鄒宗良 胡學(xué)兵 南朗才仁 陳建忠

(1.西藏自治區(qū)交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，西藏 拉薩 850000；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

高海拔地區(qū)具有高寒、低溫、低壓等特點(diǎn)，會(huì)嚴(yán)重影響施工期隧道內(nèi)的通風(fēng)效果，造成大量施工粉塵長(zhǎng)期懸浮在隧道空氣中，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員身體健康，使得開展高海拔隧道施工期粉塵控制技術(shù)研究迫在眉睫。譚信榮等[1-4]針對(duì)隧道施工過(guò)程中有毒氣體及粉塵的產(chǎn)生對(duì)作業(yè)人員身心健康的影響，提出了有效的通風(fēng)措施來(lái)降低粉塵含量，保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量。胡宜[5]、郭春[6]、孫忠強(qiáng)[7]、戈文昌[8]等針對(duì)TBM、鉆爆法施工中的產(chǎn)塵問(wèn)題，開展了粉塵運(yùn)移規(guī)律與分布形態(tài)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。王文明等[9,10]認(rèn)為海拔升高會(huì)使得作業(yè)人員的肺功能明顯下降。王柱英等[11]研究了高海拔（3400m）粉塵作業(yè)人員的血壓情況，得出粉塵作業(yè)人員高血壓檢出率高達(dá)25.6%的結(jié)論。趙萍[12]認(rèn)為粉塵作業(yè)人員血脂升高隨工齡增加呈上升趨勢(shì)，高工齡組顯著高于低于齡組。

本文擬通過(guò)調(diào)研高海拔氣候特征，分析不同海拔高度氣候?qū)θ梭w血氧飽和度及人體呼吸的影響規(guī)律，研究高海拔地區(qū)鉆爆法隧道施工期粉塵濃度控制指標(biāo)，對(duì)有效控制粉塵濃度及保障施工人員身體健康具有重要意義。

一、高海拔氣候?qū)θ梭w機(jī)能的影響

（一）高海拔氣候分析

利用等效氧氣濃度計(jì)算出不同海拔地區(qū)的氧氣濃度，根據(jù)等效氧氣濃度的定義，推導(dǎo)得出其計(jì)算公式為：

式(1)可以看出，等效氧氣濃度主要受高海拔地區(qū)的氧氣濃度和空氣密度影響,氧氣濃度通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以獲得,空氣密度通過(guò)式(2)計(jì)算得到，因此可得出等效氧氣濃度和大氣壓力隨海拔高度的變化趨勢(shì)大致為等效氧氣濃度隨著海拔高度的升高而逐漸下降,如圖1所示。

圖1 等效氧氣濃度和大氣壓力隨海拔高度的變化趨勢(shì)

（二）血氧飽和度變化

血氧飽和度(SpO2)是反映人體氧吸收狀況的最直接參數(shù),是衡量人體缺氧程度的重要指標(biāo),而其主要影響因素為勞動(dòng)強(qiáng)度與心率變化。計(jì)算公式為:

由于海拔的升高引起了氧氣分壓的降低，空氣中氧氣的絕對(duì)含量仍大幅降低，導(dǎo)致彌散進(jìn)入人體肺部毛細(xì)血管血液的氧氣量降低,血氧飽和度和血氧分壓也隨之降低。當(dāng)血氧飽和度降到下限值時(shí),即會(huì)引發(fā)各器官組織供氧不足,從而產(chǎn)生功能上的退化，出現(xiàn)各種缺氧癥狀。

1.勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的關(guān)系

通過(guò)對(duì)各種勞動(dòng)強(qiáng)度下的血氧飽和度隨海拔高度變化進(jìn)行擬合可得到不同勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的變化規(guī)律,如圖2所示[15]。從圖中可以看出,在同一海拔高度下勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度為負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著勞動(dòng)強(qiáng)度的增大，血氧飽和度呈逐漸降低的趨勢(shì)。

圖2 勞動(dòng)強(qiáng)度與血氧飽和度的關(guān)系

2.心率與血氧飽和度的關(guān)系

心率是指心臟每分鐘的跳動(dòng)次數(shù)。在不同海拔高度下，人體由于做功使得耗氧量隨心率的增加而上升，血氧飽和度隨心率的增加而降低；隨著海拔高度的增加，人體在高海拔靜息時(shí)的血氧飽和度與低海拔從事體力勞動(dòng)時(shí)數(shù)值相等，隨著勞動(dòng)強(qiáng)度增大，血氧飽和度下降明顯。即海拔高度與心率增幅呈正相關(guān)關(guān)系，與勞動(dòng)強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（三）人體呼吸頻率變化

由于勞動(dòng)強(qiáng)度相同時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)人體需要的氧氣總量為定值，而空氣中氧含量隨海拔高度升高而降低，單次攝入的氧氣量減少，人體需要增加呼吸頻率以滿足身體機(jī)能所需。因此，假設(shè)人體在高海拔地區(qū)與低海拔地區(qū)需氧量相同,那么存在如下關(guān)系:

圖3 人體呼吸頻率與海拔關(guān)系

二、粉塵濃度控制指標(biāo)研究

高海拔地區(qū)變質(zhì)巖分布廣泛，類型復(fù)雜，各不同類型的巖石中二氧化硅含量如表1所示。工作場(chǎng)所中粉塵容許濃度見《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTGF60-2009表中規(guī)定。

表1 巖石中二氧化硅含量

呼吸頻率增加會(huì)使得單位時(shí)間內(nèi)粉塵顆粒的吸入量成倍提升，粉塵接觸允許濃度應(yīng)相應(yīng)降低，因此需要對(duì)高海拔條件下粉塵的STEL進(jìn)行修正，高海拔粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)為則能夠得到：

利用式(6)、式(8)計(jì)算得到不同海拔高度的k值變化情況，如圖4所示。再將k值代入式(7),即可得出不同海拔高度海拔粉塵濃度的修正指標(biāo)，如表2所示。

圖4 粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)與海拔高度關(guān)系

表2 高海拔隧道主要施工粉塵修正指標(biāo)

由圖4可以看出，隨著海拔高度逐漸升高，粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)逐漸減小。由表2可以看出，隧道施工期間應(yīng)根據(jù)隧址區(qū)海拔高度、氣候條件等因素確定粉塵濃度控制指標(biāo)，并采取有效除塵措施控制施工環(huán)境粉塵濃度，保障施工人員人身健康。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在不同海拔高度下，人體由于做功使得心率不斷上升，導(dǎo)致耗氧量隨心率的增加而上升，血氧飽和度隨心率的增加而降低；人體呼吸頻率隨海拔升高而增大，且增大速率呈加快趨勢(shì)；隨著海拔高度逐漸升高，粉塵濃度指標(biāo)修正系數(shù)逐漸減小，粉塵濃度控制指標(biāo)逐漸降低。