6 Физическое, или энергетическое воздействие на окружающую среду и человека х)

Физический тип техногенеза исследован недостаточно. Вид воздействия на окружающую среду и человека может быть тепловым, электромагнитным, радиоактивным, вибрационным, шумовым и др. /7, 9, 11, 12, 13, 17, 20, 21, 158/. Например, тепловое воздействие на нашу планету связано с так называемым парниковым эффектом, при котором происходит повышение средней температуры на поверхности планеты, таяние льдов полярных шапок и значительный подъем уровня мирового океана. В связи с этим ожидается значительная трансгрессия моря и затопление огромных низменных прибрежных равнин. Это угрожает затоплением побережий Европы, Северной Африки, Западной Сибири, Южной Америки.

Не все виды физического воздействия регистрируются приборами. Шум измеряется шумомерами в децибелах (дБ), напряженность электромагнитного поля оценивается в вольтметрах (Вм), радиация измеряется в рентгенах, мили- и микрорентгенах. При наиболее распространенных амплитудах колебаний электромагнитного поля за фон гигиенисты принимают 2 Вм. Для ряда физических полей фон не регистрируется и даже не установлен /158/. Наиболее изучены вибрации и шум. Именно эти виды воздействия на окружающую среду, человека, здания и сооружения нормируются при проектировании и строительстве.

6.1. Параметры вибрации и шума

Вибрация и звук в окружающей среде распространяются в виде колебательных волн, закономерности распространения которых являются аналогичными друг другу /17, 21/.

Из теории колебаний известно, что любой колебательный процесс можно описать простейшими аналитическими зависимостями, включающими основные параметры: амплитуду, скорость и ускорение колебаний. Так, для гармонических колебаний с постоянными амплитудой и периодами (рисунок 6.1) аналитическое выражение будет выглядеть следующим образом:

А = А0 sin ω t, (6.1)

где А0 - амплитуда колебательного смещения, мм; t - время; ω - круговая частота колебаний, рад/с.

При этом период колебаний равен

139

что по истечении одного периода или целого числа периодов времени точка приходит в то же положение, а ее скорость имеет то же значение.

Полигармонические колебания слагаются из нескольких гармонических. Если периоды всех слагаемых колебаний соизмеримы, то общее движение, в конечном счете, будет периодическим; если эти пределы несоизмеримы, то движение будет почти периодическим.

Каждая из слагаемых гармонических колебаний называется гармоникой. Шесть гармоник (рисунок 6.2) при сложении дают кривую (рисунок 6.2,б).

Рисунок 6.2. Полигармонические колебания: а - разложенные на гармоники; б - сложенные

Совокупность частот всех гармоник, входящих в суммарное движение, называется спектром частот вибрационного процесса. В природных средах (воде, грунте, скальной породе и др.) обычно регистрируются полигармонические колебания с достаточно сложным спектром. В зависимости от характера возбуждения спектр может быть непрерывным, полосовым и дискретным.

Биения - это колебания, возникающие в результате двух гармонических колебаний с близкими периодами.

Затухающие колебания - это свободные колебания с убывающей (затухающей) амплитудой до полного успокоения.

6.4 Источники вибрации и шума

Источниками вибрации и шума являются транспорт, машины, оборудование, буровзрывные и другие работы /1, 21, 71, 128, 158, 161/. Загрязнение среды упругими колебаниями различной частоты и длины волн обусловлено:

а) значительным увеличением единичной мощности различных видов машин и транспортных средств; б) внедрением новых, более производительных машин и устройств в промышленности;

в) широким распространением машин, в системе которых полезную работу выполняют удар, взрыв и вибрации.

Термин “вибрация” (от лат. Vibrato - колебание) в русском языке имеет синонимы: сотрясение, дрожание, тряска. Он относится только к механическим колебаниям. Механические колебания - это повторяющиеся движения или

141

изменения состояния вокруг некоторого среднего значения. Принято считать, что основным признаком вибрации являются относительно малые отклонения тела или его точек от начального положения при механических колебаниях /128/. Другим признаком вибрации считается частота периодических перемещений, совершаемых телом или его точками в единицу времени. При колебаниях частота может быть очень низкой, при вибрациях - более высокой. Например, колебания судна при качке имеют большие отклонения и малые частоты, а вибрация обшивки судна - малые отклонения и высокие частоты.

Обычно вибрациям подвержены упругие тела - конструкции машин, оборудования, зданий и сооружений, грунт под фундаментами машин, через который на значительные расстояния распространяются упругие волны. Вибрациям подвержено и человеческое тело.

Шум - это тип механических колебаний. Он является порождением колебательного движения и характеризуется определенными параметрами и структурой. Упругая волна - это движение, при котором происходит распространение в пространстве любого возмущения. Вибрация и шум от источников распространяются в окружающей среде в виде волн, параметры которых изменяются в пространстве и времени.

Источники вибрации нередко порождают в средах волны, затухание которых зависит от расстояния их распространения (геометрическая диссипация), вязкости среды (диссипация в связи с внутренним трением) и изменением амплитуд колебаний источника. На объект - приемник колебаний - передается обычно два типа возбуждения от внешнего источника: силовое и кинематическое. Силовое возбуждение возникает при непосредственном действии внешнего источника. Возбуждение может быть периодическим, почти периодическим, произвольным и случайным во времени, а также импульсным (с затухающими колебаниями). Кинематическое возбуждение - это передача перемещений от волн на приемник колебаний, находящийся на волновом поле, наведенном на поверхность грунта источником колебаний. Приемниками колебаний могут быть люди или виброчувствительные объекты. Для обоих приемников уровень вибрации не должен превышать допустимых норм.

На стадии проектирования фундамента и конструкций под источники и приемники колебаний должна быть предусмотрена виброзащита, для чего необходима разработка элементов теории с прогнозированием параметров колебаний. Однако часто при проектировании не определяются уровни вибрации,

ивопрос о виброзащите решается в эксплуатационный период – она рассчитывается по измеренному суммарному уровню вибраций. В этом случае получение исходных данных, естественно, упрощается, но проблема с виброзащитой усложняется, если уровни колебаний окажутся недопустимыми.

Чаще всего санитарно-гигиенические требования превалируют над техническими. Это объясняется большей чувствительностью к вибрациям человека, чем “неживых” объектов. Однако использование в современном промышленном производстве средств автоматики, станков, машин, оборудования

итехнологий также предъявляет к ним и к их основаниям достаточно жесткие технические требования.

142

Параметры вибрации зависят от типов и конструктивных особенностей объектов - приемников колебаний: фундаментов и наземных частей зданий и сооружений. Поэтому очень важно иметь методику прогнозирования уровня вибраций на стадии проектирования, которая бы позволила надежно и достаточно просто оценивать параметры колебаний в зависимости от размеров конструкций.

При проектировании параметры вибрации должны регламентироваться следующими нормами: санитарно-гигиеническими и техническими для виброчувствительных машин и для строительных конструкций. Еще нечетко определено воздействие вибрации в зависимости от параметров на самочувствие людей. Установлены лишь общие пределы, за которыми самочувствие людей явно ухудшается. От механических колебаний снижается также прочность, устойчивость и долговечность зданий, конструкций, нарушается режим работы приборов и автоматических систем, контролирующих и регулирующих технологические процессы.

Установлено, что полностью исключить вибрацию и шум невозможно. Поэтому для людей и различных видов машин, приборов и технологий в каждом конкретном случае при проектировании важно установить пределы допустимых параметров этих воздействий.

6.4. Влияние вибрации и шума на людей и окружающую среду

Колебания человеческого тела не могут совпадать с колебаниями рабочей площадки или поверхности грунта. Вертикальная составляющая вибрации неблагоприятна для людей, работающих сидя, а горизонтальная – для людей, работающих стоя. Ухудшение зрительного восприятия происходит под действием вибраций в двух частотных диапазонах – от 25 до 40 Гц и от 60 до 90 Гц /7/. Действие вибрации на человека становится особенно опасным, если частоты колебаний приближаются к собственной частоте колебаний его тела (примерно 5 Гц). В этом случае не исключены даже механические повреждения организма.

Тело человека можно представить в виде кинематически изменяемой системы, отдельные части этой системы имеют собственные частоты колебаний 4 - 6 Гц – плечевой пояс, бедра и голова в положении человека стоя; 4 - 8 Гц - брюшная полость; 20 - 30 Гц – голова у человека в сидячем положении. Внутренние органы имеют собственную частоту колебаний в пределах 6 - 9 Гц. Воздействие вибраций на человека бывает двух видов:

1)непосредственное – при колебаниях всего тела или отдельных его частей;

2)косвенное (визуальное) – при колебании различных предметов, находящихся в поле зрения /7/.

Нормируются пока вибрации первого вида воздействия. Косвенные колебания способны оказывать психологическое действие на человека, и достаточно просто устранимы. Обычно мешают работе колебания гибких различных подвесок – трубопроводов, светильников или колебания громоздких плоскостных конструкций – транспарантов, оконных переплетов и др.

Непосредственное действие вибрации на человека проявляется в трех характерных видах:

143

1)общие колебания тела – человек находится на вибрирующем основании;

2)местные колебания – передаются на отдельные части или органы тела;

3)объемные колебания – человек находится в вибрирующей (пульсирующей) среде, и колебания от среды передаются на всю поверхность тела.

Например, колебания в водной среде передаются на погруженного в нее человека. Степень наносимого человеку вреда определяется по амплитуде смещения, частоте, скорости, ускорению колебаний, направлению колебаний к геометрическим осям тела человека, длительности и условиям вибрационного

воздействия и др.

Признаками вредного воздействия вибраций являются функциональные расстройства в организме человека, которые выражаются в изменении состояния основных процессов в центральной нервной системе - возбуждении, торможении и др.; в реакциях со стороны сердечно-сосудистой системы - изменение сердечной деятельности, утомление, появление болей в отдельных органах, тошнота и др.

Общие вибрации с частотой менее 0,7 Гц, обычно называемые “качкой”, не приводят к вибрационной болезни. Однако при длительном действии и высоких амплитудах смещений качка может вызвать “морскую” болезнь в связи с нарушением нормальной деятельности органов равновесия. В диапазоне частот менее 0,7 Гц тело человека и его органы движутся как единое целое, без взаимных перемещений.

Диапазон частот от 0,7 до 35 Гц называется докритическим. Однако это не означает, что вибрационная болезнь в этих условиях исключена. Она может быть обусловлена длительным вибрационным воздействием на человека и индивидуальными особенностями организма. Наиболее вероятные условия для появления и развития вибрационной болезни возникают при частотах колебаний от 35 до 250 Гц. Этот диапазон частот называют критическим. Очевидно, органы, которые регулируют центральную нервную систему, имеют резонансные частоты, находящиеся в этом пределе. При появлении симптомов вибрационной болезни прежде всего отмечаются сдвиги физиологических функций. Они тем более выражены, чем выше уровень вибрации и продолжительность ее действия. Отмечаются также существенная неустойчивость артериального давления, учащение пульса и изменение сердечно-сосудистой деятельности в целом; часто возникают боли в мышцах, желудке и кишечнике. При импульсных воздействиях происходит понижение кровяного давления.

Вибрационная болезнь сопровождается нервными и сердечно-сосудистыми нарушениями: пальцы рук при охлаждении немеют, синеют и бледнеют, появляются суставные боли. Часто также возникают головные боли, бессонница, повышенная утомляемость и раздражительность. В производственных условиях указанные отклонения в организме могут приводить к нечеткости исполнения технологических операций, влекущей за собой несчастные случаи или аварии.

Вредное влияние шума на человеческий организм известно с древности. Римский сатирик Ювенал писал, что в столице “трудно было заснуть – скрип, грохот обозов на узких улицах-извивах, брань возниц мешали сну, раздражали. Большая часть больных умирает от бессонницы” /6/. Для снижения шума в средневековых городах каменные мостовые у жилых домов устилали соломой.

144