公路隧道个体供氧方案设计

1高海拔隧道供氧工程实例

为了选取经济、合理的供氧方式，对目前的高海拔隧道供氧工程实例进行了调研，见表1所示。通过表1的分析可以看出，高海拔隧道的供氧方式主要有2种:掌子面局部弥散式和个人携氧方式，2种供氧方式各有优劣。但个体式供氧实验要求施工人员携带大小合适的氧气瓶，通过配合吸氧面罩对施工人员直接供氧，不需要铺设管道，同时受外界通风影响较小［4］，但对不同的隧道则缺乏相关的设计标准。为此，本次结合巴朗山隧道特别对个体供氧的方案进行了实测，以期获得较好的个体供氧方案。

2巴朗山隧道个体供氧方案

本次个体式供氧实验，选取的测试对象为该隧道开挖作业中的3名掘进工人，均为男性，无疾病史，已在该隧道工作两年以上，能适应高原，年龄在25～35岁，将这3名工人按照实验组2人和对照组1人进行分配实验。由于4L氧气袋所携带氧太少，更换过于频繁，完全不适合工人携带施工，故分别进行携带氧气瓶(2L、3L、4L)进行试验，第一次实验组2人携带2L氧气瓶进行试验，第二次实验组2人携带3L氧气瓶进行试验，第三次实验组2人携带4L氧气瓶进行试验;对照组人员均不携带氧气瓶进行试验。现有的高原医学研究成果表明:人体在高原缺氧状态下，即使小流量短时间吸入氧气，缺氧造成的影响仍然可以得到有效的改善;安静状态下，低流量(2L/min)吸入氧气30min，人体血氧饱和度可以达到高峰。综合隧道实际情况，确定供氧时间为1h，开始施工的同时进行供氧，人体剧烈运动时的总耗氧为2．8L/min［5］，据此确定氧气瓶供氧量人均增氧流量3L/min，被测试的工人照常进行开挖掘进工作。其中3种供氧设备加压均为13MPa，2L、3L、4L的供氧氧气瓶净质量分别为4kg、6kg、8kg，压缩储存换算氧气容量分别为0．25m3、0．38m3、0．5m3。

3巴朗山隧道个体供氧方案的效果实测

3．1实验评价指标本次测试的评价主要是根据受测试者背负供氧设备作业前后和不背负设备作业前后的不同生理反应来衡量该供氧设备的优劣。对工人进行供氧增补的效果则通过对比供氧前后工人的生理测量指标和观察指标两部分的变化进行评价。其中，生理指标包括3项，分别是:人体动脉血氧饱和度、心率和血压;观察指标为Borg呼吸困难评分指数，评判标准分为无、轻度、中度、重度。此外，对各单一供氧设备的使用时间，更换设备的间隔时间等进行了综合评价。3．2实验及测试仪器实验中所需要的生理与观察指标的数据采集，使用的测量仪器如表2所示。图1和图2则分别是受测试人员在进行供氧设备的组装和使用。图3为部分现场实测图片。3．3测试结果及数据分析3．3．1供氧时间对心率的影响受试者分别使用2L、3L、4L氧气瓶进行供氧，所测得的不同规格氧气瓶下受测试者心率与时间的关系见表3所示。其中心率上升为正值，下降为负值。从受试者心率变化百分比可以看出:(1)受试者的心率变化会受到钢瓶重量的影响，但影响较小;(2)在施工作业时，受试人员的心率变化基本提升10%左右，而无供氧的对照组成员其心率则上升20%左右，可见供氧与否对心率影响显著;(3)三种供氧情况下，在开始施工作业阶段，受试组和对照组人员心率均有不同程度的上升，随着对实验组人员的持续供氧，实验组人员的心率有明显的下降，而对照组人员的心率达到一定值后会趋于稳定，但是明显要高于实验组人员，且在降低作业强度前一般不会有明显的下降。由此可见，个体式供氧能够明显增强降低施工作业人员的心率，在高海拔条件下有利于降低体力劳动对心脏产生的负担。3．3．2供氧时间对血氧浓度的影响受试者分别使用2L、3L、4L氧气瓶进行供氧时，所测得的血氧浓度与时间的关系见表4所示，其中上升为正值，下降为负值。从受试者血氧浓度变化百分比可以看出:(1)在施工作业时，供氧受试人员的血氧变化基本提升5%左右，而不提供供氧设备的对照组成员其血氧浓度下降5%～6%，下降幅度非常显著;(2)受试者血氧浓度基本不受所背负氧气瓶型号的影响;(3)在开始作业的几分钟，血氧浓度都会有一定程度的提升。但受氧人员在得到充足的氧后，血氧浓度不会下降，反而会有所增加;对照组人员因为得不到足够的氧供应，所以该组人员的血氧浓度会有所下降，这也是在施工阶段部分工人产生高原反应的原因之一。3．3．3供氧时间对动脉压的影响受试者分别使用2L、3L、4L氧气瓶进行供氧实验时的平均脉动压与时间的关系进行了分析，结果表明:平均脉动压并不随增氧与否发生改变，这说明短时间的增氧不会对高原环境人员的血压变化造成明显影响，这也与研究高原缺氧治疗时提到的短时间增氧不会对人体血压造成影响的结果相一致。图4为1号实验者在使用不同供氧设备情况下的平均动脉压变化，可以看出测试者仅在开始施工初期血压有所变化，最后都基本趋于平稳，不受是否供氧的影响，由此同样可以推断短时间的增氧不会对高原环境人员的血压变化造成明显的影响。3．3．4受试者的感受受试者分别使用2L、3L、4L氧气瓶时的感受及设备使用情况见表5所示。通过表5中数据，按实际施工时间约220～240工时计算，依据既有研究成果［6］，在海拔4000m附近，较重劳动通气量52L/min，外界空气供氧量1．6～2．0L/min，需要额外补充供氧3L/min，即每天供氧量约45m3。计算中按单一规格氧气瓶供氧需4L氧气瓶90瓶，3L氧气瓶120瓶，2L氧气瓶180瓶。

4结论

通过对2L、3L和4L氧气瓶的个体供氧方案条件下，受试者生理指标和个体感觉的实际测试，得到了以下结论:(1)在对实验组人员持续供氧的情况下，实验组人员的心率相对对照组人员心率是随着供氧的持续逐步下降并趋于稳定的，但受供氧设备类型的影响较小。(2)在对实验组人员持续供氧的情况下，实验组人员的血氧饱和度相对对照组人员血氧饱和度是随着供氧的持续逐步上升并趋于一个稳定的值。(3)在对实验组人员持续供氧的情况下，实验组人员的动脉压受供氧设备型号的影响较小。即高海拔情况下，是否供氧对人体动脉压的影响较小。(4)相比较2L、3L、4L的氧气瓶供氧，2L的氧气瓶供氧更换次数过于频繁，4L的氧气瓶过于沉重，且供氧效果接近，故个体式供氧方案推荐使用3L的氧气瓶供氧设备。

作者：袁泉 单位：四川兴蜀公路建设发展有限责任公司