TBM隧洞施工安全信息化管理探討

文 雯

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊市830000）

近年來，TBM以其安全、高效、對環(huán)境影響小等優(yōu)點在隧洞施工建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。TBM作為隧洞建設的關(guān)鍵設備，且其施工環(huán)境多變、設備復雜、極易出現(xiàn)故障，而TBM的技術(shù)維護人員相對較少，出現(xiàn)故障不能及時解決[1]，因此進行隧洞安全施工信息化管理至關(guān)重要。

目前，研究人員對盾構(gòu)安全施工進行了大量的研究分析。其中，閆文鑫等人對隧道施工人員定位與安全管理系統(tǒng)進行了研究[2~4]；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行了探討[5]，但研究人員對TBM隧洞安全施工信息化管理方面的研究幾乎為零。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動終端的普及，隧洞施工安全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機施工中的各項參數(shù)進行實時監(jiān)控，并對施工人員及隧洞質(zhì)量進行綜合管控，以最大限度地保證施工人員生命安全，高效提高隧洞建設質(zhì)量，并為以后的隧洞建設大數(shù)據(jù)時代打好基礎。

1 施工人員安全生產(chǎn)信息管理

1.1 洞口門禁系統(tǒng)及信息管理

隧洞洞口的安全管理目的在于消除安全隱患和減少隧洞施工事故，這是確保隧洞能夠正常施工的前提。

隧洞洞口門禁系統(tǒng)由翼閘、感應器、人員識別卡、LED控制器、網(wǎng)絡交換機、電腦主機及顯示器、LED顯示屏等組成。翼閘和感應器安裝在洞外距支洞口約25 m處，LED控制器、網(wǎng)絡交換機、主控電腦安裝在洞口調(diào)度室，LED顯示屏安裝在洞外距洞口約40 m位置處。

管理人員可以通過查看洞外顯示屏確定進洞人員數(shù)量、姓名、部門/廠隊、進出洞時間；通過查看車輛進洞信息，可以確定車輛型號、數(shù)量和進出洞時間。由于采用洞口門禁系統(tǒng)，不僅可以準確掌握進洞人員名稱和車輛型號、進洞時間、洞內(nèi)人員和車輛數(shù)量，而且能有效保障施工人員生命財產(chǎn)安全，降低事故率。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)及信息管理

在TBM主梁上下、左右撐靴、所有皮帶機下料口處、主支洞交叉段、生活辦公區(qū)、洞外生產(chǎn)區(qū)、大門口、變電站等施工場所均需設置攝像頭，并將所有攝像動畫實時傳輸至洞口調(diào)度室顯示屏，管理人員可通過查看顯示屏，掌握所有施工動態(tài)情況，及時協(xié)調(diào)處理施工問題。同時應做好影像資料的留存工作，如果施工中出現(xiàn)重大安全事故或隱患，可以通過留存下來的視頻尋找問題、解決問題。目前，現(xiàn)代遠程視頻監(jiān)控和管理系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了實時掌握TBM施工設備推進過程中的各項數(shù)據(jù)，有效解決了工程項目眾多，管理人員不足的問題。

1.3 通訊系統(tǒng)及信息管理

隧洞施工時洞內(nèi)通訊方式有3種，分別為對講機、固定座機電話、電信手機。

1）對講機通訊。在洞外調(diào)度室安裝對講中轉(zhuǎn)臺進行數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，通過光纖傳輸至洞內(nèi)，洞內(nèi)每隔1 600 m~2 000 m左右安裝1臺對講基站和2個八木天線（雙向發(fā)射），TBM機尾和連接橋處分別安裝1臺對講基站和全向天線。

2）固定座機電話通訊。在施工項目部機房安裝電話程控機，在各辦公室、洞內(nèi)外各廠隊值班室、TBM操作室及TBM避險室等安裝座機電話。此外，項目部座機電話通過網(wǎng)線與電話程控機連接，洞內(nèi)外各廠隊座機電話通過光纖與電話程控機連接。

3）電信手機通訊。施工項目部委托當?shù)仉娦殴痉謩e在洞外、主支洞交叉段、TBM設備上安裝信號接收基站。

2 施工安全生產(chǎn)信息管理

2.1 支洞及主洞交通安全管理系統(tǒng)

1）紅綠燈控制系統(tǒng)。在洞外調(diào)度室安裝主控PLC和HMI觸摸屏，并分別在支洞口、錯車避險洞、主支洞交叉口安裝紅綠燈（由RS485繼電器控制）和RFID讀卡器，進洞車輛應配帶有感應芯片，車輛通過RFID讀卡器時，主控PLC將車輛狀態(tài)下發(fā)至紅綠燈，并顯示至HMI觸摸屏。

2）支洞段設置避險錯車洞。在施工時遇到支洞長，縱向坡度大，且TBM施工運輸通道空間較小的路段，為了降低運輸安全風險，支洞布設有避險錯車洞。

3）支洞段設置碰撞緩沖墻。在支洞段進洞右側(cè)每隔100 m設置1處碰撞緩沖墻。緩沖墻為砂袋碼制，每處長約6 m，高約2 m，以降低車輛在緊急情況下的車速，以及車輛失速后的碰撞傷害和事故損失。

4）加強洞內(nèi)照明、反光鏡設置。為改善駕駛員的視力疲勞、辨認車距、改善交通條件，提高道路通行能力和保證交通安全，在洞內(nèi)安裝LED燈，方便施工人員洞內(nèi)行車。

5）設置反光條及霓虹燈。在施工洞內(nèi)的所有運輸、裝載車輛外邊緣四周醒目位置必須張貼反光條，以減少安全事故的發(fā)生。

6）進洞人員必須統(tǒng)一穿戴有反光條的工作服或反光背心，同時穿戴好其它勞動防護用品。

7）支洞段進行道路、皮帶、管路、電路等維修作業(yè)時，必須在作業(yè)區(qū)的上下100 m處的左側(cè)或右側(cè)各放置警示牌。

8）支洞段每隔100 m（防撞墻和電器設備附近），應放置2個3 kg的手提式滅火器（定期檢查滅火器是否有效），用于洞內(nèi)緊急滅火。

9）支洞進洞口應設置進洞告知牌、進洞安全注意事項、支洞交通運輸安全禁令、車輛管理規(guī)定、避險錯車洞位置示意圖等。

10）支洞段應安排有專門巡視皮帶、管路檢查的人員，嚴格限制無關(guān)的人員逗留。

2.2 施工排水安全管理系統(tǒng)

在TBM主洞掘進期間，泵站按四級布設：TBM主梁底部→TBM后配套污水箱→主支洞交叉段上游中轉(zhuǎn)蓄水池→洞外四級沉淀池。

1）自動啟動和控制方式。每級泵站采用液位傳感器實時向PLC傳輸液位狀態(tài)，PLC根據(jù)液位情況控制水泵的起停，控制如圖1示：

圖1 泵站自動控制示意圖

2）每臺水泵均采用了變頻控制系統(tǒng)。變頻控制系統(tǒng)具有很強的保護功能，能使水泵因過載、過流、失速、欠電壓、過電壓等導致水泵損壞時進行及時保護，不引起水泵燒壞。

3）水泵出口安裝多功能閥，支洞段應急排水管路末端有安全閥，防止水錘對泵產(chǎn)生損壞。

2.3 用電安全管理系統(tǒng)

在TBM主梁上方、噴混橋前后端上方、偶數(shù)號臺車靠人行道側(cè)配備主機安全急停按鈕，如遇突涌水、易燃易爆氣體、大型塌方事故等應急情況時，施工人員可將附近的安全急停按鈕拍下，使TBM所有變壓斷電，應急照明等自動投入使用，方便人員逃生。TBM刀盤機頭架等潮濕區(qū)域采用36 V安全電壓照明。臺車等區(qū)域采用低壓安全供電，開關(guān)采用漏電保護開關(guān)，能在發(fā)生故障或漏電的情況下迅速切斷電源。TBM變壓器配置漏電流保護器，能在整機任意處發(fā)生漏電流事故時，使變壓器低壓側(cè)開關(guān)自動跳閘。

2.4 皮帶出渣安全管理系統(tǒng)

在TBM主洞掘進期間，皮帶系統(tǒng)由TBM區(qū)域固定皮帶機、支洞固定皮帶機、主洞連續(xù)皮帶組成。皮帶系統(tǒng)應布置在支洞口，而且在主洞控制柜，TBM控制柜均需配有子站，這樣可以實現(xiàn)皮帶系統(tǒng)的啟停及故障檢測顯示。

在驅(qū)動站、控制柜、主支洞沿線均布置有緊急停車拉線，每隔約250 m布設一個急停動作開關(guān)，緊急情況下可通過拉拽急停拉線停止皮帶機運行。同時在支洞口，主洞控制柜，TBM控制柜處顯示動作開關(guān)位置，便于快速查找異常點。當TBM檢測到皮帶處于停止狀態(tài)時，TBM推進系統(tǒng)終止。

3 結(jié)語

隨著計算機技術(shù)和隧施工技術(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隧洞安全實現(xiàn)管理規(guī)范化、流程標準化、生產(chǎn)高效化和決策科學化創(chuàng)造了有利條件。推動TBM隧洞安全信息化、智能化、標準化已成為實現(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)的分析與計算機信息化相結(jié)合是TBM隧洞施工的必然趨勢。