高海拔特长隧道修建关键技术研究

高海拔下的三低自然条件：
低含氧量：约为平原地区的50%~60% 低 气 压：约为平原地区的55%
低
温：年最低温度为零下36℃，年平均温度约零下9℃。
二、高海拔特长隧道建设难题
低含氧量-洞口、洞内
洞口氧含量
洞口处含氧量随海拔高度升高而显著降低
洞内含氧量
洞内含氧量随进尺逐渐降低 距隧道洞口3000m处氧浓度相当于海拔5800m氧浓度。
形成了高海拔特长隧道施工通风综合关键技术
确定了高海拔特长隧道施工人员劳动强度等级计算方法
建立了高海拔特长隧道施工机械的配置方法
(一) 基于肺泡氧分压理论的高海拔特长隧道供氧技术
（1）高海拔地区人体缺氧危险等级划分及氧含量控制标准 （2）高海拔特长隧道施工期洞内氧气浓度随掘进深度的预测方法 （3）高海拔特长隧道施工关键工序的供氧方法
（3）高海拔特长隧道施工关键工序的供氧方法
供氧方案 个体式供氧 供氧方案 弥散式供氧 心率
供氧效果现场测试
血氧浓度
个体式与弥散式供氧血氧浓度变化对比
个体式与弥散式供氧心率变化对比
不同工序下供氧方案的确定 雀儿山隧道施工各工序供氧方式 施工工序 打孔钻眼阶段 出渣阶段 架钢拱架阶段 喷射混凝土阶段 挂防水板、绑钢筋、二次模筑阶段 洞外工作生活区 供氧方式 弥散式 4L氧气瓶置于车上 弥散式 氧吧车补氧或弥散式 氧吧车补氧或弥散式 临时应急措施
7954
4895
3850
2700
• •
高海拔公路隧道总数约80座，总长度超过200km。 高海拔隧道建设趋势向更高更长。
雀儿山公路隧道 （海拔高度4300米，长度7048米）
巴朗山公路隧道 （海拔高度3800米，长度7954米）
风火山铁路隧道 （海拔高度4905米，长度1338米）
新关角铁路隧道 （海拔高度3600米，长度32645米）
（1）高海拔地区人体缺氧危险等级划分及氧含量控制标准
基于肺泡氧分压的缺氧等级划分 动脉血氧饱和度（SaO2）与人体缺氧程度的关系 SaO2 90% 85% 75% 人体缺氧程度 人体供氧正常 导致脑力集中能力减退和肌肉协调能力下降 发生判断上的错误，情绪不稳定和肌肉功能障碍
肺泡氧分压和动脉血 氧饱和度关系曲线
雀儿山等级至少为III级（随时有缺氧危险）
（2）高海拔特长隧道施工期洞内氧气浓度随掘进深度的预测方法
氧气预测方法
增氧量1%
增氧量1.5%
增氧量2.5%
雀儿山隧道氧含量随开挖进尺变化曲线
隧道内实测氧含量随开挖进尺方程：
FiO2 7 107 L2 1105 L+20.074
根据氧气浓度随掘进深度的预测结果和氧含量控制标准即可求出增氧量
长度 7079 1530 8820 2107 1625 3451 3350 4615 8330 2238 3170 4016 4605 1470 2831
海拔 4371 3790 3200 3490 3476 3049 3250 4055 3380 4250 4280 4285 4200 4178 4148
修建时间 2012 1998 2004 2006 2006 2007 2010 2013 2013 2014 2014 2015 2015 2015
备注 在建 建成 建成 建成 建成 建成 建成 建成 在建 建成 建成 建成 在建 建成
2015
2015 2016
建成
建成 在建
16
17
巴朗山隧道
黄土梁隧道
高海拔特长隧道修建关键技术
王明年 于 丽
西南交通大学 2017年4月 重庆
一
高海拔隧道建设现状 高海拔特长隧道建设难题 高海拔特长隧道修建关键技术 问题与展望
汇 报 内 容
二 三 四
一、高海拔隧道建设现状
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
隧道名称 雀儿山隧道 大板山隧道 鹧鸪山隧道 列衣隧道 日尔郎山隧道 拉纳山隧道 嘎隆拉隧道 才公卡隧道 雪山梁隧道 剪子湾山隧道 红土山隧道 雁口山隧道 珠角拉山隧道 拉丁拉山隧道 理塘隧道
降低劳动工效，影响人员安全
降低机械效率，增加有害气体及烟雾排放量
低气压
降低风机效率
增加风管漏风率
低温
拌合楼
原材料储放
温度沿隧道纵向呈规律变化，影响隧道内施工
对高海拔特长隧道的修建开展ຫໍສະໝຸດ Baidu研究，取得了丰硕成果
三、高海拔特长隧道修建 关键技术
一 二 三 四
建立了基于肺泡氧分压理论的高海拔特长隧道供氧技术
人体缺氧等级划分 缺氧危险等 级 IV III II I 缺氧状态 不缺氧 随时有缺氧危险 缺氧 严重缺氧 动脉血氧饱和度 （%） 90<SaO2≤100 85<SaO2≤90 75<SaO2≤85 SaO2≤75 肺泡氧分压 （mmHg） 62<PAO2≤105 50<PAO2≤62 45<PAO2≤50 PAO2≤45
R —呼吸商，取0.8；
I级（严重缺氧） 13.3% 14.3% 15.6% 16.9% 18.8% <19.2% 20.5%
各海拔高度不同缺氧等级氧含量控制标准 （如雀儿山隧道） 海拔高度（m） 0 1000 2000 3000 4000 4300（雀儿山） 5000 II级（缺氧） 13.3%~14.0% 14.3%~15.1% 15.6%~16.5% 16.9%~18.0% 18.8%~20.0% 19.2%～20.4% 20.5%~21.9% III级（随时有缺氧危险） 14.0%~15.7% 15.1%~17.0% 16.5%~18.6% 18.0%~20.4% 18.0%~22.9% 20.4%～23.4% 18.0%~25.3% IV级（不缺氧） 15.7%~21.7% 17.0%~23.8% 18.6%~26.4% 20.4%~29.3% 22.9%~33.3% 23.4%～34.1% 25.3%~37.3%
基于肺泡氧分压的氧含量控制标准 肺泡氧分压与环境参数的关系式：
PAO2 —肺泡氧分压，（mmHg）；
PaCO2 PAO2 ( P 47) FiO2 ( ) R
PaCO2 39.95259 0.00366H 4.73616 108 H 2
P —环境大气压，（mmHg）； FiO2 —大气氧气的体积分数，（%）； PaCO2 —动脉血CO2分压，（mmHg）；