遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在杭州地鐵建設(shè)中的應(yīng)用

許 野

(杭州市地鐵集團有限責(zé)任公司,杭州 310020)

0 引 言

杭州地鐵依托安全風(fēng)險管理系統(tǒng),建立安全風(fēng)險遠程監(jiān)控管理體系,依靠安全風(fēng)險顧問單位,提供現(xiàn)場管理咨詢、培訓(xùn)、安全風(fēng)險分析、評估、預(yù)案,有效解決在建工程的安全管理問題。從2008年4月成立遠程監(jiān)控管理中心,并正式實施遠程監(jiān)控管理,借助遠程監(jiān)控管理平臺,將車站和隧道遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)等部分有機組合起來,通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸、無線通訊傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的有機結(jié)合,全面落實了預(yù)測、預(yù)警、預(yù)報機制,實現(xiàn)了靈活、智能、高效的工程建設(shè)監(jiān)控的管理系統(tǒng),該系統(tǒng)對杭州地鐵建設(shè)的安全管理工作起到了較大的作用。

1 遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)及其作用

該系列軟件共包含六個部分:車站遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、隧道遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、工程文檔管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)、移動信息發(fā)布系統(tǒng)、遠程監(jiān)控管理平臺。其主要作用體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)在開工前對施工監(jiān)測方案進行優(yōu)化,確保監(jiān)測布點合理,反應(yīng)現(xiàn)場實際情況;

(2)發(fā)現(xiàn)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,監(jiān)控中心經(jīng)過系統(tǒng)自動分析、人工分析,結(jié)合現(xiàn)場踏勘等手段查找數(shù)據(jù)異常的真實原因,確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時上傳并真實反映現(xiàn)場情況;

(3)對上傳的數(shù)據(jù),結(jié)合監(jiān)測、監(jiān)理、施工方的資料及其他相關(guān)信息進行處理及綜合分析。后臺專家及時提出相關(guān)處理建議,輔助管理單位有效解決安全隱患;

(4)監(jiān)控中心通過系統(tǒng)平臺,以每日安全評估、周報、短信等形式全面及時地反饋各工地現(xiàn)場的安全狀況以及安全隱患處理情況,確保地鐵相關(guān)管理各方對整個建設(shè)過程中的安全情況及時準(zhǔn)確了解;

(5)統(tǒng)一報警標(biāo)準(zhǔn),通過三級報警體系和地鐵公司相關(guān)職能部門有效互動,整合參建各方資源,通過專家會商系統(tǒng)整合專家團隊資源,及時有效地消除安全隱患[1]。

2 杭州地鐵建設(shè)遠程監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)工程數(shù)據(jù)流程的要求,結(jié)合杭州地鐵的管理特點,杭州地鐵建設(shè)在遠程監(jiān)控管理上建立如圖1所示的結(jié)構(gòu)模式,將現(xiàn)場管理人員、監(jiān)控中心、專家組、技術(shù)管理人員聯(lián)系起來,通過對信息的及時反饋,強化了各級管理責(zé)任,發(fā)揮了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)管職能。

圖1 遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

遠程監(jiān)控系統(tǒng)的正常運作由地鐵集團工程部、質(zhì)安部及設(shè)計、監(jiān)理、施工、監(jiān)測單位共同參與,其中工程部對該項目工作進行全面管理,質(zhì)安部進行監(jiān)督管理,監(jiān)理單位對遠程監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場的正常運作全面負責(zé)。

3 典型預(yù)警示例

3.1 工程簡況及施工現(xiàn)場情況

城站站位于杭州市火車站站前廣場和西湖大道東端道路下,為杭州地鐵1號線、5號線的換乘站。車站圍護型式中,主體基坑采用地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)段厚度800 mm,深度31.66 m,基坑挖深16.6 m,5號線預(yù)留段厚度1 000 mm,深度41.82 m,基坑深度24 m,臨時封堵墻厚600 mm。

本站基坑土方開挖總量約95 000方,總體安排分東端頭井、西端頭井兩個工作面,由兩端向中間同時進行土方開挖?；油练介_挖主要采用短臂挖掘機配合伸縮臂挖掘機挖土,人工配合挖土、修坡。對于在支撐下腳死角部位,配以液壓挖掘機同時結(jié)合人工進行開挖。

2009年6月23日,地鐵1號線城站站基坑?xùn)|端頭井部位土方開挖至14 m深度,端頭井東北角第四道斜支撐已經(jīng)架設(shè)完成,準(zhǔn)備架設(shè)東南角第四道斜支撐,施工現(xiàn)場平面位置如圖2所示。

圖2 城站6月23日施工情況平面示意圖

3.2 異常數(shù)據(jù)情況及監(jiān)控中心的初步處置

6月23日下午,遠程監(jiān)控中心工作人員收到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常提示短信:“地鐵1號線城站站發(fā)生數(shù)據(jù)異常!”于是立即登陸遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行查看。根據(jù)現(xiàn)場施工監(jiān)測單位上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù),CX24號測斜孔日變化速率發(fā)生突變,其中在CX24-14(即14 m深度處)變化速率達到了21.8 mm/d。

通過監(jiān)測點平面位置圖了解到,該測斜孔位置處于地鐵1號線城站站基坑?xùn)|端頭井部位,如圖2所示,該部位當(dāng)日完成了第四層土方的開挖工作,正在準(zhǔn)備進行第四道支撐的架設(shè)工作。

監(jiān)控中心工作人員隨即電話詢問現(xiàn)場監(jiān)測單位負責(zé)人,確認數(shù)據(jù)上傳無誤、變化速率存在突變后,迅速召集所有工作人員進行研究,并趕赴現(xiàn)場了解情況。

其中,測斜CX24號孔連續(xù)5日的數(shù)據(jù)變化情況如圖3所示:

圖3 CX24號孔6.19～6.23數(shù)據(jù)曲線圖

3.3 事件分析及預(yù)警事件啟動

本車站基坑開挖采用分段開挖,根據(jù)誘導(dǎo)縫和伸縮縫位置將基坑縱向分為約25 m的小開挖段,在每個開挖段每開挖層中,再分成小段開挖。第一及第二層開挖中,每小段開挖長度不大于6 m,按照 “時空效應(yīng)”要求,開挖控制在16小時內(nèi)完成,8小時內(nèi)完成支撐安裝;以下各層開挖段長控制在3 m左右,8小時內(nèi)完成開挖,8小時內(nèi)完成安裝鋼支撐。

現(xiàn)場實際開挖過程中,由于施工空間的限制,只能采用小挖機由外側(cè)向基坑?xùn)|南角逐漸推進,整層土方開挖完成后,再由內(nèi)而外順次施工鋼圍檁及架設(shè)鋼支撐。

對于東端頭井南半部分來說,實際上一次性土方開挖面積達到16m×13m,開挖時間大大超過設(shè)計規(guī)定的8小時,而施工鋼圍檁和架設(shè)一層支撐的時間也遠超設(shè)計規(guī)定的8小時,根據(jù)現(xiàn)場了解,實際土方開挖時間及支撐架設(shè)完成時間超過48小時。

根據(jù)時空效應(yīng)理論,在土方開挖過程中,應(yīng)該實行對稱開挖,將大段分成小段,小段內(nèi)又分層分塊,在規(guī)定的時間內(nèi)完成開挖,及時架設(shè)支撐[2]?，F(xiàn)場實際施工情況又無法保證時間和空間的控制,實際形成了基坑無支撐暴露時間較長,坑內(nèi)外土壓力失去平衡,導(dǎo)致連續(xù)墻在內(nèi)力作用下產(chǎn)生了持續(xù)的變形。

根據(jù)這種情況,啟動預(yù)警事件,向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)發(fā)送了預(yù)警短信,提示各方予以高度關(guān)注,并在遠程監(jiān)控管理平臺進行了簡單的分析,建議現(xiàn)場盡快縮短支撐架設(shè)時間,防止圍護結(jié)構(gòu)位移進一步增加,并增加關(guān)鍵部位的監(jiān)測點,加密監(jiān)測頻率,高度關(guān)注周邊環(huán)境的變化。

3.4 預(yù)警處理

(1)對地下連續(xù)墻安全評估

由于地下連續(xù)墻總體變形較大,最大變形達到46.2 mm。通過地下連續(xù)墻實際彎矩與極限彎矩的比較,結(jié)合現(xiàn)場及時采取的控制墻體變形措施,綜合判斷連續(xù)墻總體安全。

(2)原因分析

由于設(shè)計時未考慮到土方開挖及支撐架設(shè)時所必須的空間,導(dǎo)致施工過程中無法按照設(shè)計所規(guī)定的每小段長度控制在3 m左右,在8小時內(nèi)完成開挖,并在8小時內(nèi)完成安裝鋼支撐,導(dǎo)致無支撐暴露時間過長,并引起坑內(nèi)外土壓力不平衡,使得墻體產(chǎn)生了較大的位移。

設(shè)計時為了確保支撐的整體性而設(shè)置的鋼圍檁,實際施工中也成了影響施工速度的一大因素,使得基坑開挖完成后,支撐沒有能夠盡快架設(shè)。

(3)處理措施及效果

現(xiàn)場根據(jù)實際情況制定了支撐架設(shè)的施工步序,調(diào)整人員和機械,對第四道圍檁和角撐進行架設(shè)施工。角撐架設(shè)后,圍護結(jié)構(gòu)受力逐漸恢復(fù)平衡,位移的變化速率趨緩,至2009年6月24日,CX24孔的日變化速率減小到0.8 mm/d以內(nèi),相關(guān)的數(shù)據(jù)如圖4所示:

圖4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)對CX24孔加密監(jiān)測的部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況

截至2009年6月25日,現(xiàn)場各量測項目的變化速率均趨于穩(wěn)定,現(xiàn)場施工狀態(tài)正常,工程處在穩(wěn)定受控狀態(tài)。

4 結(jié) 語

杭州地鐵建設(shè)自實施遠程監(jiān)控以來,通過各方聯(lián)動的管理機制,利用專家資源,及時發(fā)現(xiàn)隱患并及時整改,避免了多起重大工程事故的出現(xiàn)。通過遠程監(jiān)控平臺,實現(xiàn)分散工程的集群式管理,管理者實時掌握工程的安全狀況,第一時間處置異常情況,提高安全隱患處理的效率,使杭州地鐵建設(shè)管理水平上了一個臺階。遠程監(jiān)控系統(tǒng)在杭州地鐵建設(shè)中的應(yīng)用,在保證工程進度、控制工程質(zhì)量和保障工程安全等方面都取得了良好的效果,也了杭州地鐵樹立良好形象、維護社會穩(wěn)定起到了很好的作用[3]。

[1]王洪新,劉國彬.地下鐵道新技術(shù)文集2003[C].成都:西南交通大學(xué)出版社,2003.

[2]劉朝明,文志云.上海軌道交通六號線工程風(fēng)險遠程監(jiān)控管理初探[J].巖土工程界,2005,8(12):315-317.

[3]劉濤,王生海,孫林娜.軌道交通工程建設(shè)中的遠程監(jiān)控及風(fēng)險管理[J].地下空間與工程學(xué)報,2006,2(5):796-799.