TBM隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控信息化管理研究

文 雯

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊市830000）

近年來，長大距離跨流域調(diào)水工程發(fā)展迅速，TBM以其安全、高效、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)在隧洞施工建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于TBM是隧洞施工的關(guān)鍵設(shè)備，且其工程地質(zhì)環(huán)境多變、設(shè)備復(fù)雜且極易出現(xiàn)故障和安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高[1]，因此，進(jìn)行隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控信息化管理至關(guān)重要。目前，研究人員對盾構(gòu)安全施工進(jìn)行了大量的研究分析，徐浩對隧道施工中安全事故的產(chǎn)生原因及安全管理措施進(jìn)行了探討[2]；陳輝等人對盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)知識管理及信息化進(jìn)行了研究[3，4]，而對TBM施工隧洞工程安全風(fēng)險(xiǎn)防控信息化管理的研究十分少見。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)終端的普及，TBM施工隧洞工程安全風(fēng)險(xiǎn)防控信息化管理已成為一種新的管理模式。通過TBM施工信息化管理平臺，可以對TBM施工中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對施工人員及隧洞質(zhì)量進(jìn)行綜合管控，以最大限度地保證施工人員生命和設(shè)備、工程安全，提高隧洞建設(shè)質(zhì)量，并為以后的隧洞建設(shè)高效大數(shù)據(jù)時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

1 圍巖應(yīng)力、變形安全監(jiān)測與信息處理

1）采用位移反分析方法獲取地應(yīng)力量值和方向。結(jié)合現(xiàn)場地下隧洞掘進(jìn)開挖實(shí)測位移，反演巖體初始應(yīng)力，如圖1所示。在TBM掘進(jìn)中每隔一定距離設(shè)置變形監(jiān)測斷面，對變形監(jiān)測結(jié)果反演分析，獲取TBM施工洞段不同地點(diǎn)的地應(yīng)力量值和方向，反演分析原理如圖2所示。通過反演分析，可以為擠壓變形突涌水、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測分析與控制預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 位移反分析法

圖2 圍巖反演分析原理圖

2）專業(yè)測量人員對已掘進(jìn)開挖洞室進(jìn)行圍巖收斂變形監(jiān)測，并及時(shí)進(jìn)行分析計(jì)算。如超出規(guī)范允許變形量，立即組織人員進(jìn)行應(yīng)急處理。監(jiān)測頻率如表1所示。

表1 圍巖變形監(jiān)測頻率表

2 巖爆安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及信息處理

巖爆是隧洞施工中易出現(xiàn)安全事故，多發(fā)生在新掘進(jìn)的工作面，且往往造成開挖工作面的嚴(yán)重破壞、設(shè)備損壞和人員傷亡，因此，建立巖爆安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是十分有必要的。

巖爆監(jiān)測采用便攜式微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括1個(gè)Paladin數(shù)據(jù)采集儀、6個(gè)加速度傳感器，在監(jiān)測區(qū)域布置3個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面安裝3個(gè)傳感器，斷面間距為30～40m，并根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整，保證至少4個(gè)以上的傳感器正常工作。

3 突涌水安全監(jiān)測預(yù)警及信息處理

3.1 TRT超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

TRT超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，主要由1個(gè)觸發(fā)器、1個(gè)十磅錘、10個(gè)傳感器、11個(gè)無線模塊、1個(gè)基站、一臺主機(jī)構(gòu)成。TRT系統(tǒng)一般布置12個(gè)震源點(diǎn)和10個(gè)傳感器點(diǎn)，震源點(diǎn)布置在接近掌子面的左右邊墻上，分兩排布置，兩排間隔為2米，傳感器點(diǎn)布置在離震源點(diǎn)10～20m的隧洞兩邊墻及拱頂上，分四排布置，每排相隔5m。TRT的震源點(diǎn)和傳感器點(diǎn)采用立體布置方式，使得TRT方法可以定位異常體的三個(gè)維度上的邊界。

3.2 超前地質(zhì)鉆探與TRT技術(shù)結(jié)合探測法

在設(shè)計(jì)地質(zhì)資料的斷層及斷層破碎帶、斷層影響帶，富水洞段時(shí)，可以利用TBM設(shè)備上配備的鉆機(jī)全程進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探，由此，可直觀感知出前方圍巖的破碎和出水情況，結(jié)合二者綜合分析，及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。

4 有害氣體安全監(jiān)控系統(tǒng)及信息處理

4.1 有毒有害、易燃易爆氣體檢測儀器配置情況

在TBM設(shè)備上配置有固定式有毒有害氣體檢測設(shè)備，對包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、氧氣、硫化氫等有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，自動(dòng)記錄檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)氣體檢測超標(biāo)時(shí)，在TBM操作室顯示屏上自動(dòng)報(bào)警。除此之外，施工人員也配置了便攜式有毒有害氣體檢測設(shè)備，定期不定期復(fù)合檢測。

4.2 有毒有害、易燃易爆氣體測點(diǎn)布置及監(jiān)測

TBM自帶設(shè)備實(shí)時(shí)檢測，人工檢測每班不少于3次，時(shí)間為施工前、中、后，主要在機(jī)頭架及作業(yè)區(qū)域；超前鉆孔施工前、施工中、施工后均需檢測，不少于3次。如表2、表3所示。除TBM設(shè)備檢測外，應(yīng)加密人工檢測點(diǎn)及頻次。

表2 TBM設(shè)備人工監(jiān)測、檢測區(qū)檢測頻次、類別對照表

表3 TBM設(shè)備監(jiān)測、檢測區(qū)檢測頻次、類別對照表

4.3 有害氣體洞段施工采取的措施

在施工段出現(xiàn)有害氣體泄露等危險(xiǎn)情況時(shí)，首先要保證施工人員安全。對發(fā)生危險(xiǎn)情況的洞段安排專門檢測人員實(shí)時(shí)進(jìn)行氣體檢測，保證風(fēng)機(jī)正常工作，加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)稀釋，并給相關(guān)作業(yè)人員配置防塵口罩及防毒面具。同時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)、管理人員進(jìn)行防治有害氣體專業(yè)知識和安全知識的培訓(xùn)，掌握有害氣體爆燃條件、預(yù)防措施及滅火器材的使用等安全知識。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和TBM施工隧洞技術(shù)的發(fā)展，信息化以其高知識性、技術(shù)性和智能性等特征為TBM施工隧洞工程安全風(fēng)險(xiǎn)防控實(shí)現(xiàn)管理規(guī)范化、流程標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)高效化和決策科學(xué)化創(chuàng)造了有利條件。有效推動(dòng)TBM隧洞施工安全信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展已成為實(shí)現(xiàn)TBM施工高質(zhì)量發(fā)展的重要選擇和迫切需要。因此，基于大規(guī)模安全管理數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算機(jī)信息化相結(jié)合將是未來TBM隧洞施工的必然趨勢。