高海拔隧道施工制氧供氧方案分析

文/朱志秀、李强

1 前言

高海拔隧道施工需要面临恶劣气候等问题，尤其是因为海拔较高容易导致施工人员出现缺氧的现象，会对施工人员的身体机能产生直接影响，最终影响其劳动能力。现阶段，我国有很多针对高海拔隧道施工的制氧供氧方案，这些方案有各自的优缺点。因此，在实际的施工中，应根据隧道施工的实际情况，充分利用不同制氧供氧方案的优点，在解决好施工人员缺氧问题的同时，加快施工进度。

2 高海拔隧道施工制氧技术

现阶段，我国高海拔隧道施工中制氧技术有很多种，常见的有化学法和水电解法以及变压吸附法等。化学法制氧浓度较高，但是会消耗一定的化学试剂，需要较高的成本，而且产氧量较低，不能够满足连续供氧的需求；水电解法制氧浓度较高，其主要缺点也是较高的能耗和较低的产氧量，而且还需要较多的耗水量；变压吸附法制氧技术相对成熟，而且制氧浓度也适中，最主要的优点是具有较低的能耗和投资，制氧标准符合医用呼吸用氧；另外，深冷法制氧技术也相对成熟，但是制氧浓度较高，且需要很高的投资和能耗，不能满足医用氧气要求；液氧属于深冷法制氧的一种产品，制氧浓度相对高一些，硬件投资适中。除此之外，薄膜渗透法也是一种常用的制氧技术，该技术还未发展成熟，而且具有较低的制氧浓度[1]。

3 高海拔隧道施工制氧供氧现状

3.1 全富氧

根据高海拔地区环境和隧道施工的特性，供氧的主要方法是全富氧。全富氧能够有效解决高海拔隧道施工人员的缺氧问题，但是全富氧供氧设备及其运行需要较高的费用支持[2]。

3.2 局部富氧

局部富氧也是一种常用的高海拔隧道施工制氧供氧方法，即将氧加入打破隧道掌子面附近，一般包括以下两种方法：

3.2.1 氧雾法和氧帘法，该种制氧供氧方法就是在施工人员的操作面附近利用喷管或者喷头喷入氧气，呈现氧气雾或者氧气帘的现象。但是在空气中氧气扩散的速度较快，再加上隧道内通风所形成的气流和氧气很快形成对流，即氧气和通风气流混合在一起，由此给制氧机的制氧功能提出了很高的要求。需要注意的是，由于隧道施工的过程中需要进行放炮等操作，如果采取该种制氧供氧方法，在放炮的过程中有可能导致输氧管等设备损坏，进而影响到隧道的正常施工。

3.2.2 设置封闭门，即将封闭门建设在隧道内距离掌子面附近，目的是为了降低掌子面附近的风速，然后将氧气加入进去；另外，通过设置封闭门还能提高氧气的浓度。需要注意的是，由于该种方法会使隧道内的风速降低，进而就无法满足相应的通风要求，而且隧道施工的过程中需要封闭门进行相应的移动，存在较大的困难[3]。

3.3 个人携氧结合吸氧车

在高海拔隧道施工中也经常采用个人携氧结合吸氧车的方法来解决缺氧的问题。通常情况下，在高海拔地区较长隧道施工过程中，将制氧供氧系统安装在隧道洞口处，便于隧道施工人员轮流在此吸氧。负责维修等人员由于携带便携式呼吸器不方便，所以一般每间隔一段时间就会在吸氧车内吸氧，以此来确保生命安全，使维修工作顺利开展下去。个人携氧结合吸氧车不但能够有效保障施工人员呼吸用氧，使其满足吸氧量水平，同时还具有较高的氧气利用率和较小的耗氧量。另外，该种供氧方法能耗较小，由于采用的是自动控制系统，当供氧量达到一定标准后系统会自动关闭，避免发生电能浪费的情况。除此之外，该种供氧方法还能够为施工人员提供医用氧气浓度标准，有效保证了施工人员的身体健康和生命安全，在很大程度上使施工人员的工作效率大幅度提高[4]。

3.4 氧气加入通风管内

在一些高海拔无轨运输隧道施工中，为了使内燃机和施工人员对氧气的需求得以满足，在将炮烟排除的基础上，还要将氧气加入通风管内。

3.5 室内弥散式供氧

室内弥散式供氧也能够达到局部富氧的效果，该种供氧方法在隧道的生活区和办公区非常适用，能够避免发生意外情况，有效保障隧道施工人员的生命安全。

4 高海拔隧道施工不同制氧供氧方案对比

4.1 个人携氧

高原缺氧对人体产生的影响能够通过短时间内吸入小流量氧气得以改善，根据高海拔隧道施工的实际情况，按照人体在剧烈运动时的耗氧量来确定氧流量，通过评价施工人员在供氧前后的相关生理指标变化情况获得供氧增补的效果；同时，对供氧设备的使用时间和间隔时间进行测定。为了有效衡量施工人员在施工过程中心率心脏工作状态，尤其是施工前后方面测试施工人员的心率，结果发现施工人员在施工后其心率都会有所升高，但是通过持续供氧会降低施工人员在施工中的心率。虽然不供氧施工人员的心率在达到一定水平后会稳定下来，但是心率还是处于上升的状态，即使作业强度降低后心率也不会相应降低。因此，个人携氧的供氧方法能够使高海拔隧道施工人员的心率降低，为减少施工操作而导致施工人员心脏负担提供有利条件[5]。高海拔隧道施工人员在供氧的情况下，血氧浓度会有所提高，但是在不供氧的情况下血氧浓度会显著降低。因此，在高海拔隧道内开展强度较高的体力劳动施工人员应携带供氧设备，以此来提升自身的血氧饱和度。

4.2 弥散式供氧

在采用弥散式供氧之前，隧道内掌子面横截面上的氧分压明显低于供氧后；当弥散式供氧系统停止后，掌子面横截面上的氧分压会在短时间内降低到供氧之前的氧分压水平。同时，通过测量施工人员的相关生理指标水平发现，采用弥散式供氧后施工人员的各项生理指标水平有显著的改善，即能够降低施工人员的心率使其逐渐趋向稳定，同时还能够提高施工人员的血氧浓度，使其也逐渐趋向于稳定[6]。

通过对比发现，在缓解施工人员心率方面，个体携带式和弥散式供氧方式之间无显著差异；在提升施工人员血氧浓度方面，个人携氧式具有一定的优势，即维持的血氧浓度相对高一些；在提高氧分压方面，弥散式供氧方法能够使隧道局部环境的氧分压升高。从施工人员的个人心理感受方面来讲，个人携氧的供氧方案倘若出现不恰当的操作，极易出现氧反常的现象，但是弥散式供氧方案由于氧浓度相对低一些，发生氧反常的概率较低。个人携氧的氧气瓶在运输过程中会出现不同程度的磨损，存在一定的风险，而且制氧机在产氧的过程中需要一些特定的设备，倘若出现不恰当的操作，就有可能出现安全事故。而弥散式供氧是通过隧道内专门的输气管道给氧，发生安全事故的概率相对低一些。高海拔隧道施工环境相对复杂恶劣，如果施工人员携带供氧设备会对作业的速度和连续性产生影响，直接影响施工的进度，对该种供氧方式接受度不高；而弥散式供氧方案不会使施工人员的负担增加，具有较高的接受度。由此可见，在生理指标和心理感受方面，个人携氧和弥散式供氧各自存在优缺点[7]。

5 高海拔隧道施工制氧供氧方案的选择

通过对比不同的制氧供氧方案，本文认为高海拔隧道施工应该采用变压吸附制氧技术，该技术发展成熟，存在较小的技术风险。在选择掌子面供氧方案的过程中，应选择局部弥散式的供氧方式，并在供氧之前需先进行通风，排出喷浆和爆破作业后的烟尘后，在相对密闭的空间内采用氧帘的供氧方式，而且钻孔的过程中应采用局部弥散式供氧方式。在进行喷浆操作时，因为存在较为严重的粉尘污染，施工人员需要在佩戴口罩的基础上加大送风量，同时采用个人携氧的供氧方式。在进行二衬操作时，施工作业面和掌子面的距离相对远一些，要想覆盖整个区域，弥散式供氧方式满足不了这一要求，由此应采用移动氧吧车，尤其是施工人员出现高原反应等不适症状时，能够在短时间内有效缓解患者的不适症状。另外，为了满足高海拔隧道生活区和办公区人员的吸氧需求，可在隧道口处建设吸氧室，这样施工人员也可以定期在此处吸氧，防止发生高原反应[8]。

6 结语

综上所述，通过对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优缺点，高海拔隧道施工在选择制氧供氧方案时，应将不同的供氧方案有机地结合起来，以此在满足施工人员吸氧需求的同时，还能够提升施工的效率，在保证施工人员生命安全的基础上，加快施工进程。