信息化技術在隧道施工管理中的應用探討

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、難度系數高，且在隧道施工中存在安全、質量方面的隱患，如果不加以有效控制，定會造成嚴重的后果。可見，將信息化技術引入隧道施工管理中非常必要，因其對施工安全風險控制和實現經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、有害氣體監控、TSP 超前地質預報和施工現場視頻監控等方面探討信息化技術在隧道施工管理中的應用。

1 進洞人員定位系統

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

表1 進洞人員定位系統的主要功能與其實現

應用表明，隧道施工人員定位系統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，繼而實現從根本上規避一切人為因素所致的施工事故。

2 有害氣體監控系統

在隧道施工中，地質結構被破壞會產生粉塵、氣體等危及施工人員健康的有害物質，尤其是當土地被破壞時，地底的氣體易泄漏并不斷向隧洞蔓延，當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控系統來實時監測隧洞內的氣體，以保障隧道施工安全。

以瓦斯為例。瓦斯是隧洞內一種有害氣體，且當CH4的濃度＞16%時，會引起窒息；當瓦斯濃度達到一定限值后，遇火源會爆炸或燃燒。為了自動監測隧洞內的瓦斯，可建立一套遠程無線瓦斯監測系統來實時監測隧洞內的瓦斯、溫濕度、風速、H2S 和CO 濃度等參數。該系統由傳感器、報警器、斷電器、無線網絡收發模塊和洞口監控中心站等組成。其中，傳感器用于向附近無線數據收發模塊傳送監控數據信號，繼續由無線網絡模塊向綜合無線數據接收模塊傳送數據，最后再利用網絡電纜連接數據通訊接口傳入工控機，并在洞口LED 屏上實時顯示監測數據信號；工控主機在互聯網環境下向各管理方實時傳送監測數據。為了有效監測瓦斯，要求分別于掌子面、二襯臺車、下臺階和分站聯絡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 及與巷道側壁相距≥20cm。另外，為了減輕瓦斯災害損失，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，用以及時在瓦斯濃度超標時報警并斷電，即：在瓦斯濃度≥0.75%時，儀器發出報警信號并鳴響；在瓦斯濃度≥1.50%時，馬上斷電，此時要求馬上疏散洞內人員。

3 TSP 超前地質預報系統

為了避免隧道盲目施工及防止發生地質災害，TSP 超前地質預報系統被廣泛應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 軟件處理數據，即可掌握隧道工作面的前方地質體情況；一部分會透射入前方介質。

關于TSP 超前地質預報系統，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，可用于數據采集及處理；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 轉換，其采樣間隔、最大記錄帶寬和動態范圍分別為62.5μs/125μs、1808.5ms、8000Hz/4000Hz 和120dB。表2 所示為TSP 超前地質預報系統的設計參數。

表2 TSP 系統設計參數

4 施工現場視頻監控系統

在隧道施工管理中，應用視頻監控系統具有現實價值，即：重點監視一些重點部位或重點工程，以便及時發現和消除問題；監控中心按需設定錄像時長，并支持隨時回訪或調取施工畫面，以方便調查事故原因；利用系統提供的雙向語音通訊功能，遠程通知施工現場的情況，以制止違章行為和防止發生事故；在互聯網環境下，管理人員可隨時隨地查詢施工現場的音頻和視頻圖像，繼而實現了對隧道施工質量、安全、進度和成本等的有效管理。

總體來講，該施工現場視頻監控系統由攝像、控制、傳輸、顯示與記錄、網絡連接五部分組成，即：

攝像部分：攝像部分裝設于監視現場，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，以完成監視區攝像及進行電信號轉換；云臺時一種支撐設備，用于安裝和固定攝像機。

控制部分：鑒于隧道施工現場閉路監控系統的信息處理量較大，一般利用計算機系統操作控制臺，并利用專業用戶軟件管理。傳輸部分：傳輸系統主要利用雙絞線、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，安裝了視頻處理設備、硬盤錄像機和監視器等顯示與記錄設備。

網絡連接：在互聯網光纖接入的環境下，可利用硬盤錄像機遠程同步顯示監控畫面，且如果經過軟件授權，也可進行遠程操控。另外，隧道施工各管理方均可現場施工畫面進行遠程監控。

應用表明，隧道施工現場視頻監控系統實現了全程實時監控整個隧道的閉路電視系統，有助于及時發現和排除存在的安全隱患。

結束語

隧道施工是現代道路工程建設的重要內容，但其中存在的安全隱患多，所以容易引發施工事故。為了高效管理隧道施工及保障施工安全，一系列信息化技術被引入施工管理中，以期實現隧道施工監測的自動化、實時性和準確性，從而保障隧道施工人員的安全及隧道工程建設的質量。