多元信息預(yù)警系統(tǒng)在頭道穴隧道施工過(guò)程中的安全評(píng)價(jià)方法研究

韓成珂，葉 英

(北京市市政工程研究院，北京 100037)

0 引言

隧道在施工過(guò)程中存在著大量的風(fēng)險(xiǎn)，且風(fēng)險(xiǎn)具有復(fù)雜性、隱蔽性和不確定性等特點(diǎn)，難以識(shí)別，隨時(shí)可能引發(fā)安全事故，造成嚴(yán)重后果，如何識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)并準(zhǔn)確評(píng)價(jià)隧道施工過(guò)程的安全狀態(tài)，已經(jīng)成為擺在人們面前必須要面對(duì)的問(wèn)題。進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的前提是要獲取如施工人員情況、作業(yè)環(huán)境、工程地質(zhì)等各方面的施工信息。傳統(tǒng)的信息獲取方式是人工獲取，這種方式效率低且不能保證準(zhǔn)確性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的隧道工程開(kāi)始運(yùn)用信息技術(shù)來(lái)獲取施工信息。在國(guó)外，意大利的Vaglia隧道采用了ADECORS系統(tǒng)來(lái)獲取地質(zhì)變化信息;哥倫比亞的Buenavista隧道，運(yùn)用信息化技術(shù)來(lái)模擬不良地質(zhì)帶。在國(guó)內(nèi)，上海地鐵隧道施工運(yùn)用了內(nèi)管壁位移網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，深圳地鐵運(yùn)用信息化施工技術(shù)監(jiān)測(cè)重疊隧道風(fēng)險(xiǎn)［1］。受一些技術(shù)條件的限制，以上方法存在一定的局限性:1)獲取的信息比較單一，無(wú)法掌握施工的整體安全狀況;2)通常是獲取足夠信息后再進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果存在滯后性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可能為時(shí)已晚［2］。

基于這樣的背景，提高隧道施工過(guò)程安全評(píng)價(jià)的全面性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性已迫在眉睫。多元信息預(yù)警系統(tǒng)能夠在隧道施工過(guò)程中進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集大量的、多元的施工信息，利用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等前沿技術(shù)，對(duì)多元信息進(jìn)行綜合分析判斷，集成預(yù)報(bào)預(yù)警、信息系統(tǒng)、安全管理于一體，克服了一般隧道施工安全評(píng)價(jià)方法的單一性和滯后性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了施工全面和綜合評(píng)價(jià)，為隧道工程施工保駕護(hù)航。

1 多元信息預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多元信息預(yù)警系統(tǒng)是北京市市政工程研究院、北京交通大學(xué)等單位聯(lián)合研制的地下工程安全保障系統(tǒng)，系統(tǒng)由三維激光儀、各種類型傳感器、攝像頭、傳輸基站、采集基站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和用戶終端構(gòu)成，所有設(shè)備采用無(wú)線信號(hào)連接［3］。為了獲取全面的隧道施工信息，在隧道內(nèi)安裝連接傳感器的采集基站，采集瓦斯體積質(zhì)量、CO體積質(zhì)量、粉塵體積質(zhì)量、溫度、濕度和噪聲強(qiáng)度等，安裝激光儀可以實(shí)現(xiàn)斷面掃描、監(jiān)測(cè)隧道圍巖變形，安放無(wú)線攝像頭可采集現(xiàn)場(chǎng)視頻。所有信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)上傳到后臺(tái)服務(wù)器，施工管理人員能夠隨時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)情況。系統(tǒng)工作鏈路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作鏈路Fig.1 System working link

整套系統(tǒng)在隧道施工過(guò)程中持續(xù)采集信息，在系統(tǒng)中植入科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法，將多元信息整合成一個(gè)直觀的安全評(píng)價(jià)結(jié)果，供施工管理人員參考。如該評(píng)價(jià)結(jié)果超過(guò)了警戒值就會(huì)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，系統(tǒng)將在第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，通知工程人員及時(shí)采取有效措施控制風(fēng)險(xiǎn)［4］。

2 隧道施工安全評(píng)價(jià)方法研究

2.1 建立安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

隧道施工過(guò)程的安全狀態(tài)主要受3方面的影響。1)人員因素。人是工程活動(dòng)的主體，作業(yè)人員應(yīng)具有很強(qiáng)的安全意識(shí)和熟練的技術(shù)，此外，科學(xué)、健全的規(guī)章制度也是隧道安全施工的前提，要求所有人員照章辦事、有序施工。2)設(shè)備因素。先進(jìn)的設(shè)備是保障隧道安全施工的有效手段，要求設(shè)備能在施工過(guò)程中采集準(zhǔn)確的施工信息，能通過(guò)這些信息來(lái)掌握施工安全狀態(tài)。3)環(huán)境因素。包括作業(yè)環(huán)境和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，作業(yè)環(huán)境包括噪聲、粉塵及有害氣體等，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖的可靠性［5－7］。

通過(guò)以上分析，結(jié)合多元信息預(yù)警系統(tǒng)工作機(jī)制，建立安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過(guò)對(duì)相關(guān)規(guī)范的研究，以及對(duì)以往隧道施工事故原因的分析，結(jié)合專家意見(jiàn)與隧道施工實(shí)際情況，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相對(duì)重要度比較，采用層次分析法計(jì)算權(quán)重［8］。

在設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的隧道工程，具體情況具體分析。例如，對(duì)于有地下水活動(dòng)的隧道施工，應(yīng)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中加入地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)在隧道圍巖內(nèi)埋設(shè)振弦式孔壓計(jì)，用于監(jiān)測(cè)圍巖深層水壓力;對(duì)于圍巖極不穩(wěn)定、隨時(shí)可能突發(fā)冒頂?shù)乃淼?，?yīng)加密監(jiān)測(cè)，將圍巖變形作為重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目并設(shè)置較高的權(quán)重［9］。對(duì)于頭道穴隧道施工過(guò)程，其周邊巖體不存在地下水活動(dòng)，圍巖以微風(fēng)化花崗巖為主，采用新奧法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是施工的主要風(fēng)險(xiǎn)源，因此，在設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重時(shí)，應(yīng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所側(cè)重，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Safety evaluation index system

2.2 風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分

將各風(fēng)險(xiǎn)因素按照不同的危險(xiǎn)程度，綜合分析工程實(shí)際與相關(guān)規(guī)范制定合理的分值，滿分為100分，分值越高表示越安全。

2.2.1 人員因素

1)技術(shù)素質(zhì)是指根據(jù)隧道工程規(guī)模、工期和施工技術(shù)難度，配備相應(yīng)的各類技術(shù)人員。隧道施工作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)崗前專業(yè)培訓(xùn)，定期組織專業(yè)技能考核，具有過(guò)硬的專業(yè)技術(shù)技能，持證上崗。

2)健康狀況是指管理與作業(yè)人員須在身體條件符合工作要求的條件下工作。依據(jù)《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》相關(guān)規(guī)定，用人單位應(yīng)當(dāng)組織員工進(jìn)行職業(yè)健康檢查，符合職業(yè)健康規(guī)定后才能上崗。

3)系統(tǒng)相關(guān)培訓(xùn)是指針對(duì)多元信息預(yù)警系統(tǒng)使用的培訓(xùn)，要求相關(guān)人員掌握多元信息預(yù)警系統(tǒng)的工作原理、使用規(guī)則，能夠正確安裝、設(shè)定參數(shù)、配合系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警響應(yīng)，以及能夠?qū)Χ嘣畔㈩A(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。

4)安全培訓(xùn)是指施工管理方組織工人進(jìn)行安全宣傳教育和培訓(xùn)，宣傳安全規(guī)定，普及安全常識(shí)，對(duì)工人反映的安全防治問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)并督促解決，施工前每個(gè)班組成員必須掌握安全防護(hù)技能。

5)應(yīng)急預(yù)案編制是指面對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急指揮和救援計(jì)劃編制等。應(yīng)急預(yù)案與多元信息預(yù)警系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，當(dāng)危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，根據(jù)危險(xiǎn)程度采取不同級(jí)別的補(bǔ)救措施和搶救行動(dòng)。

6)應(yīng)急預(yù)案演練是指工程管理人員按照應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容，組織工程人員對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行模擬演練，檢驗(yàn)預(yù)案能否有效控制可能出現(xiàn)的意外情況，不斷優(yōu)化預(yù)案內(nèi)容。建設(shè)單位應(yīng)經(jīng)常開(kāi)展應(yīng)急演練，使之成為施工管理的一項(xiàng)重要日常工作。

7)工程建設(shè)法律法規(guī)是指《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》《中華人民共和國(guó)建筑法》《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》等法律體系，規(guī)定了建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、工程監(jiān)理等單位的質(zhì)量和安全責(zé)任。

8)施工現(xiàn)場(chǎng)安全規(guī)定是指工程管理人員結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定安全規(guī)定，明確各級(jí)人員的安全責(zé)任，建立各級(jí)人員安全生產(chǎn)責(zé)任制，定期檢查安全責(zé)任落實(shí)情況。

以上8項(xiàng)是構(gòu)成人員因素的基本風(fēng)險(xiǎn)因素，打分準(zhǔn)則如表1所示。

2.2.2 系統(tǒng)因素

1)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)頻率是指多元信息預(yù)警系統(tǒng)能夠針對(duì)不同的工程方案設(shè)定不同的監(jiān)測(cè)頻率。對(duì)于不同的隧道工程，其安全風(fēng)險(xiǎn)程度也不同，一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)越大對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率越高，但監(jiān)測(cè)頻率越高對(duì)系統(tǒng)的要求也越高，從而會(huì)降低折減系統(tǒng)壽命。

2)系統(tǒng)安裝布置是指工程技術(shù)人員應(yīng)按照多元信息預(yù)警系統(tǒng)安裝要求，在對(duì)隧道施工工程充分掌握的情況下進(jìn)行安裝布置，設(shè)備布置應(yīng)符合“覆蓋全面，有所側(cè)重”的原則，使多元信息預(yù)警系統(tǒng)對(duì)整個(gè)隧道施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)施工薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)控，保證信息采集的完整性。

表1 人員因素評(píng)分Table 1 Human factor score

3)系統(tǒng)設(shè)備完好程度是指在施工活動(dòng)中，由于外界環(huán)境和施工機(jī)械設(shè)備活動(dòng)可能會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備造成損壞，影響多元信息預(yù)警系統(tǒng)的正常工作。一旦出現(xiàn)設(shè)備損壞，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)到損壞情況，并決定是否啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，工作人員根據(jù)情況采取措施。所有設(shè)備具有堅(jiān)固的外殼，采用防水、防塵工藝，內(nèi)置應(yīng)急電池，設(shè)備之間互相覆蓋，如果個(gè)別設(shè)備受到損壞，其他設(shè)備仍能繼續(xù)工作，最大限度地保證在復(fù)雜環(huán)境下監(jiān)測(cè)工作的連續(xù)性。

4)信號(hào)連接強(qiáng)度是指隧道內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，包括鋼筋網(wǎng)、滲水、機(jī)械設(shè)備等可能會(huì)對(duì)多元信息預(yù)警系統(tǒng)的無(wú)線連接信號(hào)造成干擾，降低信號(hào)傳輸效率，甚至?xí)嚅_(kāi)連接，對(duì)多元信息采集造成影響。一旦斷開(kāi)連接，系統(tǒng)將根據(jù)掉線設(shè)備情況，決定是否觸發(fā)預(yù)警機(jī)制［10］。

以上4項(xiàng)是構(gòu)成設(shè)備因素的基本風(fēng)險(xiǎn)因素，基于對(duì)隧道施工安全綜合分析的打分準(zhǔn)則如表2所示。

表2 設(shè)備因素評(píng)分Table 2 Equipment factor score

2.2.3 環(huán)境因素

隧道內(nèi)的作業(yè)環(huán)境對(duì)工人健康有重要影響，環(huán)境惡劣時(shí)，需采取加強(qiáng)通風(fēng)等措施改善。粉塵體積質(zhì)量選取具有典型參考意義的硅灰石粉塵(總塵)作為評(píng)分指標(biāo);有害氣體根據(jù)工程具體情況，主要采用CO和瓦斯(CH4)體積質(zhì)量作為監(jiān)測(cè)評(píng)分指標(biāo);濕度對(duì)隧道內(nèi)混凝土養(yǎng)護(hù)、供電設(shè)備以及人體舒適度均有影響。參考相關(guān)規(guī)范及試驗(yàn)調(diào)查［11］，得出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 空間環(huán)境評(píng)分Table 3 Environment factor score

支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是隧道結(jié)構(gòu)安全的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)隧道安全評(píng)價(jià)結(jié)果有直接影響。由激光儀進(jìn)行圍巖變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)，其目的與人工監(jiān)控量測(cè)一致，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)圍巖的變形程度來(lái)判斷其穩(wěn)定性?！豆匪淼朗┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》中規(guī)定實(shí)測(cè)位移值不應(yīng)大于極限位移，一般情況下，將隧道設(shè)計(jì)的預(yù)留變形量作為極限位移［14］，根據(jù)位移管理等級(jí)設(shè)置分值，分值如表4所示。

表4 圍巖變形評(píng)分Table 4 Surrounding rock deformation factor score

圍巖分級(jí)是勘察方借助專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度2個(gè)基本因素以及巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí)，并在此基礎(chǔ)上考慮修正因素，最終結(jié)合巖體的定性特征綜合確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。圍巖分級(jí)評(píng)分方案如表5所示。

表5 圍巖分級(jí)評(píng)分Table 5 Surrounding rock classification factor score

在隧道施工過(guò)程中，根據(jù)多元信息預(yù)警系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息和工程實(shí)際情況，按照以上評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，最后按各自權(quán)重得出加權(quán)分值。

2.3 安全評(píng)價(jià)及預(yù)警

安全評(píng)價(jià)分為單項(xiàng)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。單項(xiàng)評(píng)價(jià)是為了防止個(gè)別指標(biāo)超過(guò)限值(如瓦斯體積質(zhì)量超過(guò)限值)引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，綜合評(píng)價(jià)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道施工整體安全狀況的評(píng)價(jià)。

由于圍巖級(jí)別是客觀存在的，是無(wú)法人為改變的事實(shí)，所以在設(shè)置單項(xiàng)預(yù)警時(shí)不考慮圍巖級(jí)別這一風(fēng)險(xiǎn)因素，除此之外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)進(jìn)行單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)分值加權(quán)計(jì)算總分。將隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警劃分為4級(jí)，預(yù)警級(jí)別由高到低分別為紅色、橙色、黃色、藍(lán)色4色預(yù)警。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，工程管理人員立即與預(yù)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起來(lái)進(jìn)行洞內(nèi)外的聯(lián)合預(yù)警響應(yīng)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級(jí)別和具體風(fēng)險(xiǎn)情況采取補(bǔ)救措施。綜合預(yù)警和單項(xiàng)預(yù)警的級(jí)別設(shè)置與整改建議如表6所示。

表6 綜合與單項(xiàng)預(yù)警級(jí)別設(shè)置與整改建議Table 6 Corrective recommendations ofcomprehensive and single warning

3 頭道穴隧道施工安全評(píng)價(jià)

3.1 工程概況

頭道穴隧道位于北京市懷柔區(qū)喇叭溝門(mén)鄉(xiāng)頭道穴村東南側(cè)，為111國(guó)道改建過(guò)程的一部分，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，天然地基，隧道長(zhǎng)591 m。隧道全線地形復(fù)雜，地勢(shì)陡峭，不良地質(zhì)多。出露地層圍巖為第四紀(jì)沖洪積形成物，且隧道左、右線(北京端)偏壓較嚴(yán)重。隧道圍巖分級(jí)如表7所示。

表7 隧道圍巖分級(jí)Table 7 Classification of surrounding rock of Toudaoxue tunnel

選取該工程左線隧道進(jìn)尺區(qū)間F1K41+710～+770段進(jìn)行施工過(guò)程安全評(píng)價(jià)。

3.2 多元信息預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案

為了實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程的安全評(píng)價(jià)，結(jié)合頭道穴隧道具體情況，采用的多元信息預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備包括:GPRS無(wú)線網(wǎng)關(guān)、傳輸基站、采集基站、傳感器集成基站、激光基站、三維激光儀及攝像頭。將這些設(shè)備按照說(shuō)明書(shū)要求安裝在隧道內(nèi)，形成一條整體鏈路覆蓋整個(gè)施工區(qū)域。具體布置方案為:

1)在頭道穴隧道左幅隧道洞口安裝GPRS無(wú)線網(wǎng)關(guān)，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息通過(guò)該網(wǎng)關(guān)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器。

2)從網(wǎng)關(guān)位置開(kāi)始，在二次襯砌完工段內(nèi)每隔100 m安裝1臺(tái)傳輸基站用于數(shù)據(jù)傳輸，共安裝4臺(tái)，間距100 m能保證各基站間穩(wěn)定的無(wú)線連接。通常認(rèn)為二次襯砌完工段是穩(wěn)定的、安全的，因此，在二次襯砌完工段不進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3)在掌子面附近安裝1臺(tái)采集基站用于施工信息采集，基站下連接1臺(tái)傳感器集成基站，集成粉塵、噪聲、有害氣體、溫度和濕度傳感器。由于初期支護(hù)段圍巖不穩(wěn)定，同時(shí)施工人員、機(jī)械、車(chē)輛都集中在這部分區(qū)域進(jìn)行施工活動(dòng)，因此，該段是風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域，是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)與攝像頭的安裝如圖3所示。

圖3 洞口網(wǎng)關(guān)與攝像頭Fig.3 Gateway and camera

3.3 人員因素風(fēng)險(xiǎn)分析

3.3.1 人員素質(zhì)

1)技術(shù)素質(zhì)方面。頭道穴隧道作為111國(guó)道改建工程重點(diǎn)項(xiàng)目，選拔了有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的人員組建項(xiàng)目班子，配備了滿足工程需要的專業(yè)技術(shù)人員，定期組織施工人員學(xué)習(xí)，進(jìn)行施工前崗位培訓(xùn)，以滿足工程施工的技術(shù)素質(zhì)要求。

2)健康狀況方面。施工單位高度重視員工的身體狀況，員工因工死亡率為0，因工重傷率小于0.4‰，職業(yè)病發(fā)生率小于0.5‰。施工現(xiàn)場(chǎng)配備醫(yī)務(wù)人員，經(jīng)常開(kāi)展衛(wèi)生防疫宣傳教育工作，對(duì)受傷員工及時(shí)治療。

3.3.2 人員培訓(xùn)

1)系統(tǒng)相關(guān)培訓(xùn)方面。從前期安裝測(cè)試到數(shù)據(jù)采集與設(shè)備維護(hù)，由專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)，專業(yè)人員經(jīng)過(guò)系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)并合格，掌握系統(tǒng)工作原理，能夠熟練使用設(shè)備。

2)安全培訓(xùn)方面。所有進(jìn)場(chǎng)人員必須接受安全培訓(xùn)，經(jīng)考試合格并取得相關(guān)安全證書(shū)后，方準(zhǔn)持證上崗，凡入場(chǎng)人員必須接受公司、項(xiàng)目部、班組3級(jí)安全教育，3級(jí)教育面達(dá)到100%。

3.3.3 應(yīng)急預(yù)案情況

1)應(yīng)急預(yù)案編制方面。成立應(yīng)急救援指揮中心，下設(shè)信息組、搶險(xiǎn)組、醫(yī)療組、協(xié)調(diào)組和保障組。指揮中心設(shè)指揮長(zhǎng)1名，副指揮長(zhǎng)1名，負(fù)責(zé)對(duì)突發(fā)事件的辨識(shí)及各應(yīng)急救援組的調(diào)度和指揮。

2)應(yīng)急預(yù)案演練方面。做到施工前經(jīng)常組織專門(mén)搶險(xiǎn)培訓(xùn)和搶險(xiǎn)演練，做到施工明確、責(zé)任到人、組織有力、行動(dòng)迅速，在2013年內(nèi)，對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行了多次不同規(guī)模的演練。

3.3.4 安全制度管理

1)工程建設(shè)法律法規(guī)方面。貫徹執(zhí)行國(guó)家、交通部、地方及甲方、監(jiān)理對(duì)施工安全的相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)定，組織落實(shí)公司的質(zhì)量管理體系文件。

2)施工現(xiàn)場(chǎng)安全規(guī)定方面。制定了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)安全管理規(guī)定，做好施工現(xiàn)場(chǎng)安全措施的規(guī)范化。遵守JTJ 076—95《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》和《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法的規(guī)定》等規(guī)定，組織定期檢查。

3.4 設(shè)備因素風(fēng)險(xiǎn)分析

3.4.1 設(shè)備設(shè)置

1)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)頻率方面。專業(yè)技術(shù)人員考慮到系統(tǒng)的布置情況，結(jié)合隧道實(shí)際情況，將監(jiān)測(cè)頻率設(shè)置為15 min。

2)系統(tǒng)安裝布置方面。專業(yè)技術(shù)人員按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架，在隧道內(nèi)依說(shuō)明書(shū)要求合理安裝設(shè)備，隨著施工的進(jìn)行，技術(shù)人員需對(duì)設(shè)備安裝布置進(jìn)行不斷調(diào)整，以適應(yīng)復(fù)雜的施工環(huán)境。

3.4.2 設(shè)備狀態(tài)

1)系統(tǒng)設(shè)備完好程度方面，由于隧道內(nèi)施工環(huán)境復(fù)雜，評(píng)價(jià)周期內(nèi)存在少量傳感器、攝像頭等非關(guān)鍵設(shè)備受損情況，損壞數(shù)量不超過(guò)10%。在發(fā)現(xiàn)損壞后，專業(yè)技術(shù)人員會(huì)在第一時(shí)間進(jìn)行修復(fù)。

2)信號(hào)連接強(qiáng)度方面，由于隧道內(nèi)施工環(huán)境復(fù)雜，空氣潮濕且灰塵大，工程機(jī)械、鋼拱架、鋼網(wǎng)等都會(huì)對(duì)無(wú)線信號(hào)有一定的干擾。據(jù)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)，在評(píng)價(jià)周期內(nèi)，平均1周掉線1次。

3.5 環(huán)境因素風(fēng)險(xiǎn)分析

3.5.1 空間環(huán)境

數(shù)據(jù)采集顯示，粉塵平均體積質(zhì)量為2～4 mg/m3;噪聲強(qiáng)度平均值為60 dB;對(duì)于有害氣體，隧道內(nèi)CO峰值含量不超過(guò)25 mg/m3，平均體積質(zhì)量不超過(guò)20 mg/m3，隧道內(nèi)瓦斯含量極低;平均氣溫為14℃;相對(duì)濕度保持在40% ～50%［12－13］。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線Fig.4 Monitoring data

3.5.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

在頭道穴隧道左線F1K41+700處進(jìn)行激光儀斷面掃描，水平收斂實(shí)測(cè)最大位移為－2.7 mm，拱頂沉降實(shí)測(cè)最大位移為4 mm。頭道穴隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖預(yù)留變形量為5 cm，按規(guī)范要求，可將此預(yù)留變形量作為極限位移［15］。

隧道左線F1K41+710～+770段為Ⅳ級(jí)圍巖段，圍巖具有一定的自穩(wěn)能力，開(kāi)挖后無(wú)明顯的掉塊和坍塌現(xiàn)象，初期支護(hù)無(wú)異常。

3.6 安全評(píng)價(jià)與預(yù)警

通過(guò)對(duì)以上各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的分析，結(jié)合已構(gòu)建的安全評(píng)價(jià)方法，系統(tǒng)逐一檢查各項(xiàng)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)程度，進(jìn)行單項(xiàng)評(píng)價(jià)，再根據(jù)單項(xiàng)評(píng)分計(jì)算加權(quán)評(píng)分，實(shí)現(xiàn)對(duì)頭道穴隧道施工過(guò)程整體安全情況的綜合評(píng)價(jià)。單項(xiàng)評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)以及預(yù)警詳細(xì)情況如表8所示。

表8 安全評(píng)價(jià)與預(yù)警Table 8 Comprehensive evaluation

3.7 施工實(shí)際情況對(duì)比分析

綜合安全評(píng)價(jià)結(jié)果為藍(lán)色預(yù)警，意味著施工方應(yīng)密切注意圍巖動(dòng)向和環(huán)境變化趨勢(shì)，并采取一定的加強(qiáng)措施。其中，主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于有害氣體、圍巖變形和圍巖分級(jí)。該評(píng)價(jià)結(jié)果與當(dāng)時(shí)隧道施工實(shí)際情況基本吻合，隧道施工期間實(shí)際情況如下。

1)監(jiān)理方在檢查時(shí)提出隧道圍巖整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，可正常施工，但應(yīng)密切監(jiān)測(cè)，開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)，盡快閉合，有情況時(shí)隨時(shí)匯報(bào)。

2)勘察方出具的勘察報(bào)告指出:通過(guò)對(duì)洞內(nèi)圍巖的觀察，洞頂、洞身及洞底均為中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大坍塌，側(cè)壁有時(shí)會(huì)失穩(wěn)，需及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，基底基本穩(wěn)定。

3)政府安全生產(chǎn)有關(guān)部門(mén)對(duì)隧道施工進(jìn)行檢查后，認(rèn)為總體情況符合安全規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)達(dá)標(biāo)，并未提出人員安全管理方面的問(wèn)題。

4 結(jié)論與討論

本文提出了一套基于多元信息預(yù)警系統(tǒng)的隧道施工過(guò)程安全評(píng)價(jià)方法，得出以下主要結(jié)論。

1)解決了一般安全評(píng)價(jià)方法的滯后性問(wèn)題，能夠從源頭上識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)隱患，做到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提前預(yù)警。

2)提出了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素與多元信息預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式，能夠全面地、綜合地評(píng)價(jià)安全狀態(tài)，解決了一般評(píng)價(jià)方法的片面性問(wèn)題。

3)提出了一套可實(shí)現(xiàn)施工安全自動(dòng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，所有指標(biāo)可量化、易采集、指向明確，最大限度地減少了人為主觀因素的影響。

4)對(duì)頭道穴隧道施工過(guò)程進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示該隧道施工處于藍(lán)色預(yù)警狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)果與施工實(shí)際情況一致。

本文對(duì)信息化施工安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了初步研究，但該研究課題在諸多方面還有待完善，有以下幾方面值得進(jìn)一步思考和研究。

1)構(gòu)建的隧道施工安全評(píng)價(jià)方法是否具有普適性，即在其他的隧道工程中能否有效評(píng)價(jià)安全狀況，有哪些方面可以適當(dāng)修改，以增強(qiáng)兼容性。

2)隨著多元信息預(yù)警系統(tǒng)在更多工程中的運(yùn)用，每個(gè)工程都會(huì)提供大量的多元信息，從而形成施工大數(shù)據(jù)，如何利用這些大數(shù)據(jù)，怎樣從中提取有效信息來(lái)使評(píng)價(jià)結(jié)果更精確，值得研究和思考。

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