高海拔隧道施工工效優化方案研究

摘要：針對高海拔地區的隧道施工工效較低的問題，結合具體的公路隧道工程，研究高海拔隧道施工中的工效優化。結合工程實際情況，提出工效優化技術方案，對Ⅲ級圍巖可采用全斷面施工法，對IV級、V級圍巖可采用三臺階七步法施工。為了提升工效，建立施工環境監測系統，實時掌握氧氣含量和施工人員軌跡。為了快速恢復身體機能，建議施工2h后，組織施工人員進行一次為期30min的吸氧。分別從作業人員和施工企業角度，提出具有可操作性的工效優化建議，全面保障施工人員身心健康，有效提升隧道施工工效。

關鍵詞：高海拔；隧道施工；工效優化；三臺階七步法

0 引言

高海拔地區獨特的地理位置和復雜的工程條件，使隧道施工面臨諸多挑戰[1]。高海拔地區的隧道施工，工效管理起著至關重要的作用。高效施工不僅可以節省資源和成本，提高施工效率，而且可以減少環境影響和確保工人安全。為了提高高海拔隧道施工的效率和質量，降低施工成本，本文結合具體的公路隧道工程，分析工效影響因素，聚焦于高海拔隧道施工中的工效問題，并提出針對性的優化措施。

1 工程概況

某高速公路位于新疆天山北坡經濟帶，平均海拔達到4000m以上，線路總長度為220km，是通往高原內陸的重要通道。其中一處重要隧道長度為12km，寬度為7.8m，高度為4.8m。隧道設計兩條車道，項目施工環境非常具有挑戰性，海拔高、氣壓低，氧氣稀薄，工人勞動效率低，機械設備功率下降。氣候條件惡劣，冬季溫度低至-30℃，夏季則常有暴雨，嚴重影響施工進度。

2 高海拔隧道施工工效影響因素

2.1 高海拔地區施工特點

2.1.1 氣候惡劣

在高海拔地區，氣候條件通常非常惡劣。海拔升高，氣溫逐漸降低，低溫會影響施工材料的性能，降低施工機械設備的工作效率，并對施工人員的身體健康和工作效率產生影響。

2.1.2 氧氣稀薄

高海拔地區的大氣壓力低，氧氣含量減少。施工過程中人員容易出現缺氧、頭痛、乏力、食欲不振等高原反應，影響施工效率[2]。

2.1.3 地質復雜

高海拔地區的地質結構復雜，經常出現軟硬不均的巖層、斷裂帶、滑坡等，對施工帶來極大的挑戰，為此需要采取特殊的施工技術和設備。此外，這些地區地殼活動頻繁，可能發生地震、巖爆等自然災害，給施工帶來很大的風險。

2.1.4 交通不便

偏遠的山區或高原，交通條件差。道路狹窄、陡峭，運輸設備和材料等都需要花費更多的時間和成本。

2.2 高海拔施工工效影響因素

在高海拔地區施工，工效不僅決定著工程質量和進度，還決定著施工的安全性和經濟效益。影響工效的因素非常多，主要影響因素如圖1所示。

2.2.1 人員因素

在高海拔地區施工，人員的身體狀況、技能水平以及心理狀況均非常重要。高海拔環境下的低氧條件可能會使工人產生高原反應，降低工作效率，甚至對生命構成威脅。此外，長期在高海拔、惡劣環境下工作，很可能會導致工人出現心理壓力和情緒問題[3]。因此，保證工人的健康狀況，提供必要的心理支持和輔導，及時應對可能出現的高原病，是提高施工效率的關鍵環節。

2.2.2 機械設備因素

在高海拔地區施工，設備必須能夠適應惡劣的工作環境。高海拔地區的低溫和大風可能會影響設備的性能，選擇適合高海拔環境的設備，是提高施工效率的關鍵。同時，設備的性能參數，如功率、穩定性、可靠性和耐用性等，也直接影響著施工效率。惡劣的環境條件會加速設備的磨損，從而增加故障的可能性。定期對設備進行維護和檢查是保證施工順利進行的基礎。

2.2.3 環境因素

高海拔地區往往地形崎嶇、交通不便，影響到施工物資的運輸和施工人員的調配。氣候環境也給施工帶來了巨大挑戰。低溫、大風、強紫外線等可能導致施工進度延誤，同時還可能影響施工人員的健康。復雜的地質條件如凍土、滑坡、泥石流等，會對施工安全性和效率產生嚴重影響。因此要對地質條件進行詳細勘察，掌握準確的地質資料，保證施工效率。

2.2.4 組織管理因素

組織管理涵蓋項目管理、人力資源管理、物資供應管理和風險管理等多個層面。良好的項目管理對于保證施工效率至關重要。明確目標、科學規劃、合理控制進度控制，有利于保證施工的有序進行。合理配置人員、健全激勵機制、保障物資供應、科學管控風險，都是保證施工順利進行的重要措施。

3 高海拔隧道工效優化管理

工效優化是保障項目進度、質量、安全和效益的一種管理方法，隧道施工在高海拔地區具有特殊性，環境惡劣、條件復雜，工效優化管理的必要性更加明顯。通過科學的管理方法，可以降低高海拔環境對施工的負面影響，提高施工效率，保證項目的順利進行。

3.1 工效優化方案

隧道全長為12km，合同總工期為15個月，在正常施工條件下工期安排也比較緊張。綜合分析隧道圍巖的結構特征，部分區段為Ⅲ級圍巖，可采用全斷面施工法，全力趕工期。對于IV級圍巖、V級圍巖，則采用三臺階七步法開挖施工[4]，挖掘順序如圖2所示，必要時可增加臨時仰拱，通過仰拱抵抗變形，確保施工順利推進。

不同臺階可同時開挖，施工空間較大，可以保證各個作業面平行作業。選擇錯時支護，初期支護施工非常便捷。地質條件若發生變化，可以靈活、快捷的轉換施工工藝，調整施工順序，充分利用施工面，有效利用現有空間。臺階挖掘過程中，預留中心處土體，左右兩側超前開挖，以保障作業面穩定、施工高效，保證施工的安全性和進度[5]。隧道施工的工程量大，涉及的工種較多，需對作業人員進行合理配置，以保證施工效率，主要工種及人員配置如表1所示。

3.2 氧含量監測

高海拔環境下隧道施工過程中，隨著作業時間的延續，施工人員的工作效率會逐漸降低。空氣中的氧氣含量相對降低，可能導致高原反應。一段時間后，及時的補充氧氣可以提高工作效率。

為了保障施工安全，隧道施工環境建立監測系統，監測系統主要監測氧氣含量，并具有施工人員定位功能，隨時掌握施工人員軌跡，監測系統結構如圖3所示。

氧氣供應可以改善施工人員的生理特征，恢復人體機能，提升工作效率。施工環境的氧含量監測以及人體血氧濃度監測是至關重要的環節[6]。人體血氧飽和度與吸氧時間的關系如圖4所示。

由圖4可知，吸氧時間達到30mim時，人體血氧飽和度達到95%左右，恢復為正常水平，身體機能也得以恢復至平常狀態。此時繼續吸氧，血氧飽和度不再顯著增加，對維持人體生理指標意義不大。因此，施工進行2h后，應組織施工人員進行大約30min的吸氧，以快速恢復身體機能，提高施工效率。

3.3 施工人員軌跡監測

施工人員軌跡監測是提高工效和確保人員安全的重要手段。掌握施工人員的行動軌跡，可以在保證施工效率的同時，減少安全事故的發生。每一位施工人員身上都帶有電子射頻標簽，系統能夠實時獲取施工人員在工地上的位置信息，對他們的工作軌跡進行跟蹤。這不僅可以有效管理人員分布，還可以在緊急情況下快速找到具體人員，提高應急反應速度。如果有施工人員接近或進入設定的高風險區域，監測系統可立即發出預警，提示人員注意安全，從而避免可能的安全事故。

4 工效優化建議

4.1 對于作業人員

在高海拔的隧道施工中，作業人員的身心健康是決定工效的重要因素。高海拔環境下的工作壓力、空氣稀薄等條件，都可能對工人的身心健康造成影響。應定期對工程人員進行全面的健康檢查，確保所有工作人員身體狀況良好，適應高海拔工作環境。要提供高營養、易消化的食物，保證工人的體力需求，以適應高強度的工作。必要時提供心理咨詢和輔導，幫助工人應對工作壓力，維持良好的心理狀態。

4.2 對于施工企業

4.2.1 合理安排作業時間及作業強度

高海拔環境下的施工工作對人體的壓力較大，因此合理安排作業時間和作業強度，對于保護員工的健康和提高工效至關重要。企業應實施科學的排班制度，避免過度勞累。同時作業強度也需要適度，高強度的勞動可能導致員工的身體狀況迅速下降，進而影響工效。

4.2.2 改善操作方法

良好的作業姿勢和操作方法可以降低員工的勞動強度，減少工傷的發生，提高工作效率。企業應提供專門的培訓，教授員工正確的操作方法和作業姿勢，并進行定期的復查和指導。

4.2.3 合理配置人員并優化場地布局

人員配置和場地布局直接影響到施工的效率。企業應根據工作需要和員工的專長，合理地配置人員。同時，要優化場地布局，合理安排設備和物資的位置，減少不必要的移動和搬運，從而提高工作效率。

4.2.4  加強后勤保障

良好的后勤保障和團隊文化，對于提高工效有著積極的推動作用。企業應提供良好的生活條件，滿足員工的基本需求。同時，通過組織各種團隊活動，加強員工之間的溝通與交流，提高員工的歸屬感和團隊凝聚力。

5 結束語

針對高海拔地區的隧道施工工效較低的問題，本文結合具體的公路隧道工程，研究高海拔隧道施工中的工效優化，提出工效優化技術方案，得出如下結論：

高海拔地區施工有自身特點，工效與人員因素、機械設備因素、環境因素、組織管理因素息息相關。綜合考慮工程實際情況，提出工效優化技術方案，對Ⅲ級圍巖可采用全斷面施工法，對IV級、V級圍巖可采用三臺階七步法施工。為了提高工效，建立施工環境監測系統，實時掌握氧氣含量和施工人員軌跡。為了快速恢復身體機能，建議施工2h后，組織施工人員進行一次為期30min的吸氧。從作業人員和施工企業角度，提出具有可操作性的工效優化建議，全面保障施工人員身心健康。

參考文獻

[1] 姜文濤.高海拔隧道施工通風供氧一體化設計方案研究[J].鐵道建筑技術，2023（5）：95-99+108.

[2] 黃明文.高原高海拔地區特長公路隧道施工的通風技術探究[J].低碳世界，2023，13（3）：145-147.

[3] 王政松，陳智勇，王忠勛，等.高海拔深埋長隧道施工通風技術研究[J].國防交通工程與技術，2022，20（5）：43-47.

[4] 高焱，丁云飛，陶琦.小斷面、水環境對關山隧道工效影響及控制措施[J].淮陰工學院學報，2021，30（3）：46-52.

[5] 王劉勛.高海拔高應力地區隧道施工工藝技術研究[J].價值工程，2023，42（13）：31-33.

[6] 王科.高海拔隧道施工供氧技術研究[J].國防交通工程與技術，2021，19（5）：25-28.