大风区铁路施工人员防风标准及措施研究

李永乐，王东绪，刘树红，何向东

(1.西南交通大学，成都 610031;2.兰新铁路新疆公司，乌鲁木齐 830000)

1 现有防风标准概况

于2009年9月正式开工建设的兰新铁路第二双线东起兰州西至乌鲁木齐，途经青海、甘肃、新疆等省，全线总里程1 775.779 km(其中新疆境内709.923 km，约占总里程的40%)，工程投资总额达1 435亿元，预计工期为5年。由于处于特殊的地理位置，兰新铁路第二双线(新疆段)近60%的线路需穿越新疆著名的烟墩、百里、卅里和达坂城四大风区，风区长度占总线长度超过一半。表1给出了四大风区风环境观测的主要统计结果，其中年大风日以日平均风力≥8级为标准。由表1可知，若大风天气下不进行施工作业，将大大影响施工进度，故大风区铁路施工中，进行有风情况下的施工不可避免。

表1 四大风区风环境观测结果统计

鉴于在一定风速下的施工在所难免，确定科学合理的施工防风标准及措施对加快工期、保障人员及设备安全具有重要意义。但目前国内关于有风条件下施工的相关规定，存在较多的问题，人员防风标准及措施方面更是几乎空白，主要问题如下:

1)任何一项大型交通工程项目，其沿途地形多复杂，路基、桥涵及隧道工程相互交接，同一时刻不同地点或在同一地点的不同高度处的风速，都可能有较大差异。无庸置疑，由于施工现场风环境的复杂、多样性，此时还以“当工作地点风力达到5级时，不宜进行起吊作业;当风力达到6级及以上或遇有大雪、大风、雷雨等恶劣天气及夜间照明不足的情况，不得进行起吊作业”［1］这样的不考虑具体施工场址的笼统规定，已经远远不能反映施工场址处的具体情况。

2)施工管理中现行的防风标准都是以具体风级作为界定施工安全的标准。事实上，施工人员在风中的安全性主要与其所承受的风荷载有关，而风荷载又与风速的平方成正比。若在同一风级下的最大风速与最小风速间的差值较大，如就6级大风而言，最大风速Umax=13.8 m/s，最小风速 Umin=10.8 m/s，风速比Umax/Umin=1.28，而风荷载比则等于，为1.64。显然，在6级大风下，人员所可能受到的风荷载，最大风速时的要比最小风速下增加64%。因此，此时用风级作为人员防风标准，似乎不尽合理。

3)现有国内外相关规范、规程及文献，对施工人员防风标准尚无一个相对统一的规定，甚至可以说很多时候无法找到较为具体、可行、统一的施工人员防风标准及措施。

综上所述，一方面大风地区进行有风情况下的施工不可避免，另一方面关于施工防风标准的已有规定存在诸多缺陷，且缺乏对施工人员防风的相关规定。本文针对这种现状，从舒适性和安全性两个方面分析了大风对施工人员的影响，基于国内外已有研究，结合铁路施工特点，提出了人员防风标准及防风措施。研究成果对大风区铁路施工具有指导意义。

2 大风对施工人员的影响

大风对人员的影响主要包括舒适性和安全性两个方面。舒适性主要针对大风对人员生理和心理可能产生的影响，而安全性则关注大风对人员平衡状态的影响，避免施工时发生生命安全问题。

2.1 舒适性

当风速较小时，风对人没有影响或者影响很小。但是，随着风速的增大，大风将使人心理及生理产生诸多的不适。

目前，施工人员防风舒适性评价标准的确定，可参考高层建筑行人风环境的评价标准。在同时考虑了平均风和脉动风效应之后，文献［2］提出了行人舒适感与风速间较为具体的关系，不同风速下行人的舒适状况见表2。

表2 风环境与行人举止舒适性［2—3］

表中有效风速Ue定义如下:

由此可见，随着风速的提高，人体心理及生理的舒适性均会逐渐降低，直至不能忍受。而人员舒适性的降低往往又会直接影响到施工效率。关于大风对西北地区路基、桥梁施工劳动效率的影响的调查统计结果见表3。对应于6级大风，表2中的舒适度为“不舒适”，此时的劳动效率降低量为33.1%，显然，舒适性与劳动效率降低量紧密关联，随着风级的逐渐提高，施工人员的劳动效率显著降低。

表3 各级风速下劳动效率的降低量［4］

2.2 安全性

当风速达到一定限值以后，就不仅仅是使人产生不舒适感，而且还会影响到人的生命安全。例如处于高空作业的人员，在大风中除了面临不舒适的问题之外，更有被大风吹落的危险。所以，人员防风标准还有必要对安全性做出适当的评估。

在已有研究中，通常以不使人失去平衡的风速作为安全风速［5］。根据 Durov［7］的定义，当人的初始状态改变时，便失去了平衡。此时，需通过调整步伐或移动脚步以避免跌倒。表4中列出了不同学者提出的人员处于未摔倒状态的临界风速。应当指出的是，其中许多参数是根据被试验人员对试验条件做出的某些主观回应而得出的，故在使用表中参数时，应考虑到各试验的具体限制条件。

表4 各文献人员安全风速标准汇总

从表4中不难看出，人员在大风中的安全临界风速集中在阵风风速为20～30 m/s(对表中平均风速，可近似地取其1.5倍，转化为阵风风速后再进行比较)的范围内。参照表2的风速标准，在20～30 m/s的阵风风速范围内，人员均已感到“不能忍受”。以此作为安全临界风速是合理的。

3 施工人员防风建议标准

3.1 风速的定义

众所周知，风是空气的流动，因此必然有速度即为风速。在风速测算时还必须考虑时距，所谓时距是指风速记录时为确定最大平均风速而规定的测定平均风速的时间间隔。我国常用的风速有时距3 s平均风速、2 min平均风速及10 min平均风速。3 s平均风速即为阵风风速，气象部门天气预报中风级对应的风速是2 min平均风速，而结构设计中的基本风速采用的是10 min平均风速。

此外在边界层内风速随高度不同也是变化的，而地表粗糙度对其也有影响。在进行不同高度处风速换算时，我国规范［14］中采用公式:

式中，UZ1为高度Z1处的风速(m/s);UZ2为高度Z2处的风速(m/s);α为考虑地表粗糙度影响的无量纲幂指数，地面起伏越大，α越大。

值得注意的是，风在结构物处的绕流也会使风速在结构物的周边产生一系列复杂的变化。为了简单起见并便于施工人员具体落实，下面提及的风速标准中均指人员所在平台以上1.5 m高度处的阵风风速。

3.2 人员施工安全标准风速

在制定施工人员防风标准时，一方面，考虑到施工人员不同于普通人，他们一般均受到过防风的专业培训，并且有着完备的防风设备，安全防风风速标准不必定得太低;另一方面，他们又要在风中进行体力劳动，标准也不可定得太高。结合表4中各文献给出的人员安全风速集中在阵风风速为20～30 m/s的范围，故拟定施工人员可施工的安全风速为阵风风速19 m/s。即在任何时候、任何施工地点，一旦阵风风速大于该值，便须采取必要的防风措施以降低施工地点的风速或停止施工，以确保施工人员的安全。

假设在一般路基上和位于山谷峭壁间路堑上的工人，同时受到15 m/s的阵风的作用，显而易见，后者会更加危险。因此在施工区内，对不同工作环境下人员的防风标准也应当区别对待。根据人员防风要求的严格性及重要性程度，暂将施工环境分为一般施工环境、较危险施工环境与高危施工环境三类。其中，一般施工环境指平原微丘区，距离地面2 m高度以下的施工环境;较危险施工环境指平原微丘区离地面2～10 m施工高度范围内或2 m以下水上平台;高危施工环境指平原微丘区离地面10 m以上、2 m以上水上工作平台或山谷峭壁等施工部位。

结合上述三类施工环境，制定出的人员施工安全风速标准见表5。

表5 人员施工安全风速标准

表6 人员防风措施等级

3.3 人员防风措施等级

由于施工人员的防风措施是否齐全、完备，对其安全性也有重大影响，因此有必要将人员的防风措施等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。在综合考虑了风速的影响、各施工环境特点及人员防风措施的完备程度后，制定的与上述三类施工环境相对应的三个等级的防风措施见表6。

3.4 主要施工工序人员安全风速参考标准

综合考虑了风速的影响、各施工环境特点及人员防风措施的完备程度，结合施工经验，建议主要施工工序人员的安全风速如表7所示。需说明的是，表7中的风速标准应根据实际场地类型、工作性质、施工经验、防风装备等因地制宜地进行调整。

表7 主要施工工序人员安全风速

4 结论

1)大风区铁路施工过程制定人员防风标准是必要的，制定人员防风标准应同时考虑人员的舒适性和安全性两个方面。

2)施工人员防风标准应采用平台以上1.5 m高度处的阵风风速。

3)一般铁路施工环境条件下，人员施工安全风速标准可取为19 m/s，并应根据环境条件的不同及施工工序的差异而有所调整。

4)不同环境条件及风速下施工时，人员应采用相应等级的防风措施。

值得说明的是，本文建议的人员安全风速标准及防风措施仅适用于常规情况，施工单位应根据实际场地类型、工作性质、施工经验、防风装备等因地制宜地进行调整。

［1］中华人民共和国铁道部.TB10401.1—2003(J260—2003)铁路工程施工安全技术规程(下册)［S］.北京:中国铁道出版社，2003.

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［14］中华人民共和国交通部.JTG/T D60-01—2004 公路桥梁抗风设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［15］张相庭.结构风压与风振计算［M］.上海:同济大学出版社，1985.