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 471009)
隨著我國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)境控制問題顯得越來越重要,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。國外如美國的《煤炭礦井通風(fēng)法規(guī)》、國際隧協(xié)相關(guān)規(guī)范和英國的《建筑工業(yè)中隧道開挖作業(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??梢钥吹剑瑖鴥?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)境來說針對(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)舒適性展開了研究;徐小林等[9]編寫的《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。
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。
1.2.1 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,要求在隧道施工過程中:1)隧道內(nèi)氣溫不得大于28℃;2)風(fēng)速在全斷面開挖時(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27℃,熱水型礦井和高硫礦井的空氣溫度不得超過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 國外規(guī)范
國外相關(guān)規(guī)范對(duì)溫度的規(guī)定與國內(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說的,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 BS 6164—2001“Code for Practice of Safety in Tunneling in the Construction Industry”(《建筑工業(yè)中隧道開挖作業(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28℃),都是從職業(yè)健康角度提出的要求。
2)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范均未對(duì)濕度提出具體要求。
3)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范對(duì)風(fēng)速的要求也大致相同,國外比國內(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。
2.1.1 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)體只能通過蒸發(fā)散熱,大量出汗會(huì)導(dǎo)致失水,出汗過多也會(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)致燙傷,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),人員能夠感覺到空氣濕度的變化,與小于70%時(shí)明顯不同??梢哉f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)的感覺上限值約為1 Hz,下限值在0.244~0.488 mHz;3)可以通過模擬自然風(fēng)頻譜調(diào)整風(fēng)速來實(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)來完成,將室內(nèi)環(huán)境近似為封閉空間來考慮,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。
2.2.1 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,并且是開敞的,施工過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)速無論大小都會(huì)感覺偏冷;如果濕度較小,會(huì)感覺干燥,隨著風(fēng)速的增大干燥感增強(qiáng),并且因人體表面蒸發(fā)散熱過快而有冷的感覺。
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)感覺悶熱,濕度偏低會(huì)感覺燥熱;如果溫度偏低,則濕度增高會(huì)增加冷感(感覺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)的過程,直到滿足或者接近舒適性要求為止,并且在施工過程中還需要依據(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。
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。
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)感覺評(píng)價(jià),沒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。
卡他度是1916年由英國的Leonard.Hill等提出的,其大小用卡他計(jì)(見圖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)者試圖從量上來反應(yīng)卡他度同人體生理反應(yīng)間的關(guān)系,但是沒有得到滿意的結(jié)果,所以卡他度也只是一個(gè)參考評(píng)價(jià)指標(biāo)。
同感溫度也稱有效溫度,是1923年由美國采暖工程師協(xié)會(huì)通過受試者對(duì)環(huán)境的感覺實(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。
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。
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
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。
通過對(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。
我國隧道與地下工程施工技術(shù)水平正在趕超國外發(fā)達(dá)國家,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)境中暴露出的問題多數(shù)是溫度過高,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)境溫度過高的主要原因。希望有關(guān)部門能對(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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