整個區域，彌散式供氧方式滿足不了這一要求，由此應采用移動氧吧車，尤其是施工人員出現高原反應等不適癥狀時，能夠在短時間內有效緩解患者的不適癥狀。另外，為了滿足高海拔隧道生活區和辦公區人員的吸氧需求，可在隧道口處建設吸氧室，這樣施工人員也可以定期在此處吸氧，防止發生高原反應[8]。

6 結語

綜上所述，通過對比不同的制氧供氧方案、供氧效果和便利性等方面存在各自的優缺點，高海拔隧道施工在選擇制氧供氧方案時，應將不同的供氧方案有機地結合起來，以此在滿足施工人員吸氧需求的同時，還能夠提升施工的效率，在保證施工人員生命安全的基礎上，加快施工進程。