信息化技術(shù)在隧道施工管理中的應(yīng)用探討

楊閣

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南250000）

隧道施工具有較強的隱蔽性、動態(tài)性和危險性，其能夠順利推進在一定程度上依賴于施工管理。隧道施工管理工作量大、難度系數(shù)高，且在隧道施工中存在安全、質(zhì)量方面的隱患，如果不加以有效控制，定會造成嚴(yán)重的后果?？梢?，將信息化技術(shù)引入隧道施工管理中非常必要，因其對施工安全風(fēng)險控制和實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化具有重要意義。下面，筆者主要從從進洞人員定位、有害氣體監(jiān)控、TSP 超前地質(zhì)預(yù)報和施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控等方面探討信息化技術(shù)在隧道施工管理中的應(yīng)用。

1 進洞人員定位系統(tǒng)

在隧道施工中，可建立一種基于計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的定位系統(tǒng)來實時監(jiān)控進洞人員的狀態(tài)，繼而方便了隧道施工現(xiàn)場人員管理。進洞人員定位系統(tǒng)的工作原理為：由監(jiān)控中心的主計算機定時采集無線基站數(shù)據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)，由無線數(shù)據(jù)傳感器自動采集識別卡的信息，并傳送到監(jiān)控中心；通過分析處理數(shù)據(jù)，在主計算機界面上實時反映出移動目標(biāo)的動態(tài)分布，以實現(xiàn)遠程數(shù)字化管理施工現(xiàn)場的安全狀態(tài)。進洞人員定位系統(tǒng)的主要功能與其實現(xiàn)見表1。

表1 進洞人員定位系統(tǒng)的主要功能與其實現(xiàn)

應(yīng)用表明，隧道施工人員定位系統(tǒng)支持隨時查詢并顯示某一施工點人員的基本情況，并記錄下相關(guān)信息，以督促和落實各巡查、檢測和處理工作的開展，繼而實現(xiàn)從根本上規(guī)避一切人為因素所致的施工事故。

2 有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)

在隧道施工中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞會產(chǎn)生粉塵、氣體等危及施工人員健康的有害物質(zhì)，尤其是當(dāng)土地被破壞時，地底的氣體易泄漏并不斷向隧洞蔓延，當(dāng)有害氣體累積到一定程度，將會危及施工人員的健康，甚至引發(fā)窒息、中毒和爆炸等事故。為此，隧道施工管理要求切實做好隧洞有害氣體檢測工作，并通過建立有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)來實時監(jiān)測隧洞內(nèi)的氣體，以保障隧道施工安全。

以瓦斯為例。瓦斯是隧洞內(nèi)一種有害氣體，且當(dāng)CH4的濃度＞16%時，會引起窒息；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_到一定限值后，遇火源會爆炸或燃燒。為了自動監(jiān)測隧洞內(nèi)的瓦斯，可建立一套遠程無線瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)來實時監(jiān)測隧洞內(nèi)的瓦斯、溫濕度、風(fēng)速、H2S 和CO 濃度等參數(shù)。該系統(tǒng)由傳感器、報警器、斷電器、無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊和洞口監(jiān)控中心站等組成。其中，傳感器用于向附近無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊傳送監(jiān)控數(shù)據(jù)信號，繼續(xù)由無線網(wǎng)絡(luò)模塊向綜合無線數(shù)據(jù)接收模塊傳送數(shù)據(jù)，最后再利用網(wǎng)絡(luò)電纜連接數(shù)據(jù)通訊接口傳入工控機，并在洞口LED 屏上實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)信號；工控主機在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下向各管理方實時傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)。為了有效監(jiān)測瓦斯，要求分別于掌子面、二襯臺車、下臺階和分站聯(lián)絡(luò)通道安裝一個瓦斯傳感器，并使探頭與掌子面相距＞5m；所有瓦斯傳感器全部垂直懸掛安裝在隧道斷面的上方，且保證與頂板相距≤30cm 及與巷道側(cè)壁相距≥20cm。另外，為了減輕瓦斯災(zāi)害損失，要求分別于隧洞進、出口兩端的洞壁上安裝一臺自動斷電儀，用以及時在瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時報警并斷電，即：在瓦斯?jié)舛取?.75%時，儀器發(fā)出報警信號并鳴響；在瓦斯?jié)舛取?.50%時，馬上斷電，此時要求馬上疏散洞內(nèi)人員。

3 TSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)

為了避免隧道盲目施工及防止發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，TSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于隧道施工管理中。TSP 法是一種多波、多分量、高分辨率的地震反射法。其中，在地震波與巖石波阻抗差異界面相遇時，會反射回一部分地震信號，并被地震檢波器接收，而后利用TSPwin 軟件處理數(shù)據(jù)，即可掌握隧道工作面的前方地質(zhì)體情況；一部分會透射入前方介質(zhì)。

關(guān)于TSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，其主要由記錄單元、接收器或檢波器和TSPwin 軟件等組成。其中，TSPwin 軟件具有高度智能化特點，可用于數(shù)據(jù)采集及處理；接收器或檢波器可以采用三分量加速度地震檢波器，其靈敏度、頻率范圍、共振頻率和操作溫度分別為1000mV/G±5%、0.5-5000Hz、9000Hz 和0-65℃，橫向靈敏度＞1%；記錄單元共有12 道，采用了24 位A/D 轉(zhuǎn)換，其采樣間隔、最大記錄帶寬和動態(tài)范圍分別為62.5μs/125μs、1808.5ms、8000Hz/4000Hz 和120dB。表2 所示為TSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)。

表2 TSP 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

4 施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在隧道施工管理中，應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有現(xiàn)實價值，即：重點監(jiān)視一些重點部位或重點工程，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除問題；監(jiān)控中心按需設(shè)定錄像時長，并支持隨時回訪或調(diào)取施工畫面，以方便調(diào)查事故原因；利用系統(tǒng)提供的雙向語音通訊功能，遠程通知施工現(xiàn)場的情況，以制止違章行為和防止發(fā)生事故；在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，管理人員可隨時隨地查詢施工現(xiàn)場的音頻和視頻圖像，繼而實現(xiàn)了對隧道施工質(zhì)量、安全、進度和成本等的有效管理。

總體來講，該施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像、控制、傳輸、顯示與記錄、網(wǎng)絡(luò)連接五部分組成，即：

攝像部分：攝像部分裝設(shè)于監(jiān)視現(xiàn)場，具體選擇帶云臺的高清彩色攝像機、自動光圈變焦鏡頭、全方位球型云臺護罩等，以完成監(jiān)視區(qū)攝像及進行電信號轉(zhuǎn)換；云臺時一種支撐設(shè)備，用于安裝和固定攝像機。

控制部分：鑒于隧道施工現(xiàn)場閉路監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理量較大，一般利用計算機系統(tǒng)操作控制臺，并利用專業(yè)用戶軟件管理。傳輸部分：傳輸系統(tǒng)主要利用雙絞線、光纖或同軸電纜傳輸視頻信號、控制信號，其中較長的隧道優(yōu)先選擇光纖傳輸信號，因其損壞更小。

顯示與記錄：在控制室中，安裝了視頻處理設(shè)備、硬盤錄像機和監(jiān)視器等顯示與記錄設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)連接：在互聯(lián)網(wǎng)光纖接入的環(huán)境下，可利用硬盤錄像機遠程同步顯示監(jiān)控畫面，且如果經(jīng)過軟件授權(quán)，也可進行遠程操控。另外，隧道施工各管理方均可現(xiàn)場施工畫面進行遠程監(jiān)控。

應(yīng)用表明，隧道施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了全程實時監(jiān)控整個隧道的閉路電視系統(tǒng)，有助于及時發(fā)現(xiàn)和排除存在的安全隱患。

結(jié)束語

隧道施工是現(xiàn)代道路工程建設(shè)的重要內(nèi)容，但其中存在的安全隱患多，所以容易引發(fā)施工事故。為了高效管理隧道施工及保障施工安全，一系列信息化技術(shù)被引入施工管理中，以期實現(xiàn)隧道施工監(jiān)測的自動化、實時性和準(zhǔn)確性，從而保障隧道施工人員的安全及隧道工程建設(shè)的質(zhì)量。