豐寧抽水蓄能電站地下洞室施工安全管理系統研究及應用

顏志恒 史文龍 李軍 陸長亮

（1.中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213；2.華北科技學院，河北廊坊 065201）

0.引言

21世紀科技快速發展，越來越多的科技技術在工程運用，尤其在大型地下洞室開挖過程中運用越來越多。由于大型洞室結構非常復雜，在開挖過程中需要考慮諸多阻礙因素影響施工進度，且洞群體中分布各種單元體結構，每個單元體的施工過程各不相同，每個單元體結構緊密相連，在考慮洞室的施工時，需綜合考慮工程施工人員安全問題、施工過程中由于爆破產生的粉塵與煙霧、不同工作面之間的相互影響程度[1]等原因，如何在洞室施工過程中保證工作人員的安全與施工的可控性，保證施工質量與進度僅僅依靠有限管理人員未能達到目的，因此需要借助科技技術手段作為輔助工具是必不可少的。地下洞室施工監控管理等系統就是一個典型的應用。

諸多學者對地下洞室施工監測系統研究已有一定進展，段杭、任大春等[2]通過對白鶴灘地質分析，研發了安全信息監測系統；陳剛、張平俊等[3]介紹安全監測的每個變化特征，進一步完善安全監測管理系統；丁海、林保真[4]通過數據逐片處理等技術手段，提出了一套較完整的算法，研制了應用軟件，實現了三維工程數據場的顯示和調控。綜上所述，通過對地下洞室全面分析結合科學理論研究方法，分析了地下洞室各方面的因素，統籌各單元體相互之間的關系，將各洞室以經濟合理，施工快速有效緊緊配合在一起[5]。

1.工程概況

豐寧抽水蓄能電站位于地質復雜且山脈較多的豐寧滿族自治縣境內，相距首都北京的直線距離180km，相距承德市的直線距離150km。電站規劃裝機容量3600MW，電站樞紐工程主要組成由各上、下水庫、水道系統、地下廠房、地面開關站、地面排風機房等組成。電站分兩期建設。一期工程裝機容量1800MW，二期工程同一期工程一樣也為1800MW。一期工程主要包括上水庫、下水庫（含攔沙庫和蓄能專用庫）、6臺機組的引水和尾水系統、6臺機組的地下廠房系統、地面開關站、交通洞等，二期工程主要包括另6臺機組的引水和尾水系統以及地下廠房系統。二期工程地下廠房與一期地下廠房連接鏡像布置。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室復雜，電站施工周期長，在施工過程中，施工人員、施工車輛及設備錯綜復雜，極易造成安全隱患，同時，開挖工作面工作環境差，粉塵、爆破煙霧不能及時排除，影響施工人員健康和工程進度，為了確保工作人員安全及施工有效合理，進行地下洞室施工過程監測系統研究及應用尤為重要。

2.地下洞室施工視頻監控系統研究及應用

2.1 視頻監控系統

地下洞室是一個較大的封閉空間，由于工作人員位置、巖體變形量等信息不斷變化，無法準確掌握人員的運行軌跡、圍巖變形量、施工進度等信息，因此安裝視頻監控系統是非常必要的。視頻監控系統通過運用無線網絡技術對點的組網方式來完成地下洞室新建監控點的視頻無線網絡傳輸。通常將新建監控點的視頻通過無線網絡傳輸至就近中繼點，然后通將所有視頻傳輸至數據中心，再通過有線方式傳輸至監控中心。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室方案設計依據《中華人民共和國無線電管理條例》等進行設計規劃，設計模擬分為兩種模式分別為：直行模擬、彎行模擬，其模擬示意圖如圖1所示。從圖1可知：在監控位置布置無線傳輸設備時，無線基站的位置較高，目的是為了避免洞室中各種遮擋物遮住基站的信號源，準確監測地下洞室內人員、施工過程等變化情況，以達到基站傳輸視頻與信息的質量，保證傳輸效率，無線橋網為SU1527-150Mbps-5.8GHz電信級一體。

圖1 模擬示意圖

2.2 地下洞室視頻監控系統應用

地下洞室監測接受機一共為31個，接收機布置對稱均勻，兼顧著各個方面，重點布置應力集中發生頻率較高的地段，為了使監控更加精確室內、外設備均采用高帶寬電信級無線設備，其安全防護等級均支持IP67標準，能夠確保其在室內、外環境長時間使用的需要，符合洞室監控傳輸使用的實際情況。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室設置一個指揮中心，系統控制主要機器在指揮中心，如果地下洞室內部發生異常，系統將會按照優先級進行處理并傳輸到指揮中心。指揮中心能夠了解洞室結構與各單元體動態變化，也能夠實時獲得巖體隨時間變化的變形量，準確且科學有效的掌握洞室內部一切信息，為人員提供安全預測。

3.人員定位同步顯示系統

將LED大屏幕設置在洞室進、出口旁邊，靠近門房或是值班室為佳。屏幕上的內容有：標簽號、姓名、施工進出時間、總人數等，使監管人員不用下到洞室下面去，也不必查看監控室電腦就能及時了解洞室內施工人員情況。

數據服務設備選用的是礦井專用設備，管理主機內主板選用的是特定工控機主板，設備機箱具有較高的散熱功能，系統的建立，能夠有效記錄工作人員進出洞室的時間以及在洞室中運行軌跡，具有科學有效分析能力；如果系統突然出現問題或者故障，洞室工作人員有未按時進出時，在主機電腦上會自動彈出報警提示窗口，提醒工作人員排除故障原因，進行洞室內人員核實，然后實施相關的救援，主機界面及功能要求如下：

（1）管理界面模塊。操作管理人員必須建立相關的驗證賬號與密碼才能進入該管理系統界面，設置管理權限能夠有效的保存數據信息。

（2）顯示區部分。主要的核心部分為顯示區部分，該功能承擔著人員定位系統所有的監測內容；該部分可以顯示地下洞室工作人員的所處的地點，而且能夠詳細的顯示出在某個特定的時間工作人員停留的位置，還可以循環播放工作人員的運行軌跡。

（3）除上述模塊外，該系統還具有動態識別卡管理模塊、人員活動規律管理模塊、報警管理模塊及系統維護模塊。

4.結論

（1）本文通過對豐寧抽水蓄能電站地下洞室群施工監測系統的研究，分析各單元體相互之間的關系及地質條件合理提出一套較完整的安全監測系統。

（2）結合定位裝置同步顯示系統將地下洞室人員具體位置以及何時進入洞室工作清楚的展現在屏幕上；而且將人員定位系統功能合理規劃，為第一時間了解洞室內人員信息提供有利保障，以便實施最為有效的救援工作，使人員傷亡概率降至最低。

（3）各洞室各工序間相互協調，使施工組織設計更加科學，對洞室施工安排合理且組織高效,使各單元體施工工序及機械緊密結合、互相配合，對于加快洞室群施工進度，降低工程造價，保證工程能夠在規定的時間完成，體現了系統工程的理論思想。