高海拔隧道施工工效優(yōu)化方案研究

摘要：針對(duì)高海拔地區(qū)的隧道施工工效較低的問題，結(jié)合具體的公路隧道工程，研究高海拔隧道施工中的工效優(yōu)化。結(jié)合工程實(shí)際情況，提出工效優(yōu)化技術(shù)方案，對(duì)Ⅲ級(jí)圍巖可采用全斷面施工法，對(duì)IV級(jí)、V級(jí)圍巖可采用三臺(tái)階七步法施工。為了提升工效，建立施工環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握氧氣含量和施工人員軌跡。為了快速恢復(fù)身體機(jī)能，建議施工2h后，組織施工人員進(jìn)行一次為期30min的吸氧。分別從作業(yè)人員和施工企業(yè)角度，提出具有可操作性的工效優(yōu)化建議，全面保障施工人員身心健康，有效提升隧道施工工效。

關(guān)鍵詞：高海拔；隧道施工；工效優(yōu)化；三臺(tái)階七步法

0 引言

高海拔地區(qū)獨(dú)特的地理位置和復(fù)雜的工程條件，使隧道施工面臨諸多挑戰(zhàn)[1]。高海拔地區(qū)的隧道施工，工效管理起著至關(guān)重要的作用。高效施工不僅可以節(jié)省資源和成本，提高施工效率，而且可以減少環(huán)境影響和確保工人安全。為了提高高海拔隧道施工的效率和質(zhì)量，降低施工成本，本文結(jié)合具體的公路隧道工程，分析工效影響因素，聚焦于高海拔隧道施工中的工效問題，并提出針對(duì)性的優(yōu)化措施。

1 工程概況

某高速公路位于新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶，平均海拔達(dá)到4000m以上，線路總長(zhǎng)度為220km，是通往高原內(nèi)陸的重要通道。其中一處重要隧道長(zhǎng)度為12km，寬度為7.8m，高度為4.8m。隧道設(shè)計(jì)兩條車道，項(xiàng)目施工環(huán)境非常具有挑戰(zhàn)性，海拔高、氣壓低，氧氣稀薄，工人勞動(dòng)效率低，機(jī)械設(shè)備功率下降。氣候條件惡劣，冬季溫度低至-30℃，夏季則常有暴雨，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

2 高海拔隧道施工工效影響因素

2.1 高海拔地區(qū)施工特點(diǎn)

2.1.1 氣候惡劣

在高海拔地區(qū)，氣候條件通常非常惡劣。海拔升高，氣溫逐漸降低，低溫會(huì)影響施工材料的性能，降低施工機(jī)械設(shè)備的工作效率，并對(duì)施工人員的身體健康和工作效率產(chǎn)生影響。

2.1.2 氧氣稀薄

高海拔地區(qū)的大氣壓力低，氧氣含量減少。施工過程中人員容易出現(xiàn)缺氧、頭痛、乏力、食欲不振等高原反應(yīng)，影響施工效率[2]。

2.1.3 地質(zhì)復(fù)雜

高海拔地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)軟硬不均的巖層、斷裂帶、滑坡等，對(duì)施工帶來極大的挑戰(zhàn)，為此需要采取特殊的施工技術(shù)和設(shè)備。此外，這些地區(qū)地殼活動(dòng)頻繁，可能發(fā)生地震、巖爆等自然災(zāi)害，給施工帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 交通不便

偏遠(yuǎn)的山區(qū)或高原，交通條件差。道路狹窄、陡峭，運(yùn)輸設(shè)備和材料等都需要花費(fèi)更多的時(shí)間和成本。

2.2 高海拔施工工效影響因素

在高海拔地區(qū)施工，工效不僅決定著工程質(zhì)量和進(jìn)度，還決定著施工的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。影響工效的因素非常多，主要影響因素如圖1所示。

2.2.1 人員因素

在高海拔地區(qū)施工，人員的身體狀況、技能水平以及心理狀況均非常重要。高海拔環(huán)境下的低氧條件可能會(huì)使工人產(chǎn)生高原反應(yīng)，降低工作效率，甚至對(duì)生命構(gòu)成威脅。此外，長(zhǎng)期在高海拔、惡劣環(huán)境下工作，很可能會(huì)導(dǎo)致工人出現(xiàn)心理壓力和情緒問題[3]。因此，保證工人的健康狀況，提供必要的心理支持和輔導(dǎo)，及時(shí)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的高原病，是提高施工效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2.2 機(jī)械設(shè)備因素

在高海拔地區(qū)施工，設(shè)備必須能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。高海拔地區(qū)的低溫和大風(fēng)可能會(huì)影響設(shè)備的性能，選擇適合高海拔環(huán)境的設(shè)備，是提高施工效率的關(guān)鍵。同時(shí)，設(shè)備的性能參數(shù)，如功率、穩(wěn)定性、可靠性和耐用性等，也直接影響著施工效率。惡劣的環(huán)境條件會(huì)加速設(shè)備的磨損，從而增加故障的可能性。定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢查是保證施工順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。

2.2.3 環(huán)境因素

高海拔地區(qū)往往地形崎嶇、交通不便，影響到施工物資的運(yùn)輸和施工人員的調(diào)配。氣候環(huán)境也給施工帶來了巨大挑戰(zhàn)。低溫、大風(fēng)、強(qiáng)紫外線等可能導(dǎo)致施工進(jìn)度延誤，同時(shí)還可能影響施工人員的健康。復(fù)雜的地質(zhì)條件如凍土、滑坡、泥石流等，會(huì)對(duì)施工安全性和效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此要對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘察，掌握準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，保證施工效率。

2.2.4 組織管理因素

組織管理涵蓋項(xiàng)目管理、人力資源管理、物資供應(yīng)管理和風(fēng)險(xiǎn)管理等多個(gè)層面。良好的項(xiàng)目管理對(duì)于保證施工效率至關(guān)重要。明確目標(biāo)、科學(xué)規(guī)劃、合理控制進(jìn)度控制，有利于保證施工的有序進(jìn)行。合理配置人員、健全激勵(lì)機(jī)制、保障物資供應(yīng)、科學(xué)管控風(fēng)險(xiǎn)，都是保證施工順利進(jìn)行的重要措施。

3 高海拔隧道工效優(yōu)化管理

工效優(yōu)化是保障項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、安全和效益的一種管理方法，隧道施工在高海拔地區(qū)具有特殊性，環(huán)境惡劣、條件復(fù)雜，工效優(yōu)化管理的必要性更加明顯。通過科學(xué)的管理方法，可以降低高海拔環(huán)境對(duì)施工的負(fù)面影響，提高施工效率，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

3.1 工效優(yōu)化方案

隧道全長(zhǎng)為12km，合同總工期為15個(gè)月，在正常施工條件下工期安排也比較緊張。綜合分析隧道圍巖的結(jié)構(gòu)特征，部分區(qū)段為Ⅲ級(jí)圍巖，可采用全斷面施工法，全力趕工期。對(duì)于IV級(jí)圍巖、V級(jí)圍巖，則采用三臺(tái)階七步法開挖施工[4]，挖掘順序如圖2所示，必要時(shí)可增加臨時(shí)仰拱，通過仰拱抵抗變形，確保施工順利推進(jìn)。

不同臺(tái)階可同時(shí)開挖，施工空間較大，可以保證各個(gè)作業(yè)面平行作業(yè)。選擇錯(cuò)時(shí)支護(hù)，初期支護(hù)施工非常便捷。地質(zhì)條件若發(fā)生變化，可以靈活、快捷的轉(zhuǎn)換施工工藝，調(diào)整施工順序，充分利用施工面，有效利用現(xiàn)有空間。臺(tái)階挖掘過程中，預(yù)留中心處土體，左右兩側(cè)超前開挖，以保障作業(yè)面穩(wěn)定、施工高效，保證施工的安全性和進(jìn)度[5]。隧道施工的工程量大，涉及的工種較多，需對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行合理配置，以保證施工效率，主要工種及人員配置如表1所示。

3.2 氧含量監(jiān)測(cè)

高海拔環(huán)境下隧道施工過程中，隨著作業(yè)時(shí)間的延續(xù)，施工人員的工作效率會(huì)逐漸降低。空氣中的氧氣含量相對(duì)降低，可能導(dǎo)致高原反應(yīng)。一段時(shí)間后，及時(shí)的補(bǔ)充氧氣可以提高工作效率。

為了保障施工安全，隧道施工環(huán)境建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)氧氣含量，并具有施工人員定位功能，隨時(shí)掌握施工人員軌跡，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

氧氣供應(yīng)可以改善施工人員的生理特征，恢復(fù)人體機(jī)能，提升工作效率。施工環(huán)境的氧含量監(jiān)測(cè)以及人體血氧濃度監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[6]。人體血氧飽和度與吸氧時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。

由圖4可知，吸氧時(shí)間達(dá)到30mim時(shí)，人體血氧飽和度達(dá)到95%左右，恢復(fù)為正常水平，身體機(jī)能也得以恢復(fù)至平常狀態(tài)。此時(shí)繼續(xù)吸氧，血氧飽和度不再顯著增加，對(duì)維持人體生理指標(biāo)意義不大。因此，施工進(jìn)行2h后，應(yīng)組織施工人員進(jìn)行大約30min的吸氧，以快速恢復(fù)身體機(jī)能，提高施工效率。

3.3 施工人員軌跡監(jiān)測(cè)

施工人員軌跡監(jiān)測(cè)是提高工效和確保人員安全的重要手段。掌握施工人員的行動(dòng)軌跡，可以在保證施工效率的同時(shí)，減少安全事故的發(fā)生。每一位施工人員身上都帶有電子射頻標(biāo)簽，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取施工人員在工地上的位置信息，對(duì)他們的工作軌跡進(jìn)行跟蹤。這不僅可以有效管理人員分布，還可以在緊急情況下快速找到具體人員，提高應(yīng)急反應(yīng)速度。如果有施工人員接近或進(jìn)入設(shè)定的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可立即發(fā)出預(yù)警，提示人員注意安全，從而避免可能的安全事故。

4 工效優(yōu)化建議

4.1 對(duì)于作業(yè)人員

在高海拔的隧道施工中，作業(yè)人員的身心健康是決定工效的重要因素。高海拔環(huán)境下的工作壓力、空氣稀薄等條件，都可能對(duì)工人的身心健康造成影響。應(yīng)定期對(duì)工程人員進(jìn)行全面的健康檢查，確保所有工作人員身體狀況良好，適應(yīng)高海拔工作環(huán)境。要提供高營(yíng)養(yǎng)、易消化的食物，保證工人的體力需求，以適應(yīng)高強(qiáng)度的工作。必要時(shí)提供心理咨詢和輔導(dǎo)，幫助工人應(yīng)對(duì)工作壓力，維持良好的心理狀態(tài)。

4.2 對(duì)于施工企業(yè)

4.2.1 合理安排作業(yè)時(shí)間及作業(yè)強(qiáng)度

高海拔環(huán)境下的施工工作對(duì)人體的壓力較大，因此合理安排作業(yè)時(shí)間和作業(yè)強(qiáng)度，對(duì)于保護(hù)員工的健康和提高工效至關(guān)重要。企業(yè)應(yīng)實(shí)施科學(xué)的排班制度，避免過度勞累。同時(shí)作業(yè)強(qiáng)度也需要適度，高強(qiáng)度的勞動(dòng)可能導(dǎo)致員工的身體狀況迅速下降，進(jìn)而影響工效。

4.2.2 改善操作方法

良好的作業(yè)姿勢(shì)和操作方法可以降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工傷的發(fā)生，提高工作效率。企業(yè)應(yīng)提供專門的培訓(xùn)，教授員工正確的操作方法和作業(yè)姿勢(shì)，并進(jìn)行定期的復(fù)查和指導(dǎo)。

4.2.3 合理配置人員并優(yōu)化場(chǎng)地布局

人員配置和場(chǎng)地布局直接影響到施工的效率。企業(yè)應(yīng)根據(jù)工作需要和員工的專長(zhǎng)，合理地配置人員。同時(shí)，要優(yōu)化場(chǎng)地布局，合理安排設(shè)備和物資的位置，減少不必要的移動(dòng)和搬運(yùn)，從而提高工作效率。

4.2.4  加強(qiáng)后勤保障

良好的后勤保障和團(tuán)隊(duì)文化，對(duì)于提高工效有著積極的推動(dòng)作用。企業(yè)應(yīng)提供良好的生活條件，滿足員工的基本需求。同時(shí)，通過組織各種團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，加強(qiáng)員工之間的溝通與交流，提高員工的歸屬感和團(tuán)隊(duì)凝聚力。

5 結(jié)束語

針對(duì)高海拔地區(qū)的隧道施工工效較低的問題，本文結(jié)合具體的公路隧道工程，研究高海拔隧道施工中的工效優(yōu)化，提出工效優(yōu)化技術(shù)方案，得出如下結(jié)論：

高海拔地區(qū)施工有自身特點(diǎn)，工效與人員因素、機(jī)械設(shè)備因素、環(huán)境因素、組織管理因素息息相關(guān)。綜合考慮工程實(shí)際情況，提出工效優(yōu)化技術(shù)方案，對(duì)Ⅲ級(jí)圍巖可采用全斷面施工法，對(duì)IV級(jí)、V級(jí)圍巖可采用三臺(tái)階七步法施工。為了提高工效，建立施工環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握氧氣含量和施工人員軌跡。為了快速恢復(fù)身體機(jī)能，建議施工2h后，組織施工人員進(jìn)行一次為期30min的吸氧。從作業(yè)人員和施工企業(yè)角度，提出具有可操作性的工效優(yōu)化建議，全面保障施工人員身心健康。

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