Атмосфера обычно состоит из 20.93% кислорода. Организм человека естественным образом приспособлен к дыханию атмосферным кислородом при давлении около 160 торр на уровне моря. При таком давлении гемоглобин, молекула, которая переносит кислород к тканям, насыщен примерно на 98%. Более высокое давление кислорода вызывает незначительное увеличение оксигемоглобина, поскольку его концентрация изначально составляет практически 100%. Однако значительное количество несгоревшего кислорода может переходить в физический раствор в плазме крови при повышении давления. К счастью, тело может переносить довольно широкий диапазон давления кислорода без заметного вреда, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Более длительное воздействие может привести к проблемам кислородного отравления.
Когда работа требует дыхания сжатым воздухом, например, при водолазных работах или работах в кессоне, дефицит кислорода (гипоксия) редко является проблемой, так как тело будет подвергаться воздействию большего количества кислорода по мере повышения абсолютного давления. Удвоение давления удвоит количество молекул, вдыхаемых за один вдох при дыхании сжатым воздухом. Таким образом, количество вдыхаемого кислорода фактически равно 42%. Другими словами, рабочий, вдыхающий воздух при абсолютном давлении 2 атмосферы (ATA) или на глубине 10 м под водой, будет вдыхать количество кислорода, равное вдыханию 42% кислорода через маску на поверхности.
Кислородная токсичность
На поверхности земли люди могут безопасно дышать 100% кислородом в течение 24-36 часов. После этого наступает легочная кислородная токсичность (эффект Лоррейна-Смита). Симптомы легочной токсичности включают загрудинную боль; сухой непродуктивный кашель; падение жизненной емкости легких; снижение продукции сурфактанта. Состояние, известное как пятнистый ателектаз видно при рентгенологическом исследовании, а при длительном воздействии разовьются микрокровоизлияния и, в конечном итоге, образование постоянного фиброза в легких. Все стадии кислородной токсичности через состояние микрокровоизлияний обратимы, но как только начинается фиброз, процесс рубцевания становится необратимым. При вдыхании 100% кислорода при давлении 2 ATA (давление 10 м морской воды) первые симптомы кислородного отравления проявляются примерно через шесть часов. Следует отметить, что чередование коротких пятиминутных периодов дыхания воздухом каждые 20–25 минут может удвоить продолжительность времени, необходимого для появления симптомов отравления кислородом.
Кислородом можно дышать при давлении ниже 0.6 атм без вреда для здоровья. Например, рабочий может переносить непрерывное дыхание кислородом под давлением 0.6 атмосферы в течение двух недель без какой-либо потери жизненной емкости легких. Измерение жизненной емкости легких, по-видимому, является наиболее чувствительным индикатором ранней кислородной токсичности. Водолазы, работающие на больших глубинах, могут дышать газовыми смесями, содержащими кислород до 0.6 атмосферы, а остальная часть дыхательной среды состоит из гелия и/или азота. Шесть десятых атмосферы соответствуют вдыханию 60% кислорода при 1 ATA или на уровне моря.
При давлении выше 2 ата легочная кислородная токсичность больше не становится главной проблемой, поскольку кислород может вызывать судороги, вторичные по отношению к церебральной кислородной токсичности. Нейротоксичность была впервые описана Полом Бертом в 1878 году и известна как эффект Пола Берта. Если бы человек дышал 100% кислородом при давлении 3 ата гораздо дольше, чем три часа подряд, он или она, скорее всего, пострадает от сердечной недостаточности. большой обед захват. Несмотря на более чем 50 лет активных исследований механизма кислородной токсичности мозга и легких, эта реакция до сих пор полностью не изучена. Однако известны определенные факторы, повышающие токсичность и снижающие судорожный порог. Упражнения, задержка CO2, использование стероидов, наличие лихорадки, озноб, прием амфетаминов, гипертиреоз и страх могут иметь эффект толерантности к кислороду. Подопытный, спокойно лежащий в сухой камере под давлением, обладает гораздо большей переносимостью, чем водолаз, активно работающий в холодной воде, например, под вражеским кораблем. Военный водолаз может испытывать холод, тяжелую физическую нагрузку, вероятное накопление CO2 при использовании кислородной установки замкнутого цикла, страх и может испытать судороги в течение 10-15 минут, работая на глубине всего 12 м, в то время как пациент, лежащий спокойно в сухой камере может легко выдержать 90 минут при давлении 20 м без большой опасности заклинивания. Водолазы, выполняющие упражнения, могут подвергаться парциальному давлению кислорода до 1.6 ата на короткие промежутки времени до 30 минут, что соответствует дыханию 100% кислородом на глубине 6 м. Важно отметить, что никогда нельзя подвергать кого-либо воздействию 100% кислорода при давлении выше 3 ата или дольше 90 минут при таком давлении, даже если субъект спокойно лежит.
Существуют значительные индивидуальные различия в предрасположенности к судорожным припадкам между людьми и, что удивительно, в пределах одного и того же человека изо дня в день. По этой причине тесты на переносимость кислорода практически бессмысленны. Назначение препаратов, подавляющих судороги, таких как фенобарбитал или фенитоин, предотвратит кислородные судороги, но ничего не сделает для смягчения необратимого повреждения головного или спинного мозга, если превышены ограничения по давлению или времени.
Монооксид углерода
Угарный газ может быть серьезным загрязнителем воздуха для дыхания водолаза или работника кессона. Наиболее распространенными источниками являются двигатели внутреннего сгорания, используемые для питания компрессоров, или другое действующее оборудование вблизи компрессоров. Следует позаботиться о том, чтобы на воздухозаборниках компрессора не было никаких источников выхлопных газов двигателя. Дизельные двигатели обычно производят мало угарного газа, но производят большое количество оксидов азота, которые могут вызвать серьезную токсичность для легких. В Соединенных Штатах действующий федеральный стандарт содержания угарного газа во вдыхаемом воздухе составляет 35 частей на миллион (частей на миллион) при 8-часовом рабочем дне. Например, на поверхности даже 50 промилле не причинят заметного вреда, а на глубине 50 м сожмутся и произведут эффект 300 промилле. Эта концентрация может производить уровень карбоксигемоглобина до 40% в течение определенного периода времени. Фактические анализируемые части на миллион необходимо умножить на количество атмосфер, при которых она доставляется рабочему.
Водолазы и работники сжатого воздуха должны знать о первых симптомах отравления угарным газом, которые включают головную боль, тошноту, головокружение и слабость. Важно следить за тем, чтобы воздухозаборник компрессора всегда располагался с наветренной стороны от выхлопной трубы двигателя компрессора. Это соотношение необходимо постоянно проверять по мере изменения ветра или положения судов.
В течение многих лет широко предполагалось, что монооксид углерода будет соединяться с гемоглобином организма с образованием карбоксигемоглобина, вызывая его смертельный эффект, блокируя транспорт кислорода к тканям. Более поздние работы показывают, что, хотя этот эффект действительно вызывает гипоксию тканей, сам по себе он не является фатальным. Наиболее серьезные повреждения происходят на клеточном уровне из-за непосредственной токсичности молекулы монооксида углерода. Перекисное окисление липидов клеточных мембран, которое может быть остановлено только обработкой гипербарическим кислородом, по-видимому, является основной причиной смерти и отдаленных последствий.
Углекислый газ
Углекислый газ является нормальным продуктом метаболизма и выводится из легких в процессе нормального дыхания. Однако различные типы дыхательных аппаратов могут ухудшить его выведение или привести к накоплению высоких уровней во вдыхаемом дайвером воздухе.
С практической точки зрения углекислый газ может оказывать вредное воздействие на организм тремя способами. Во-первых, в очень высоких концентрациях (более 3%) он может вызывать ошибки в суждениях, которые сначала могут выражаться в неадекватной эйфории, а затем в депрессии, если воздействие продолжительное. Это, конечно, может иметь серьезные последствия для дайвера под водой, который хочет сохранить здравый смысл, чтобы оставаться в безопасности. По мере повышения концентрации CO2 в конечном итоге вызывает потерю сознания, когда уровень поднимается намного выше 8%. Второй эффект углекислого газа заключается в усилении или ухудшении азотного наркоза (см. ниже). При парциальном давлении выше 40 мм ртутного столба такой эффект начинает проявляться углекислым газом (Bennett and Elliot 1993). При высоком РО2, например, при нырянии, дыхательный драйв из-за высокого содержания СО2 ослабляется, и при определенных условиях дайверы, склонные к удержанию СО2, могут повысить уровень углекислого газа, достаточный для того, чтобы потерять сознание. Последняя проблема с углекислым газом под давлением заключается в том, что если субъект дышит 100% кислородом при давлении выше 2 атмосфер, риск судорог значительно возрастает по мере повышения уровня углекислого газа. Экипажи подводных лодок легко переносят вдыхание 1.5% CO2 в течение двух месяцев без каких-либо функциональных нарушений, концентрация в тридцать раз превышает нормальную концентрацию в атмосферном воздухе. Пять тысяч частей на миллион, или в десять раз больше, чем в обычном свежем воздухе, считаются безопасными для целей промышленных пределов. Однако даже 0.5% CO2, добавленное к 100% кислородной смеси, предрасполагает человека к судорогам при дыхании при повышенном давлении.
Азот
Азот является инертным газом по отношению к нормальному метаболизму человека. Он не вступает ни в какую химическую комбинацию с соединениями или химическими веществами в организме. Однако он вызывает серьезные нарушения умственной деятельности дайвера при дыхании под высоким давлением.
Азот ведет себя как алифатический анестетик при повышении атмосферного давления, что приводит к увеличению концентрации азота. Азот хорошо вписывается в гипотезу Мейера-Овертона, которая утверждает, что любой алифатический анестетик будет проявлять анестезирующую активность, прямо пропорциональную его коэффициенту растворимости в масле и воде. Азот, который в пять раз лучше растворим в жире, чем в воде, оказывает анестезирующее действие точно в предсказанном соотношении.
На практике нырять на глубину до 50 м можно на сжатом воздухе, хотя действие азотного наркоза впервые проявляется на глубине от 30 до 50 м. Однако большинство дайверов могут адекватно функционировать в рамках этих параметров. На глубине более 50 м обычно используются смеси гелия и кислорода, чтобы избежать эффектов азотного наркоза. Погружения на воздухе совершались на глубину чуть более 90 м, но при таком экстремальном давлении дайверы едва могли функционировать и с трудом могли вспомнить, для каких задач их отправили вниз. Как отмечалось ранее, любое избыточное накопление CO2 еще больше ухудшает действие азота. Поскольку на дыхательную механику влияет плотность газа при высоком давлении, в легких происходит автоматическое накопление СО2 из-за изменений ламинарного потока в бронхиолах и ослабления дыхательного драйва. Таким образом, погружение на воздухе глубже 50 м может быть крайне опасным.
Азот оказывает свое действие своим простым физическим присутствием, растворенным в нервной ткани. Вызывает небольшой отек мембраны нейронов, что делает ее более проницаемой для ионов натрия и калия. Считается, что нарушение нормального процесса деполяризации/реполяризации ответственно за клинические симптомы азотного наркоза.
декомпрессия
Декомпрессионные таблицы
В таблице декомпрессии указан график, основанный на глубине и времени воздействия, для декомпрессии человека, подвергшегося воздействию гипербарических условий. Можно сделать несколько общих утверждений о процедурах декомпрессии. Ни одна декомпрессионная таблица не может гарантировать, что она избежит декомпрессионной болезни (DCI) для всех, и действительно, как описано ниже, с некоторыми таблицами, используемыми в настоящее время, было замечено много проблем. Следует помнить, что пузырьки образуются во время каждой нормальной декомпрессии, какой бы медленной она ни была. По этой причине, хотя можно утверждать, что чем дольше декомпрессия, тем меньше вероятность DCI, в крайнем случае наименьшей вероятности DCI становится по существу случайным событием.
Привыкание
Привыкание или акклиматизация происходит у дайверов и работников сжатого воздуха и делает их менее восприимчивыми к DCI после повторных воздействий. Акклиматизация может быть произведена примерно через неделю ежедневного воздействия, но она теряется после отсутствия на работе от 5 дней до недели или при внезапном повышении давления. К сожалению, строительные компании полагались на акклиматизацию, чтобы сделать возможной работу с тем, что считается крайне неадекватными декомпрессионными столами. Чтобы максимизировать полезность акклиматизации, новых рабочих часто начинают в середине смены, чтобы они могли привыкнуть, не получая DCI. Например, в настоящей японской Таблице 1 для рабочих, работающих на сжатом воздухе, используется разделенная смена с утренним и дневным воздействием сжатого воздуха с поверхностным интервалом в один час между воздействиями. Декомпрессия от первого воздействия составляет около 30% от требуемой ВМС США, а декомпрессия от второго воздействия составляет всего 4% от требуемой ВМФ. Тем не менее привыкание делает возможным этот отход от физиологической декомпрессии. Рабочие, даже с обычной предрасположенностью к декомпрессионной болезни, самоустраняются от работы на сжатом воздухе.
Механизм привыкания или акклиматизации не ясен. Однако даже если работник не испытывает боли, может иметь место повреждение головного мозга, костей или тканей. На МРТ головного мозга рабочих, работающих на сжатом воздухе, видно в четыре раза больше изменений, чем у контрольной группы того же возраста, которая была изучена (Fueredi, Czarnecki and Kindwall 1991). Они, вероятно, отражают лакунарные инфаркты.
Дайвинг декомпрессионный
Большинство современных графиков декомпрессии для водолазов и работников кессонов основаны на математических моделях, аналогичных тем, которые первоначально были разработаны Дж. С. Холдейном в 1908 году, когда он провел некоторые эмпирические наблюдения за допустимыми параметрами декомпрессии. Холдейн заметил, что снижение давления наполовину может переноситься козами без каких-либо симптомов. Используя это в качестве отправной точки, он затем, для математического удобства, представил пять различных тканей в организме, загружающих и выгружающих азот с различной скоростью, на основе классического уравнения полупериода. Затем его таблицы поэтапной декомпрессии были разработаны таким образом, чтобы избежать превышения соотношения 2: 1 в любой из тканей. На протяжении многих лет модель Холдейна модифицировалась эмпирически в попытках привести ее в соответствие с наблюдаемой переносимостью дайверов. Однако все математические модели загрузки и удаления газов ошибочны, поскольку не существует таблиц декомпрессии, которые остаются такими же безопасными или становятся более безопасными по мере увеличения времени и глубины.
Вероятно, самые надежные таблицы декомпрессии, доступные в настоящее время для подводного плавания с воздухом, - это таблицы ВМС Канады, известные как таблицы DCIEM (Defence and Civil Institute of Environmental Medicine). Эти таблицы были тщательно протестированы непривычными дайверами в широком диапазоне условий и показали очень низкий уровень декомпрессионной болезни. Другими схемами декомпрессии, которые были хорошо протестированы в полевых условиях, являются французские национальные стандарты, первоначально разработанные Comex, французской компанией по дайвингу.
Таблицы воздушной декомпрессии ВМС США ненадежны, особенно когда они доведены до предела. В реальных условиях мастера-дайверы ВМС США обычно декомпрессируют на глубину 3 м (10 футов) глубже и / или на один отрезок времени воздействия дольше, чем требуется для фактического погружения, чтобы избежать проблем. Таблицы воздушной декомпрессии при исключительном воздействии особенно ненадежны, поскольку вызывают декомпрессионную болезнь от 17% до 33% всех пробных погружений. В общем, декомпрессионные остановки ВМС США, вероятно, слишком мелкие.
Проходка тоннелей и кессонная декомпрессия
Ни одна из широко используемых в настоящее время таблиц воздушной декомпрессии, требующих дыхания воздухом во время декомпрессии, не является безопасной для туннельных рабочих. В Соединенных Штатах действующий федеральный график декомпрессии (US Bureau of Labour Statuities 1971), введенный в действие Управлением по безопасности и гигиене труда (OSHA), показал, что DCI вызывается у одного или нескольких рабочих в 42% рабочих дней, в то время как используется при давлении от 1.29 до 2.11 бар. Было показано, что при давлении более 2.45 бар они вызывают асептический некроз кости в 33% случаев (дисбарический остеонекроз). Британские таблицы Блэкпула также несовершенны. Во время строительства гонконгского метро 83% рабочих, пользующихся этими столами, жаловались на симптомы ОКИ. Также было показано, что они вызывают дисбарический остеонекроз до 8% при относительно умеренном давлении.
Новые немецкие кислородные декомпрессионные столы, разработанные Фаезеке в 1992 году, с успехом использовались в туннеле под Кильским каналом. Новые французские кислородные столы также кажутся превосходными при осмотре, но еще не использовались в крупном проекте.
Используя компьютер, на котором были изучены данные успешных и неудачных коммерческих погружений за 15 лет, Киндволл и Эдель разработали таблицы декомпрессии в кессоне со сжатым воздухом для Национального института безопасности и гигиены труда США в 1983 г. (Киндволл, Эдель и Мелтон, 1983 г.), используя эмпирический подход. который избежал большинства ловушек математического моделирования. Моделирование использовалось только для интерполяции между реальными точками данных. Исследование, на котором основывались эти таблицы, показало, что при дыхании воздухом во время декомпрессии график в таблицах не приводил к DCI. Однако использовавшиеся времена были непомерно длинными и поэтому непрактичными для строительной отрасли. Однако когда был рассчитан кислородный вариант таблицы, было обнаружено, что время декомпрессии может быть сокращено до времени, аналогичного или даже меньше, чем в текущих таблицах воздушной декомпрессии, предписанных OSHA, приведенных выше. Эти новые таблицы впоследствии были испытаны на непривычных субъектах разного возраста при давлении от 0.95 до 3.13 бар с шагом 0.13 бар. Средние уровни работы моделировались поднятием тяжестей и ходьбой по беговой дорожке во время воздействия. Время воздействия было максимально продолжительным, чтобы общее время работы и время декомпрессии соответствовало восьмичасовому рабочему дню. Это единственные графики, которые будут использоваться на практике для сменной работы. Во время этих тестов не было зарегистрировано DCI, а сканирование костей и рентген не выявили дисбарического остеонекроза. На сегодняшний день это единственные проверенные в лаборатории графики декомпрессии для работников сжатого воздуха.
Декомпрессия персонала барокамеры
Графики воздушной декомпрессии ВМС США были разработаны таким образом, чтобы частота DCI составляла менее 5%. Это удовлетворительно для оперативного дайвинга, но слишком высоко, чтобы быть приемлемым для гипербарических работников, работающих в клинических условиях. Схемы декомпрессии для обслуживающего персонала гипербарической камеры могут быть основаны на графиках декомпрессии военно-морским воздухом, но, поскольку воздействия настолько часты и, следовательно, обычно находятся за пределами таблицы, они должны быть значительно удлинены, а дыхание сжатым воздухом следует заменить кислородом во время декомпрессии. В качестве разумной меры рекомендуется сделать двухминутную остановку во время дыхания кислородом, по крайней мере, на три метра глубже, чем это предусмотрено выбранным графиком декомпрессии. Например, в то время как ВМС США требуют трехминутной декомпрессионной остановки на высоте трех метров, вдыхая воздух, после 101-минутного воздействия при 2.5 атмосферного воздуха приемлемым графиком декомпрессии для дежурного по барокамере, подвергающегося такому же воздействию, будет двухминутная остановка. на 6 м дыхание кислородом, затем десять минут на 3 м дыхание кислородом. Когда эти расписания, измененные, как указано выше, используются на практике, DCI у внутреннего дежурного является крайней редкостью (Kindwall 1994a).
Помимо пятикратно большего «кислородного окна» для выведения азота кислородное дыхание дает и другие преимущества. Было продемонстрировано, что повышение PO2 в венозной крови уменьшает слаживание крови, снижает липкость лейкоцитов, уменьшает феномен отсутствия обратного потока, делает эритроциты более гибкими при прохождении через капилляры и противодействует значительному снижению деформируемости и фильтруемости лейкоцитов, которые подверглись воздействию сжатого воздуха.
Излишне говорить, что все работники, использующие кислородную декомпрессию, должны быть тщательно обучены и проинформированы об опасности возгорания. Окружающая среда декомпрессионной камеры должна быть свободна от горючих веществ и источников возгорания, должна использоваться система сброса за борт для отвода выдыхаемого кислорода из камеры, а также должны быть предусмотрены резервные кислородные мониторы с сигнализацией высокого уровня кислорода. Сигнал тревоги должен звучать, если содержание кислорода в атмосфере камеры превышает 23%.
Работа со сжатым воздухом или лечение клинических пациентов в гипербарических условиях иногда может выполнить работу или добиться ремиссии болезни, которая в противном случае была бы невозможна. При соблюдении правил безопасного использования этих методов работники не должны подвергаться значительному риску дисбарической травмы.
Кессонные работы и туннелирование
Время от времени в строительной отрасли необходимо выкапывать или прокладывать туннели через грунт, который либо полностью пропитан водой, лежащий ниже местного уровня грунтовых вод, либо проходит полностью под водой, например, дно реки или озера. Проверенный временем метод решения этой ситуации заключается в подаче сжатого воздуха в рабочую зону, чтобы вытолкнуть воду из земли и высушить ее настолько, чтобы ее можно было добывать. Этот принцип применялся как к кессонам, используемым для строительства опор мостов, так и к прокладке тоннелей в мягком грунте (Киндволл, 1994b).
Кессоны
Кессон — это просто большой перевернутый ящик, изготовленный по размерам основания моста, который обычно строится в сухом доке, а затем плавает на месте, где он тщательно устанавливается. Затем его затапливают и опускают до тех пор, пока он не коснется дна, после чего его опускают дальше, добавляя вес по мере строительства самой опоры моста. Назначение кессона состоит в том, чтобы обеспечить метод прорезания мягкого грунта для посадки опоры моста на твердую скалу или хороший геологический несущий слой. Когда все стороны кессона погружены в грязь, внутрь кессона подается сжатый воздух, и вода вытесняется, оставляя дно навоза, которое могут выкопать люди, работающие внутри кессона. Края кессона состоят из клиновидного режущего башмака, сделанного из стали, который продолжает опускаться по мере того, как земля удаляется из-под опускающегося кессона, а вес возлагается сверху по мере строительства башни моста. Когда достигается коренная порода, рабочая камера заполняется бетоном, становясь постоянным основанием для фундамента моста.
Кессоны использовались в течение почти 150 лет и успешно использовались при строительстве фундаментов на глубине до 31.4 м ниже среднего паводка, как, например, на мостовом пирсе № 3 в Окленде, Новая Зеландия, Харбор-Бридж в 1958 году.
В конструкции кессона обычно предусмотрена шахта для доступа рабочих, спускающихся по лестнице или на механическом подъемнике, и отдельная шахта для ковшей для вывоза грунта. Шахты снабжены герметичными люками на обоих концах, которые позволяют давлению в кессоне оставаться неизменным при выходе или входе рабочих или материалов. Верхний люк шахты для навоза снабжен герметичным сальником, через который может проходить подъемный трос ковша для навоза. Перед открытием верхнего люка нижний люк закрывается. В зависимости от конструкции для обеспечения безопасности может потребоваться блокировка люка. Давление должно быть одинаковым с обеих сторон любого люка, прежде чем его можно будет открыть. Поскольку стенки кессона обычно сделаны из стали или бетона, утечки из камеры под давлением практически отсутствуют, за исключением краев. Давление постепенно повышается до давления, чуть превышающего необходимое для компенсации давления морской воды на краю режущего башмака.
Люди, работающие в герметичном кессоне, подвергаются воздействию сжатого воздуха и могут испытывать многие из тех же физиологических проблем, с которыми сталкиваются глубоководные дайверы. К ним относятся декомпрессионная болезнь, баротравма ушей, придаточных пазух носа и легких, а при неадекватности схемы декомпрессии - долгосрочный риск асептического некроза кости (дисбарический остеонекроз).
Важно, чтобы была установлена скорость вентиляции для отвода CO2 и газов, выходящих из навозного дна (особенно метана), а также любых паров, которые могут образовываться при сварке или резке в рабочей камере. Согласно эмпирическому правилу, на каждого работающего в кессоне должно быть обеспечено шесть кубометров свободного воздуха в минуту. Должен также быть сделан допуск на воздух, который теряется, когда для прохода персонала и материалов используются навозной шлюз и шлюз человека. Поскольку вода нагнетается точно на уровень режущего башмака, требуется вентиляционный воздух, так как излишки пузырьков выходят под края. Второй источник воздуха, равный по мощности первому, с независимым источником питания, должен быть доступен для аварийного использования в случае отказа компрессора или отключения электроэнергии. Во многих областях это требуется по закону.
Иногда, если разрабатываемый грунт однороден и состоит из песка, на поверхность можно установить выдувные трубы. Затем давление в кессоне будет извлекать песок из рабочей камеры, когда конец выдувной трубы находится в отстойнике, а вынутый песок сгребается в отстойник. Если встречается крупный гравий, камень или валуны, их необходимо разбить и удалить обычными ковшами для навоза.
Если кессон не опустится, несмотря на дополнительный вес сверху, иногда может потребоваться вывести рабочих из кессона и уменьшить давление воздуха в рабочей камере, чтобы кессон мог упасть. Бетон должен быть помещен или вода должна быть допущена в колодцы внутри конструкции опоры, окружающей вентиляционные шахты над кессоном, чтобы уменьшить нагрузку на диафрагму в верхней части рабочей камеры. В самом начале работы с кессоном в рабочей камере должны находиться защитные люльки или опоры, чтобы кессон не упал внезапно и не задавил рабочих. Практические соображения ограничивают глубину, на которую могут быть погружены наполненные воздухом кессоны, когда для добычи навоза используются люди. Давление манометрического давления 3.4 кг/см2 (3.4 бар или 35 м пресной воды) является максимально допустимым пределом из соображений декомпрессии для рабочих.
Японцы разработали автоматизированную систему выемки кессонов, в которой для выемки грунта используется дистанционно управляемая экскаваторная лопата с гидравлическим приводом, которая может достигать всех углов кессона. Экскаватор, управляемый по телевидению с поверхности, сбрасывает выкопанную грязь в ковши, которые поднимаются дистанционно из кессона. Используя эту систему, кессон может опускаться практически до неограниченного давления. Единственный раз, когда рабочим нужно войти в рабочую камеру, это для ремонта землеройной техники или для удаления или разрушения больших препятствий, которые появляются ниже режущего башмака кессона и которые не могут быть удалены экскаватором с дистанционным управлением. В таких случаях рабочие на короткое время входят в воду как водолазы и могут дышать либо воздухом, либо газовой смесью при более высоком давлении, чтобы избежать азотного наркоза.
Когда люди работают в течение долгих смен со сжатым воздухом под давлением более 0.8 кг/см2 (0.8 бар), они должны выполнять декомпрессию поэтапно. Это может быть достигнуто либо путем присоединения большой декомпрессионной камеры к верхней части шахты в кессон, либо, если требования к пространству наверху таковы, что это невозможно, путем прикрепления «блистерных замков» к шахте. Это небольшие камеры, в которых одновременно могут разместиться только несколько рабочих в положении стоя. Предварительная декомпрессия проводится в этих блистерных замках, где время пребывания относительно невелико. Затем, со значительным избыточным газом, остающимся в их телах, рабочие быстро декомпрессируются на поверхность и быстро перемещаются в стандартную декомпрессионную камеру, иногда расположенную на соседней барже, где их герметизируют для последующей медленной декомпрессии. При работе со сжатым воздухом этот процесс известен как «декантация» и был довольно распространен в Англии и других странах, но запрещен в Соединенных Штатах. Цель состоит в том, чтобы вернуть рабочих к давлению в течение пяти минут, прежде чем пузырьки вырастут до размеров, вызывающих симптомы. Однако это по своей сути опасно из-за трудностей перемещения большой бригады рабочих из одной камеры в другую. Если у одного рабочего возникают проблемы с прочисткой ушей во время восстановления давления, вся смена оказывается под угрозой. Для дайверов существует гораздо более безопасная процедура, называемая «поверхностная декомпрессия», при которой одновременно декомпрессируются только один или два человека. Несмотря на все меры предосторожности при строительстве моста через гавань Окленда, время от времени проходило целых восемь минут, прежде чем рабочие моста снова оказывались под давлением.
Туннель со сжатым воздухом
Туннели приобретают все большее значение по мере роста населения как в целях удаления сточных вод, так и в качестве беспрепятственных транспортных артерий и железнодорожного сообщения под крупными городскими центрами. Часто эти туннели должны проходить через мягкий грунт значительно ниже местного уровня грунтовых вод. Под реками и озерами не может быть другого способа обеспечить безопасность рабочих, кроме как подавать в туннель сжатый воздух. Этот метод, использующий щит с гидравлическим приводом на забое со сжатым воздухом для удержания воды, известен как процесс нагнетания. Под большими зданиями в многолюдном городе может потребоваться сжатый воздух, чтобы предотвратить оседание поверхности. Когда это происходит, в фундаменте больших зданий могут образоваться трещины, тротуары и улицы могут обрушиться, а трубы и другие коммуникации могут быть повреждены.
Чтобы создать давление в туннеле, поперек туннеля возводятся переборки, обеспечивающие границу давления. В туннелях меньшего размера диаметром менее трех метров используется одинарный или комбинированный замок для обеспечения доступа рабочих и материалов и удаления вынутого грунта. Съемные секции пути предусмотрены дверями, чтобы их можно было эксплуатировать без помех от рельсов навозного поезда. В этих переборках предусмотрены многочисленные проходы для прохода воздуха высокого давления для инструментов, воздуха низкого давления для наддува туннеля, пожарных магистралей, линий манометров, линий связи, линий электропередач для освещения и машин, а также всасывающих линий для вентиляции. и удаление воды в инверте. Их часто называют линиями выдувания или «линиями швабры». Труба подачи воздуха низкого давления диаметром 15-35 см, в зависимости от размера тоннеля, должна доходить до забоя, чтобы обеспечить хорошую вентиляцию рабочих. Вторая воздушная труба низкого давления одинакового размера также должна проходить через обе переборки, оканчиваясь сразу внутри внутренней переборки, для подачи воздуха в случае разрыва или прекращения подачи первичного воздуха. Эти трубы должны быть оснащены откидными клапанами, которые автоматически закрываются, чтобы предотвратить разгерметизацию туннеля в случае разрыва подающей трубы. Объем воздуха, необходимый для эффективной вентиляции туннеля и поддержания низкого уровня CO2, будет сильно различаться в зависимости от пористости грунта и того, насколько близко к щиту была подведена готовая бетонная облицовка. Иногда микроорганизмы в почве производят большое количество CO2. Очевидно, что в таких условиях потребуется больше воздуха. Еще одно полезное свойство сжатого воздуха заключается в том, что он отталкивает взрывоопасные газы, такие как метан, от стен и из туннеля. Это верно для горнодобывающих районов, где пролитые растворители, такие как бензин или обезжириватели, пропитали землю.
Эмпирическое правило, разработанное Ричардсоном и Мэйо (1960), заключается в том, что требуемый объем воздуха обычно можно рассчитать, умножив площадь забоя в квадратных метрах на шесть и прибавив шесть кубических метров на человека. Это дает количество кубических метров свободного воздуха, требуемое в минуту. Если использовать эту цифру, она будет охватывать большинство практических непредвиденных обстоятельств.
Пожарная магистраль также должна проходить до забоя и быть снабжена шланговыми соединениями через каждые шестьдесят метров для использования в случае пожара. К заполненным водой пожарным магистральным выходам следует присоединить тридцать метров негниющего шланга.
В очень больших туннелях, более четырех метров в диаметре, должны быть предусмотрены два шлюза, один из которых называется навозным шлюзом, для пропуска составов навозного шлама, и человеческий шлюз, обычно расположенный над навозным шлюзом, для рабочих. В крупных проектах ручной замок часто состоит из трех отсеков, чтобы инженеры, электрики и другие могли запираться и выходить после рабочей смены, подвергающейся декомпрессии. Эти большие шлюзы обычно сооружаются снаружи основной бетонной переборки, поэтому им не приходится сопротивляться внешней сжимающей силе туннельного давления, когда они открыты для наружного воздуха.
В очень больших подводных туннелях устанавливается защитный экран, перекрывающий верхнюю половину туннеля, чтобы обеспечить некоторую защиту на случай внезапного затопления туннеля в результате выброса при прокладке туннеля под рекой или озером. Защитный экран обычно размещают как можно ближе к забою, избегая землеройной техники. Между экраном и замками используется летающий трап или подвесной проход, при этом трап опускается, чтобы пройти как минимум на метр ниже нижнего края экрана. Это позволит рабочим выйти к шлюзу в случае внезапного затопления. Защитный экран можно также использовать для улавливания легких газов, которые могут быть взрывоопасными, а швабру можно присоединить через экран и соединить с всасывающей или выдувной линией. При сломанном клапане это поможет удалить любые легкие газы из рабочей среды. Поскольку защитный экран простирается почти до центра туннеля, наименьший туннель, в котором он может использоваться, составляет около 3.6 м. Следует отметить, что рабочие должны быть предупреждены о необходимости держаться подальше от открытого конца линии швабры, поскольку засасывание одежды в трубу может привести к серьезным несчастным случаям.
Таблица 1 представляет собой список инструкций, которые должны быть даны работникам, работающим со сжатым воздухом, прежде чем они впервые войдут в среду со сжатым воздухом.
В обязанности нанятого врача или специалиста по гигиене труда для проекта туннеля входит обеспечение соблюдения стандартов чистоты воздуха и соблюдение всех мер безопасности. Необходимо также тщательно контролировать соблюдение установленных графиков декомпрессии путем периодического изучения графиков регистрации давления в туннеле и шлюзах.
Таблица 1. Инструкции для работников сжатого воздуха
- Никогда не ограничивайте себя временем декомпрессии, предписанным вашим работодателем, и используемым официальным кодом декомпрессии. Сэкономленное время не стоит риска декомпрессионной болезни (ДКБ), потенциально смертельной или инвалидизирующей болезни.
- Не сидите в скрюченном положении во время декомпрессии. Это позволяет пузырькам азота собираться и концентрироваться в суставах, тем самым способствуя риску DCI. Поскольку вы все еще выводите азот из своего тела после того, как идете домой, вам также следует воздерживаться от сна или отдыха в тесном положении после работы.
- Теплую воду следует использовать для душа и ванн в течение шести часов после декомпрессии; очень горячая вода может вызвать или усугубить декомпрессионную болезнь.
- Сильная усталость, недосыпание и чрезмерное употребление алкоголя накануне вечером также могут вызвать декомпрессионную болезнь. Употребление алкоголя и прием аспирина никогда не должны использоваться в качестве «лечения» болей при декомпрессионной болезни.
- Лихорадка и болезни, такие как сильная простуда, увеличивают риск декомпрессионной болезни. Растяжки и растяжения мышц и суставов также являются «излюбленными» местами для начала DCI.
- Если вы заболели декомпрессионной болезнью вдали от места работы, немедленно обратитесь к врачу компании или к специалисту по лечению этого заболевания. Всегда носите свой опознавательный браслет или значок.
- Оставьте курительные принадлежности в раздевалке. Гидравлическое масло легко воспламеняется, и если в замкнутом пространстве туннеля начнется пожар, это может привести к значительным повреждениям и остановке работы, что приведет к увольнению вас с работы. Кроме того, поскольку воздух в туннеле более густой из-за сжатия, тепло передается вниз по сигаретам, так что они становятся слишком горячими, чтобы их можно было удерживать, когда они становятся короче.
- Не берите с собой в ланч-бокс термосы, если вы не ослабили пробку во время сжатия; если этого не сделать, пробка будет вдавлена глубоко в термос. Во время декомпрессии пробку также необходимо ослабить, чтобы бутылка не взорвалась. Очень хрупкие стеклянные термосы могут взорваться при приложении давления, даже если пробка ослаблена.
- Когда дверца воздушного шлюза закрыта и приложено давление, вы заметите, что воздух в воздушном шлюзе нагревается. Это называется «теплотой сжатия» и является нормальным явлением. Как только давление перестанет меняться, тепло рассеется, и температура вернется к норме. Во время компрессии первое, что вы заметите, это заложенность ушей. Если вы не «прочистите уши», сглотнув, зевнув или зажав нос и пытаясь «выдуть воздух через уши», вы почувствуете боль в ушах во время компрессии. Если вы не можете прочистить уши, немедленно сообщите об этом начальнику смены, чтобы компрессию можно было остановить. В противном случае вы можете сломать барабанные перепонки или сильно зажать ухо. Как только вы достигнете максимального давления, до конца смены проблем с ушами больше не будет.
- Если вы чувствуете шум в ушах, звон в ушах или глухоту после компрессии, которая сохраняется более нескольких часов, вы должны обратиться к врачу по сжатому воздуху для оценки. В крайне тяжелых, но редких случаях может быть затронута часть структуры среднего уха, отличная от барабанной перепонки, если у вас были большие трудности с очищением ушей, и в этом случае это должно быть исправлено хирургическим путем в течение двух или трех дней, чтобы избежать постоянного трудность.
- Если у вас простуда или приступ сенной лихорадки, лучше не пытаться делать компрессы в воздушном замке, пока вы не вылечитесь. Простуды, как правило, затрудняют или делают невозможным выравнивание ушей или носовых пазух.
Работники барокамеры
Гипербарическая оксигенотерапия становится все более распространенной во всех регионах мира, в настоящее время функционирует около 2,100 гипербарических камер. Многие из этих камер представляют собой многоместные устройства, которые сжимаются сжатым воздухом до манометрического давления от 1 до 5 кг/см2. Пациентам дается 100% кислород для дыхания при манометрическом давлении до 2 кг/см2. При более высоком давлении они могут дышать смешанным газом для лечения декомпрессионной болезни. Однако обслуживающий персонал камеры обычно дышит сжатым воздухом, поэтому их воздействие в камере аналогично воздействию водолаза или работника, работающего со сжатым воздухом.
Обычно дежурный по камере, работающий в многоместной камере, - это медсестра, респираторный терапевт, бывший водолаз или гипербарический техник. Физические требования к таким рабочим аналогичны требованиям к рабочим кессона. Однако важно помнить, что многие дежурные по камерам, работающие в гипербарическом поле, — женщины. Женщины не более подвержены вредным последствиям работы со сжатым воздухом, чем мужчины, за исключением вопроса о беременности. Азот переносится через плаценту, когда беременная женщина подвергается воздействию сжатого воздуха, и передается плоду. Всякий раз, когда происходит декомпрессия, в венозной системе образуются пузырьки азота. Это тихие пузырьки, и, когда они маленькие, они не причиняют вреда, так как эффективно удаляются легочным фильтром. Однако целесообразность появления этих пузырей у развивающегося плода сомнительна. Какие исследования были проведены, показывают, что при таких обстоятельствах может произойти повреждение плода. Одно исследование показало, что врожденные дефекты чаще встречаются у детей женщин, которые занимались подводным плаванием во время беременности. Следует избегать воздействия на беременных женщин условий гипербарической камеры, и необходимо разработать соответствующую политику, соответствующую как медицинским, так и юридическим соображениям. По этой причине работницы-женщины должны быть предупреждены о рисках во время беременности, и должны быть введены соответствующие должностные обязанности персонала и программы санитарного просвещения, чтобы беременные женщины не подвергались воздействию условий гипербарической камеры.
Однако следует отметить, что беременных можно лечить в барокамере, так как они дышат 100% кислородом и поэтому не подлежат азотной эмболизации. Предыдущие опасения, что плод будет подвергаться повышенному риску ретролентальной фиброплазии или ретинопатии новорожденных, оказались необоснованными в крупных клинических испытаниях. Другое состояние, преждевременное закрытие открытого артериального протока, также не связано с облучением.
Другие опасности
Физические травмы
различный
В целом водолазы подвержены тем же типам физических травм, что и любой рабочий, работающий на тяжелом строительстве. Обрывы кабелей, падение нагрузки, травмы машинами, повороты кранов и т. д. могут быть обычным явлением. Однако в подводной среде дайвер подвержен определенным типам уникальных травм, которые не встречаются больше нигде.
Особо следует остерегаться травм от всасывания/защемления. Работа в отверстии в корпусе корабля или рядом с ним, кессоне с более низким уровнем воды на стороне, противоположной дайверу, или плотине могут быть причиной такого рода несчастных случаев. Дайверы часто называют такую ситуацию ловушкой «тяжелой воды».
Во избежание опасных ситуаций, когда рука, нога или все тело дайвера могут быть затянуты в отверстие, такое как туннель или труба, необходимо принять строгие меры предосторожности, чтобы заблокировать трубные клапаны и затворы на плотинах, чтобы их нельзя было открыть во время погружения. дайвер находится в воде рядом с ними. То же самое относится к насосам и трубопроводам на кораблях, над которыми работает водолаз.
Травма может включать отек и гипоксию защемленной конечности, достаточную для некроза мышц, необратимого повреждения нерва или даже потери всей конечности, или может вызвать сильное раздавливание части тела или всего тела, что может привести к смерти от простая массивная травма. Нахождение в холодной воде в течение длительного периода времени может привести к смерти дайвера от воздействия. Если дайвер использует акваланг, у него может закончиться воздух, и он утонет до того, как его выпустят, если только не будут предоставлены дополнительные баллоны с аквалангом.
Повреждения гребного винта просты, и их необходимо защищать, отключая главный двигатель корабля, пока дайвер находится в воде. Следует, однако, помнить, что корабли с паровыми турбинами, находясь в порту, постоянно очень медленно проворачивают свои винты, используя домкратное устройство, чтобы избежать охлаждения и искривления лопаток турбины. Таким образом, дайвер, работая с такой лопастью (например, пытаясь очистить ее от запутанных тросов), должен знать, что следует избегать поворота лопасти, когда она приближается к узкому месту рядом с корпусом.
Сдавливание всего тела — это уникальная травма, которая может возникнуть у глубоководных дайверов, использующих классический медный шлем в сочетании с гибким прорезиненным костюмом. Если нет обратного клапана или обратного клапана в том месте, где воздушная трубка соединяется с шлемом, перерезание воздуховода на поверхности вызовет немедленный относительный вакуум внутри шлема, который может втянуть все тело в шлем. Последствия этого могут быть мгновенными и разрушительными. Например, на глубине 10 м на мягкую часть костюма водолаза действует усилие около 12 тонн. Эта сила загонит его тело в каску, если потеряется герметизация каски. Аналогичный эффект может быть получен, если дайвер неожиданно выйдет из строя и не включит компенсирующий воздух. Это может привести к серьезным травмам или смерти, если это произойдет вблизи поверхности, так как падение с 10-метровой высоты уменьшит объем платья вдвое. Аналогичное падение с высоты 40–50 м изменит объем скафандра лишь примерно на 17 %. Эти изменения объема соответствуют закону Бойля.
Кессонные и туннельные рабочие
Работники туннелей подвержены обычным несчастным случаям, наблюдаемым при тяжелом строительстве, с дополнительной проблемой более высокого уровня падений и травм в результате обвалов. Следует подчеркнуть, что у травмированного работника сжатого воздуха, у которого могли быть сломаны ребра, следует подозревать пневмоторакс, пока не будет доказано обратное, и поэтому при декомпрессии такого пациента необходимо проявлять большую осторожность. Если имеется пневмоторакс, перед попыткой декомпрессии его необходимо снять давлением в рабочей камере.
Шум
Ущерб от шума для работников, работающих со сжатым воздухом, может быть серьезным, поскольку пневматические двигатели, пневматические молоты и дрели никогда не оснащаются должным образом глушителями. Уровень шума в кессонах и тоннелях превышает 125 дБ. Эти уровни физически болезненны, а также являются причиной необратимого повреждения внутреннего уха. Эхо в пределах туннеля или кессона усугубляет проблему.
Многие работники сжатого воздуха возражают против ношения средств защиты органов слуха, говоря, что блокирование звука приближающегося поезда с навозной жижей может быть опасным. Для этого убеждения мало оснований, поскольку средства защиты органов слуха в лучшем случае только ослабляют звук, но не устраняют его. Кроме того, движущийся состав не только не является «бесшумным» для защищенного рабочего, но также дает другие сигналы, такие как движущиеся тени и вибрация в земле. Настоящей проблемой является полная герметичная окклюзия слухового прохода, обеспечиваемая плотно прилегающим наушником или протектором. Если воздух не поступает в наружный слуховой проход во время компрессии, может возникнуть сдавление наружного уха, поскольку барабанная перепонка выталкивается наружу воздухом, поступающим в среднее ухо через евстахиеву трубу. Однако обычные звукозащитные наушники обычно не полностью герметичны. Во время сжатия, которое длится лишь небольшую часть общего времени переключения, муфту можно немного ослабить, если выравнивание давления окажется проблемой. Беруши из формованного волокна, которые можно формовать так, чтобы они подходили к наружному каналу, обеспечивают некоторую защиту и не являются воздухонепроницаемыми.
Цель состоит в том, чтобы не допустить, чтобы средневзвешенный по времени уровень шума превышал 85 дБА. Все рабочие, работающие со сжатым воздухом, должны иметь базовые аудиограммы перед приемом на работу, чтобы можно было отслеживать потери слуха, которые могут возникнуть в результате сильного шума.
Барокамеры и декомпрессионные шлюзы могут быть оборудованы эффективными глушителями на трубе подачи воздуха, поступающей в камеру. Важно настаивать на этом, так как в противном случае рабочих будет сильно беспокоить шум вентиляции, и они могут пренебречь адекватной вентиляцией камеры. Непрерывная вентиляция может поддерживаться с помощью бесшумной подачи воздуха, производящей не более 75 дБ, что соответствует уровню шума в среднем офисе.
Для пожарных
Пожар всегда вызывает большую озабоченность при работе в туннелях со сжатым воздухом и в клинических операциях с барокамерами. У человека может возникнуть ложное чувство безопасности при работе в кессоне со стальными стенками, стальной крышей и полом, состоящим только из негорючей мокрой грязи. Однако даже в этих обстоятельствах электрический пожар может сжечь изоляцию, которая окажется высокотоксичной и может очень быстро убить или вывести из строя рабочую бригаду. В туннелях, проходка которых осуществляется с использованием деревянной обшивки до заливки бетона, опасность еще выше. В некоторых туннелях гидравлическое масло и солома, используемые для уплотнения, могут служить дополнительным топливом.
Пожар в гипербарических условиях всегда более интенсивен, потому что для поддержки горения доступно больше кислорода. Увеличение процентного содержания кислорода с 21% до 28% удвоит скорость горения. По мере увеличения давления количество кислорода, доступного для сжигания, увеличивается. Увеличение равно проценту доступного кислорода, умноженному на количество атмосфер в абсолютном выражении. Например, при давлении 4 атм (соответствует 30 м морской воды) эффективное процентное содержание кислорода в сжатом воздухе составит 84 %. Однако следует помнить, что хотя горение и очень ускоряется в таких условиях, это не то же самое, что скорость горения в 84% кислорода при одной атмосфере. Причина этого в том, что азот, присутствующий в атмосфере, оказывает определенное гасящее действие. Ацетилен нельзя использовать при давлении выше одного бара из-за его взрывоопасных свойств. Однако для резки стали можно использовать другие газы для горелки и кислород. Это было безопасно сделано при давлении до 3 бар. В таких обстоятельствах, однако, необходимо проявлять скрупулезную осторожность, и кто-то должен стоять рядом с пожарным шлангом, чтобы немедленно потушить любой пожар, который может начаться, если блуждающая искра соприкоснется с чем-то горючим.
Для пожара необходимо присутствие трех компонентов: топлива, кислорода и источника воспламенения. Если хотя бы один из этих трех факторов отсутствует, пожара не произойдет. В гипербарических условиях практически невозможно удалить кислород, если только рассматриваемое оборудование не может быть помещено в окружающую среду, наполнив его или окружив его азотом. Если топливо невозможно удалить, следует избегать источника воспламенения. При клинической гипербарической работе тщательно следят за тем, чтобы процентное содержание кислорода в многоместной камере не превышало 23%. Кроме того, все электрическое оборудование внутри камеры должно быть искробезопасным, без возможности возникновения дуги. Персонал в камере должен носить хлопчатобумажную одежду, обработанную антипиреном. Должна быть установлена водозапорная система, а также ручной пожарный рукав с автономным приводом. В случае возникновения пожара в многоместной клинической барокамере немедленного выхода нет, поэтому тушение пожара необходимо производить с помощью ручного шланга и дренчерной системы.
В одноместных камерах со 100-процентным давлением кислорода пожар будет мгновенно смертельным для любого человека, находящегося в нем. Организм человека сам поддерживает горение в 100% кислороде, особенно под давлением. По этой причине в одноместной камере пациент носит простую хлопчатобумажную одежду, чтобы избежать искр статического электричества, которые могут создаваться синтетическими материалами. Нет необходимости защищать эту одежду от огня, однако, если произойдет пожар, одежда не обеспечит никакой защиты. Единственный способ избежать возгорания в одноместной кислородной камере — это полностью исключить любой источник воспламенения.
При работе с кислородом высокого давления, при манометрическом давлении более 10 кг/см2, адиабатический нагрев следует рассматривать как возможный источник воспламенения. Если кислород при давлении 150 кг/см2 внезапно подается в коллектор через быстро открывающийся шаровой клапан, кислород может «выкипеть», если присутствует даже незначительное количество грязи. Это может привести к сильному взрыву. Такие аварии случались, и по этой причине быстро открывающиеся шаровые краны никогда не должны использоваться в кислородных системах высокого давления.