李永生，楊立新，茍紅松

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

隨著我國(guó)隧道與地下工程修建技術(shù)的發(fā)展，隧道工程數(shù)量不斷增加，隧道內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境控制問(wèn)題顯得越來(lái)越重要，因?yàn)檫@不僅關(guān)系到隧道內(nèi)作業(yè)人員的安全和健康，還關(guān)系到作業(yè)人員的勞動(dòng)效率和舒適性。目前我國(guó)現(xiàn)行的與隧道施工相關(guān)的規(guī)范較多，如《鐵路隧道施工規(guī)范》［1］、《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］、《煤礦安全規(guī)程》［3］和《冶金地下礦山安全規(guī)程》［4］等，這些規(guī)范均在溫度和風(fēng)速方面對(duì)地下施工作業(yè)環(huán)境提出了具體要求。國(guó)外如美國(guó)的《煤炭礦井通風(fēng)法規(guī)》、國(guó)際隧協(xié)相關(guān)規(guī)范和英國(guó)的《建筑工業(yè)中隧道開(kāi)挖作業(yè)安全實(shí)用規(guī)程》等也在溫度和風(fēng)速方面對(duì)地下施工作業(yè)環(huán)境提出了具體要求。可以看到，國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范基本上都是從職業(yè)健康的角度對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境進(jìn)行限值界定，而舒適性方面尚無(wú)明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。在隧道施工作業(yè)環(huán)境的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方面，楊立新等［5］編著的《現(xiàn)代隧道施工通風(fēng)技術(shù)》、趙以蕙［6］編著的《礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》和張國(guó)樞［7］編著的《通風(fēng)安全學(xué)》等著作中均有相關(guān)介紹，但是對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)針對(duì)性不強(qiáng)，技術(shù)指導(dǎo)作用不突出。在隧道施工作業(yè)環(huán)境調(diào)節(jié)與控制方面可參考借鑒的文獻(xiàn)較少，多數(shù)文獻(xiàn)都是針對(duì)室內(nèi)人員工作環(huán)境舒適性開(kāi)展的研究。葉歆等［8］編著的《建筑熱環(huán)境》從人體與周圍環(huán)境的換熱狀態(tài)方面對(duì)舒適性展開(kāi)了研究;徐小林等［9］編寫(xiě)的《室內(nèi)熱濕環(huán)境對(duì)人體舒適性的影響分析》主要從空氣溫度對(duì)人員工作效率的影響方面進(jìn)行了研究;田元媛等［10］編寫(xiě)的《熱濕環(huán)境下人體熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究》中提出了人員的濕度敏感界限。室內(nèi)工作環(huán)境舒適性調(diào)節(jié)與控制的研究成果對(duì)隧道工程只具有參考價(jià)值，并不能起到對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境調(diào)節(jié)與控制進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)的作用。所以，隧道施工作業(yè)環(huán)境舒適性檢測(cè)、評(píng)價(jià)、調(diào)節(jié)與控制不能簡(jiǎn)單地依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范和相關(guān)文獻(xiàn)操作，還需要對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性地探討，提出一套切實(shí)、可行、有效的方法，鑒于此，本文對(duì)其進(jìn)行了初步研究。

1 隧道氣候

1.1 定義

隧道施工作業(yè)環(huán)境下的小氣候稱之為隧道氣候［5］。隧道氣候的主要參量有隧道內(nèi)空氣的溫度、濕度和風(fēng)速，這就是隧道氣候的三要素，其不同的組合形式構(gòu)成了隧道不同的氣候條件。隧道氣候的好壞直接影響到隧道內(nèi)作業(yè)人員的身心健康、安全、勞動(dòng)效率和舒適性。

1.2 相關(guān)規(guī)范分析

1.2.1 隧道施工規(guī)范

鐵路隧道施工目前執(zhí)行的是鐵道部2002年3月頒布的 TB 10204—2002《鐵路隧道施工規(guī)范》［1］，其中對(duì)隧道施工環(huán)境中溫度和風(fēng)速應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定，要求在隧道施工過(guò)程中:1)隧道內(nèi)氣溫不得大于28℃;2)風(fēng)速在全斷面開(kāi)挖時(shí)不小于0.15 m/s，坑道內(nèi)不小于0.25 m/s，但均應(yīng)不大于6 m/s。

公路隧道施工目前執(zhí)行的是交通運(yùn)輸部2009年9月頒布的JTGF 60—2009《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］，其中對(duì)溫度和風(fēng)速的規(guī)定與《鐵路隧道施工規(guī)范》相同，但是二者均未對(duì)濕度提出具體要求。

1.2.2 煤礦與地下礦山規(guī)范

《煤礦安全規(guī)程》［3］規(guī)定:掘進(jìn)中的煤巷允許最低風(fēng)速為0.25 m/s，掘進(jìn)中的巖巷允許最低風(fēng)速為0.15 m/s。

冶金工業(yè)部、中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司、勞動(dòng)部于1990年4月頒布的《冶金地下礦山安全規(guī)程》［4］規(guī)定:采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)27℃，熱水型礦井和高硫礦井的空氣溫度不得超過(guò)27.5℃。該規(guī)程未對(duì)濕度提出具體要求，對(duì)溫度和風(fēng)速的要求與《鐵路隧道施工規(guī)范》大致相同。

1.2.3 國(guó)外規(guī)范

國(guó)外相關(guān)規(guī)范對(duì)溫度的規(guī)定與國(guó)內(nèi)大致相同，但未對(duì)濕度進(jìn)行具體要求，對(duì)風(fēng)速的規(guī)定如下。

1)美國(guó)的《煤炭礦井通風(fēng)法規(guī)》要求平均風(fēng)速為0.30 m/s。這個(gè)速度是基于全斷面來(lái)說(shuō)的，而不考慮設(shè)備擠占空間，并且0.30 m/s是最低限度。從控制粉塵方面要求風(fēng)速為0.61 m/s，因?yàn)檠芯孔C明這一風(fēng)速能很好地控制粉塵。

2)國(guó)際隧協(xié)(Guidelines for Good Occupational Health and Safety Practice in Tunnel Construction)要求空氣的供給量或從作業(yè)面的排出量為:在任何時(shí)候全斷面隧道或豎井的最小平均風(fēng)速應(yīng)在0.3～2 m/s。

3)英國(guó) BS 6164—2001“Code for Practice of Safety in Tunneling in the Construction Industry”(《建筑工業(yè)中隧道開(kāi)挖作業(yè)安全實(shí)用規(guī)程》)認(rèn)為:當(dāng)風(fēng)速小于0.5 m/s時(shí)，粉塵會(huì)逆風(fēng)擴(kuò)散。因此，該規(guī)程把這一風(fēng)速作為最低標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4 分析結(jié)論

相關(guān)規(guī)范對(duì)隧道氣候規(guī)定情況總結(jié)如下:

1)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范對(duì)溫度的要求大致相同(最高不超過(guò)28℃)，都是從職業(yè)健康角度提出的要求。

2)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范均未對(duì)濕度提出具體要求。

3)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范對(duì)風(fēng)速的要求也大致相同，國(guó)外比國(guó)內(nèi)要求嚴(yán)格一些，但多數(shù)是從排除粉塵角度提出的要求。

相關(guān)規(guī)范對(duì)隧道氣候舒適性標(biāo)準(zhǔn)未提出明確要求，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行分析研究，提出合理建議。

2 舒適性分析

2.1 人體通常舒適性條件分析

2.1.1 溫度影響

2.1.1.1 施工環(huán)境溫度影響

1)低溫影響［5］。對(duì)人員的工作效率有不利影響的低溫通常是在10℃以下。在低溫環(huán)境中，當(dāng)人體中心體溫低于35℃時(shí)，即處于過(guò)冷狀態(tài)。低溫對(duì)人體的影響表現(xiàn)為:1)引起局部?jī)鰝?，與人在低溫環(huán)境中暴露的時(shí)間有關(guān)。2)產(chǎn)生全身性影響。人體在低溫環(huán)境中暴露時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，能依靠自身的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)使人體深部溫度保持穩(wěn)定;但暴露時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，中心體溫逐漸降低，就會(huì)出現(xiàn)呼吸和心率加快、顫抖、頭痛等一系列低溫癥狀。當(dāng)中心體溫降到30～33℃時(shí)，肌肉由顫抖變?yōu)榻┲保ギa(chǎn)熱的作用，將會(huì)導(dǎo)致死亡。長(zhǎng)期在低溫高濕條件下勞動(dòng)(如冷凍庫(kù)工人)易引起肌痛、肌炎、神經(jīng)痛、神經(jīng)炎、腰痛和風(fēng)濕性疾患等。

2)高溫影響［5］。在高溫環(huán)境中，皮膚溫度會(huì)隨周圍環(huán)境溫度的升高而迅速升高，機(jī)體只能通過(guò)蒸發(fā)散熱，大量出汗會(huì)導(dǎo)致失水，出汗過(guò)多也會(huì)導(dǎo)致水鹽代謝障礙。高溫環(huán)境還會(huì)使心臟輸出量增大，使外周血管擴(kuò)張，血流從內(nèi)臟轉(zhuǎn)移到皮膚和肌肉，從而影響內(nèi)臟血液供應(yīng)，進(jìn)一步引起消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)乃至生化和免疫系統(tǒng)功能的改變。長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下暴露會(huì)引起熱病，包括全身性的中暑、熱衰竭、皮膚病和精神障礙等。當(dāng)環(huán)境溫度高于33.3℃時(shí)，發(fā)生環(huán)境熱病的危險(xiǎn)性增大，發(fā)病率隨最低氣溫的增加而增加。當(dāng)皮膚溫度達(dá)到41～44℃時(shí)會(huì)感到灼痛，若溫度繼續(xù)升高即會(huì)導(dǎo)致?tīng)C傷，甚至死亡。人員在28～32℃的環(huán)境中工作，肌肉用力的工作效率會(huì)下降，并且促使人體疲勞加速。當(dāng)溫度在32℃以上時(shí)，需要較大注意力的工作及精密工作的工作效率會(huì)受到影響。在高溫環(huán)境條件下作業(yè)，不僅會(huì)引起人體不適，影響身體健康，而且會(huì)隨著溫度的升高和氣流速度的降低，作業(yè)效率將明顯降低。

另外，事故發(fā)生率與溫度也有關(guān)系。據(jù)研究，意外事故發(fā)生率最低的溫度在20℃左右，溫度高于28℃或降到10℃以下時(shí)，意外事故發(fā)生率將增加30%。

2.1.1.2 室內(nèi)溫度影響

人員在通常的室內(nèi)工作和生活環(huán)境中，其舒適性在溫度方面主要表現(xiàn)為人體與周圍環(huán)境的換熱狀態(tài)。人體與周圍環(huán)境的換熱方式有對(duì)流、輻射和蒸發(fā)3種，人體達(dá)到熱舒適的必要條件就是通過(guò)換熱達(dá)到人體熱平衡。據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)人體達(dá)到熱平衡時(shí)，對(duì)流換熱量占25% ～30%，輻射換熱量占45% ～50%，呼吸和有感覺(jué)的蒸發(fā)換熱量占25% ～30%［8］。人體達(dá)到熱舒適的充分條件就是周圍環(huán)境能夠滿足這種適宜的換熱比例。

從對(duì)工作效率的影響來(lái)看，相關(guān)研究表明:空氣溫度在25℃左右時(shí)，腦力勞動(dòng)工作效率最高，低于18℃或高于28℃會(huì)導(dǎo)致工作效率急劇下降。如果以25℃時(shí)的工作效率為100%，則35℃時(shí)只有50%，10 ℃時(shí)只有30%［9］。

綜合各種研究成果，在室內(nèi)供暖方面提出了適宜的房間空氣溫度為17.4～20.9℃，從人員健康角度出發(fā)提出的室內(nèi)適宜溫度為夏季22～24℃、冬季20～22℃、其他23～25℃。

2.1.2 濕度影響

濕度對(duì)人員工作和生活環(huán)境舒適性的影響也很大，研究表明:室內(nèi)相對(duì)濕度大于70%時(shí)，人員能夠感覺(jué)到空氣濕度的變化，與小于70%時(shí)明顯不同?？梢哉f(shuō)相對(duì)濕度(70%)是一個(gè)人員敏感界限［10］，多數(shù)研究成果認(rèn)為相對(duì)濕度在50%～60%時(shí)人體最舒適。

從人員健康角度分析，相對(duì)濕度高于65%或低于38%時(shí)病菌繁殖滋生速度最快，相對(duì)濕度在45% ～55%時(shí)病菌死亡率較高。據(jù)此提出的適宜相對(duì)濕度為夏季50%、冬季40%、其他45% ～65%。

另外，濕度與溫度是密切相關(guān)的，濕度隨溫度的變化非常明顯，基本都是結(jié)合溫度綜合考慮的。

2.1.3 風(fēng)速影響

風(fēng)速主要影響人體的對(duì)流散熱。當(dāng)空氣溫度低于體溫時(shí)，風(fēng)速增大則對(duì)流散熱也增大;當(dāng)空氣溫度等于體溫時(shí)，對(duì)流換熱完全停止，不受風(fēng)速的影響;當(dāng)空氣溫度高于體溫時(shí)，人體不僅不能散熱，反而得熱，且空氣流速愈大，得熱愈快。

考慮風(fēng)速對(duì)人體舒適性的影響時(shí)，目前主要研究風(fēng)速頻譜對(duì)人體熱舒適性的影響，研究成果表明:1)風(fēng)速頻譜曲線越接近自然風(fēng)，則吹風(fēng)愈易被接收，即愈舒適;2)人體對(duì)風(fēng)速波動(dòng)的感覺(jué)上限值約為1 Hz，下限值在0.244～0.488 mHz;3)可以通過(guò)模擬自然風(fēng)頻譜調(diào)整風(fēng)速來(lái)實(shí)現(xiàn)舒適性要求。

2.1.4 分析結(jié)論

目前，對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適性調(diào)節(jié)主要側(cè)重于溫度和濕度調(diào)節(jié)，風(fēng)速一般考慮得較少，三者結(jié)合在一起進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)的情況就更少了;且室內(nèi)環(huán)境舒適性調(diào)節(jié)主要依靠空調(diào)來(lái)完成，將室內(nèi)環(huán)境近似為封閉空間來(lái)考慮，熱濕影響因素較少，比較容易調(diào)整到舒適狀態(tài)。對(duì)隧道施工環(huán)境舒適性調(diào)節(jié)主要側(cè)重于溫度和風(fēng)速，下面將單獨(dú)詳細(xì)分析。

2.2 隧道施工環(huán)境舒適性分析

2.2.1 舒適性建議標(biāo)準(zhǔn)

隧道施工作業(yè)環(huán)境與室內(nèi)環(huán)境差別較大，其空間較大，并且是開(kāi)敞的，施工過(guò)程中熱濕影響因素較多，環(huán)境調(diào)控時(shí)必須綜合考慮隧道氣候三要素(溫度、濕度和風(fēng)速)，調(diào)整到舒適狀態(tài)比較困難。隧道氣候三要素中比較好調(diào)控的是溫度和風(fēng)速，這兩項(xiàng)通常也是采取調(diào)整措施時(shí)的主要調(diào)控對(duì)象，而濕度是較難調(diào)控的，因?yàn)槎鄶?shù)隧道施工作業(yè)環(huán)境濕度都比較大，且基本是恒定的，出現(xiàn)不舒適狀況時(shí)基本都是濕冷或悶熱，很少出現(xiàn)干冷或燥熱狀況。

隧道施工屬四級(jí)勞動(dòng)強(qiáng)度，是人體活動(dòng)較劇烈、耗能較高的工作，人員在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此，必須滿足前文所述的人體與作業(yè)環(huán)境之間的換熱比例，方可達(dá)到舒適性要求。通過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和調(diào)研，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和調(diào)研成果進(jìn)行分析總結(jié)后，提出隧道施工環(huán)境舒適性建議標(biāo)準(zhǔn)為:溫度在15～28℃、濕度在 45% ～65%、風(fēng)速在 0.4 m/s左右［1-4，8-10］。

2.2.2 分析結(jié)論

1)當(dāng)溫度滿足舒適性要求時(shí)，如果濕度較大，風(fēng)速無(wú)論大小都會(huì)感覺(jué)偏冷;如果濕度較小，會(huì)感覺(jué)干燥，隨著風(fēng)速的增大干燥感增強(qiáng)，并且因人體表面蒸發(fā)散熱過(guò)快而有冷的感覺(jué)。

2)當(dāng)濕度滿足舒適性要求時(shí)，如果溫度偏高但低于35℃時(shí)，感覺(jué)較熱，隨著風(fēng)速的適當(dāng)增大可調(diào)整到接近舒適的狀態(tài);當(dāng)溫度高于35℃時(shí)，感覺(jué)很熱，風(fēng)速將失去調(diào)節(jié)作用。如果溫度偏低但高于5℃時(shí)，感覺(jué)較冷，隨著風(fēng)速的適當(dāng)減小可減輕冷感;而溫度低于5℃時(shí)，感覺(jué)很冷，風(fēng)速將失去調(diào)節(jié)作用。

3)當(dāng)風(fēng)速滿足舒適性要求時(shí)，如果溫度偏高，則濕度偏高會(huì)感覺(jué)悶熱，濕度偏低會(huì)感覺(jué)燥熱;如果溫度偏低，則濕度增高會(huì)增加冷感(感覺(jué)是舒適性較差的濕冷)，降低濕度會(huì)減輕冷感。

上述結(jié)論都是在特定條件下得出的，而在隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)以上特定條件的概率較小，尤其是濕度達(dá)到舒適性要求的特定條件是最困難的，并且隧道施工環(huán)境舒適性是由隧道氣候三要素綜合作用的結(jié)果，所以不能簡(jiǎn)單地依據(jù)上述特定條件下的結(jié)論進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)。但是，在實(shí)際對(duì)隧道施工環(huán)境舒適性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)時(shí)，可以將上述特定條件下得出的結(jié)論合理地應(yīng)用其中。即先將隧道氣候三要素中某一要素調(diào)節(jié)到舒適性標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，使其出現(xiàn)上述的特定條件，然后再依據(jù)上述結(jié)論進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過(guò)程中各種特定條件會(huì)因三要素的相互影響而發(fā)生改變，需要反復(fù)地分析評(píng)價(jià)和調(diào)節(jié)，所以這是一個(gè)檢測(cè)—分析評(píng)價(jià)—調(diào)節(jié)—檢測(cè)不斷循環(huán)的過(guò)程，直到滿足或者接近舒適性要求為止，并且在施工過(guò)程中還需要依據(jù)施工通風(fēng)階段的調(diào)整進(jìn)行舒適性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)階段劃分得更細(xì)一些，貫穿施工過(guò)程的始終。從中我們也可以看出，隧道施工環(huán)境舒適性分析評(píng)價(jià)是需要合理檢測(cè)作為支撐，為舒適性調(diào)節(jié)提供依據(jù)的，所以隧道施工環(huán)境舒適性檢測(cè)和調(diào)節(jié)也是非常重要的，下面將分別進(jìn)行介紹。

3 隧道施工環(huán)境舒適性檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法

由于隧道氣候舒適性標(biāo)準(zhǔn)不確定，導(dǎo)致其檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法也不確定，目前相關(guān)行業(yè)采用的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法主要有3種。

3.1 通常方法

利用儀器測(cè)得干球溫度、濕度(或濕球溫度)和風(fēng)速，依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，利用濕空氣焓濕圖［9］進(jìn)行熱濕計(jì)算分析，主要利用濕球溫度和等效溫度來(lái)反映環(huán)境對(duì)人體熱濕平衡的影響，進(jìn)而得出評(píng)價(jià)結(jié)論。此方法主要側(cè)重于溫度和濕度因素，而風(fēng)速因素主要依據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)感覺(jué)評(píng)價(jià)，沒(méi)能將隧道氣候三要素合理地結(jié)合在一起，所以存在一定不足。

3.2 卡他度法［7］

卡他度是1916年由英國(guó)的Leonard.Hill等提出的，其大小用卡他計(jì)(見(jiàn)圖1)測(cè)定。卡他計(jì)是一種酒精溫度計(jì)，下端有個(gè)貯液球，上端有個(gè)小空腔，玻璃管上只有35℃和38℃2個(gè)刻度，其平均溫度恰好為人體正常體溫(36.5℃)。測(cè)定時(shí)，先把貯液球置于熱水中加熱，當(dāng)酒精柱升至上端空腔一半時(shí)取出，擦干貯液球表面水分，然后懸掛于待測(cè)空氣中，液球散熱會(huì)使酒精柱下降，用秒表記錄從38℃降到35℃所需的時(shí)間，即可求得卡他度

式中:Kd為卡他度，W/m2;F為卡他計(jì)常數(shù)，卡他計(jì)上均標(biāo)有;t為從38℃ 降到35℃ 所需的時(shí)間，s。

卡他度分為干卡他度和濕卡他度。干卡他度反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒(méi)有反映空氣濕度的作用。濕卡他度則反映了氣溫、濕度和風(fēng)速對(duì)氣候條件的綜合影響，它是在卡他計(jì)貯液球上包裹一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)和計(jì)算方法與干卡他度完全相同。根據(jù)Hill的研究，不同勞動(dòng)強(qiáng)度時(shí)較適宜的卡他度值如表1所示。

圖1 卡他溫度計(jì)Fig.1 Kata thermometer

表1 不同勞動(dòng)強(qiáng)度時(shí)適宜的卡他度Table 1 Kata degree of different working intensity W/m2

卡他度比用單一因素評(píng)價(jià)要好些，但是卡他計(jì)散熱效果和人體有很大差別，有的研究資料表明，空氣對(duì)卡他計(jì)的冷卻能力是對(duì)人體的2～3倍。雖然有很多學(xué)者試圖從量上來(lái)反應(yīng)卡他度同人體生理反應(yīng)間的關(guān)系，但是沒(méi)有得到滿意的結(jié)果，所以卡他度也只是一個(gè)參考評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3 同感溫度法

同感溫度也稱有效溫度，是1923年由美國(guó)采暖工程師協(xié)會(huì)通過(guò)受試者對(duì)環(huán)境的感覺(jué)實(shí)驗(yàn)而得出的。試驗(yàn)時(shí)，先將3個(gè)受試者置于一個(gè)溫度為t、相對(duì)濕度為φ、風(fēng)速為v的已知環(huán)境中，并記下他們的感受;然后，把他們請(qǐng)到另一個(gè)濕度為100%，風(fēng)速為0，溫度為t1的可調(diào)環(huán)境中，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度t1使他們的感受與第一個(gè)環(huán)境相同，那么則稱t1為第一個(gè)環(huán)境的同感溫度［7］。這個(gè)指標(biāo)反映出氣溫、濕度和風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的綜合作用，同感溫度越高，人體的舒適感就越差。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以繪制出同感溫度計(jì)算圖，如圖2所示。只要測(cè)出空氣的干球溫度、濕球溫度和風(fēng)速，就可以利用該圖查出被測(cè)環(huán)境的同感溫度。例如，4組對(duì)應(yīng)溫度情況如表2所示，其在圖2中分別畫(huà)出了同感溫度線，從中可以看出在干球溫度相同時(shí)，濕度大則同感溫度高，舒適性差，隨著風(fēng)速的增大，同感溫度降低，舒適性增強(qiáng)。

圖2 同感溫度圖Fig.2 Effective temperature

同感溫度圖可以印證風(fēng)速調(diào)節(jié)作用的溫度范圍為5～35℃，高于35℃或者低于5℃時(shí)風(fēng)速變化引起同感溫度變化值很小，基本失去調(diào)節(jié)作用。同感溫度圖是結(jié)合人體實(shí)驗(yàn)提出的，從中還可以看出其與前面總結(jié)提出的隧道氣候舒適性建議標(biāo)準(zhǔn)基本相符，所以采用同感溫度結(jié)合控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行舒適性評(píng)價(jià)是比較準(zhǔn)確合理的。

4 隧道施工環(huán)境舒適性調(diào)控方法

由隧道氣候三要素可知，隧道環(huán)境舒適性調(diào)控方法主要針對(duì)三要素采取調(diào)節(jié)措施。由于隧道內(nèi)除濕很難實(shí)現(xiàn)(多數(shù)施工工序都會(huì)導(dǎo)致濕度增大)，所以目前隧道內(nèi)基本沒(méi)有采用除濕調(diào)節(jié)方法，主要是針對(duì)溫度和風(fēng)速采取調(diào)節(jié)措施，常用調(diào)節(jié)方法如下。

4.1 溫度調(diào)節(jié)方法

隧道氣候溫度調(diào)節(jié)方法主要有2個(gè)。1)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境溫度高時(shí)，在送風(fēng)動(dòng)力源處采取制冷低溫送風(fēng)措施;隧道外自然環(huán)境溫度過(guò)低(低于2℃)時(shí)，在送風(fēng)動(dòng)力源處采取加熱高溫送風(fēng)措施。2)調(diào)節(jié)局部溫度。此方法只針對(duì)作業(yè)人員相對(duì)集中的工作面，工作面環(huán)境溫度高時(shí)采用冰塊、噴淋冰水或噴灑水霧等方法降低溫度;工作面環(huán)境溫度低時(shí)采用電熱器、暖風(fēng)機(jī)或暖燈光照射等方法升高溫度。

表2 4組同感溫度對(duì)應(yīng)值Table 2 Corresponding value of 4 groups of effective temperature

4.2 風(fēng)速調(diào)節(jié)方法

隧道氣候風(fēng)速調(diào)節(jié)方法主要也有2個(gè)。1)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)速。隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境溫度在22～35℃時(shí)，適當(dāng)增大送風(fēng)量來(lái)提高整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速，從而加快通風(fēng)換氣速度和風(fēng)流換熱速度，這是加強(qiáng)通風(fēng)經(jīng)常采取的措施;隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境溫度在5～15℃時(shí)，在規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)適當(dāng)減小送風(fēng)量來(lái)降低整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速，減緩冷的不適感。2)調(diào)節(jié)局部風(fēng)速和風(fēng)流方式。采用小型射流風(fēng)機(jī)、空氣引射器、工業(yè)風(fēng)扇或空調(diào)扇等對(duì)作業(yè)人員集中的局部地段進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié)，主要是針對(duì)高溫環(huán)境采取局部增大風(fēng)速措施。另外，還可以采用特殊裝置對(duì)工作面風(fēng)流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，使工作面局部風(fēng)流處于旋轉(zhuǎn)紊流狀態(tài)，有利于均勻換熱，并使其接近自然風(fēng)，增強(qiáng)舒適感。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)隧道施工環(huán)境舒適性進(jìn)行初步研究，得出隧道施工環(huán)境舒適性建議標(biāo)準(zhǔn)為:溫度在15～28℃、濕度在45% ～65%、風(fēng)速在0.4 m/s左右;隧道施工環(huán)境舒適性檢測(cè)與評(píng)價(jià)采用同感溫度法比較合理;隧道施工環(huán)境舒適性調(diào)節(jié)與控制主要針對(duì)溫度和風(fēng)速進(jìn)行調(diào)控，濕度的可調(diào)控性很差。

我國(guó)隧道與地下工程施工技術(shù)水平正在趕超國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是在管理方面還存在較大差距，導(dǎo)致對(duì)隧道施工環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)不夠重視，采用的設(shè)備和采取的措施不夠完善。目前隧道施工環(huán)境中暴露出的問(wèn)題多數(shù)是溫度過(guò)高，采取的措施主要是增大送風(fēng)量和噴灑水霧，另外再配合一些局部措施，真正采用制冷與通風(fēng)相結(jié)合的案例很少。國(guó)外在掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)中多數(shù)采用水循環(huán)制冷降溫系統(tǒng)，主要針對(duì)設(shè)備降溫;在國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)施工中很少采用制冷降溫系統(tǒng)，這也是目前國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)施工條件下導(dǎo)致設(shè)備和環(huán)境溫度過(guò)高的主要原因。希望有關(guān)部門(mén)能對(duì)隧道施工環(huán)境給予高度重視，提供相應(yīng)的配套調(diào)控資金，完善相關(guān)設(shè)備和措施，為隧道施工提供良好的環(huán)境條件，從而保證作業(yè)人員能安全、健康、高效地從事施工生產(chǎn)。

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