（一）隧道工程热害及其影响

地球内部蕴藏着巨大的热量，离地表越深，温度越高。埋深1 000 m以下的地层，正常情况下地温也要达到30～40 °C左右，如果是富含地下热水的区域，地温会更高。隧道施工通过这种地层，受高地温影响会很大。为保证隧道施工人员进行正常的安全生产，我国有关部门对隧道施工作业环境的卫生标准都有规定。例如，铁路规范规定，隧道内气温不得超过28 °C；交通部门规定，隧道内气温不宜高于28 °C。

一般情况下，地温超过30 °C时，便称为高地温。隧道工程中若发生高地温问题，一方面将恶化作业环境，降低劳动生产率，并严重威胁到施工人员的生命安全。例如在炎热的季节，一般人的排汗量约为1 L，在闷、潮、热的隧道或矿井中从事繁重的体力劳动时，8 h内人的排汗量可达8～10 L，甚至更高，如不适时地补充水分，则可能导致人脱水、失钠、血液浓缩及黏稠度增大，再加上血管扩张，血容量更显不足，以致引起周围循环衰竭，从而使人产生热疲劳、中暑、热衰竭、热虚脱、热痉挛、热疹，甚至死亡，造成重大安全事故。另一方面将影响到施工材料的选取（如耐高温炸药）和混凝土的耐久性，而且由于产生的附加温度应力还将引起衬砌开裂，严重影响隧道的稳定性。

高地温对隧道工程的不利影响主要表现在：

（1）恶化施工作业环境，增加工程的施工难度，降低劳动生产率，并严重威胁到施工人员的健康和安全；

（2）由于地热流体（气、液相）中含有大量的腐蚀性矿物成分，对施工材料特别是铁质材料具有强烈的腐蚀作用，同时影响止水带、排水盲管及防水板等，在设计、施工中对施工材料的要求会更高；

（3）当采用钻爆法施工时，高地温隧道环境对爆破器材的性能稳定性会产生影响，严重时可造成炸药和起爆器材的自热和自爆，使爆破人员的人身安全受到严重威胁，直接影响到工程的施工进度、生产成本和经济效益；

（4）产生的附加温度应力还可能引起衬砌开裂，对衬砌结构的安全及耐久性不利；

（5）使得围岩条件恶化，影响围岩的稳定性；

（6）隧道内的高温高湿将导致机械设备的工作条件恶化、效率降低、故障增多；

（7）隧道建成运营后，由于洞内温度过高，将造成隧道养护维修困难，从而可能导致运营成本大幅提高。

从国内外高地温实践情况来看，当原始地温达到35 °C、湿度达到80%时，隧道中的高温问题就已经显得非常严重，高地温隧道将恶化施工作业环境，降低劳动生产效率，并严重威胁施工人员的健康和安全。隧道内的高温高湿还会导致机械设备的工作调节恶化、效率降低、故障增多。

（二）隧道工程热源及其影响因素

从热的来源来讲，主要有相对热源和绝对热源。相对热源的散热量与其周围气温差值有关，如高温岩层和热水散热。绝对热源的散热量受气温影响较小，如机电设备、化学反应和空气压缩等热源散热。一般来说，造成高地温值的大多数情况是高温岩层和热水散热。地温值与隧道所在地区的地层岩性、地质构造、近期岩浆活动，以及地下水的活动等因素均有密切关系。

在隧道与矿井等地下工程中，高温岩层散热是影响隧道与矿井空气温度升高的重要原因，它主要通过隧道与井巷岩壁和冒落、运输中的矿岩与空气进行热交换而造成隧道与矿井空气温度升高。另外，当隧道与矿井中有高温热水涌出时，也将影响整个地下环境的微气候，从而使巷道内空气温度略有升高。从总体上来看，造成隧道与矿井高温热害的主要因素有地热、采掘机电设备运转时放热、运输中矿物和矸石放热以及风流下流时自压缩放热等4大热源。此外，造成隧道与矿井高温还有以下几个因素：

（1）隧道与矿井深度大，岩石温度高。在我国中北部地区，大部分高温矿井都是由于此类原因所致。

（2）地下热水涌出。地下热水由于易于流动，且热容量大，是良好的载体，地下热水主要是通过以下两个途径把热量传递给风流：

① 岩层中的热水通过对流作用，加热了井巷围岩，围岩再将热量传递给风流；

② 热水涌入巷道中，直接加热了风流。(www.daowen.com)

（3）采掘工作面风量偏低。通风不良、风量偏低是我国目前造成采掘工作面气温较高的普遍性因素。

（三）隧道工程热环境评价指标及热害分级

国际上热环境评价的指标主要有四种，包含三个ISO标准，分别为：WBGT指数（Wet-Bulb Globe Temperature，ISO7243）、Sreq指数（Required Sweat，ISO7933）、生理学指数（Physiological Measurements，ISO9886）和ET指数（Effective Temperature）。除此之外，应用比较多的还有TEQ指数（Temperature of the Equivalent Climate），以及当辐射热比较大时，ET指标要进行修正所构成的CET指数（Corrected Effective Temperature）等。不同的评价指标有各自的特点，通过不同的指标评价，可以分析热湿环境的极端程度，便于不同环境的定量比较，配合必要的试验研究，分析热湿环境对人体的影响。隧道热害的基本分级与对策如表4-8所示。

表4-8　隧道热害的基本分级与对策

（四）隧道通风降温措施

对于高温隧道热害的降温措施，目前国内外普遍采用的方法有通风降温、个体防护、减少热源及人工制冷降温等措施。人工制冷降温技术关键是制冷、输冷、传冷与排热，以及降温系统及其控制。

1.通风降温

增加风量可以大大降低空气的含热量，是一种有效的降温措施。日本一学者的试验研究结果表明，增加通风量，则气流温度大幅度下降，并且该温度的下降程度在通风量达到一定量时则有急剧加快之势，如果风量再增加则气流温度的下降又逐渐缓慢下来，最经济的通风量为巷道的0.56～0.84倍。总之，在隧道热害不太严重的情况下，加大风量降低井下温度是有效的。改善通风系统，增加隧道通风量，可采用减少风阻、防止漏风、加大风机功率、加强通风管理等措施。但是，风量的增加不是无限制的，它受规定的风速和降温成本的制约。据现场增风降温的经验，高温工作面的风量最低限应为800～1 000 m3/min。

2.个体防护

个体防护的主要措施是工人穿冷却服。冷却服的适用范围很广，即可以是独头高温作业面，又可以是井下各种大型设备操作人员和未采用中央制冷空调时的井下游动工作人员和生产管理者。

3.减少热源

隧道热源一般包括围岩散热、机电设备散热、热水散热、矿物氧化放热等。减少机电设备放热不外乎提高设备效率，选择正确的安装位置。在围岩壁上涂敷绝热材料，岩温较高时作用较大，经过一定时间后作用消失。减少湿源对围岩的放热也具有重要意义。因地下裂隙水经过与围岩充分热交换后渗入井巷，带入大量的热湿污染。对于高温原岩的放热，可以通过在隧道壁面涂隔热材料或降低巷道壁面与空气热传导系数的物质，以实现减少原岩对隧道内空气的放热量。

4.人工制冷降温

根据国内外的经验，当采用隔绝热源、加强通风措施不足以消除隧道热害，或技术经济效果不佳的情况下，才采取人工制冷降温。

人工制冷方式按制冷机的容量和设置位置可大致分为：① 独立移动式制冷机制冷，即在各工作面实施局部制冷的方式；② 大型制冷机安装在隧道外的集中固定式制冷方式，即制冷机在隧道洞口冷却全部进风的直接制冷方式和制冷机的冷水用送水管送往工作面附近与移动式热交换器配套，组成局部冷却的分散制冷方式。

5.其他降温措施

高温隧道热害在采用非制冷空调降温方面还有其他一些措施。例如，可采用掌子面喷水；局部性的措施有喷雾、放置冰块、利用压风引射器通风、利用空气调节器降温等。