高速公路隧道施工安全信息化監控技術分析

王 坤

（云南云嶺路面工程有限公司，云南 昆明 650020）

公路工程作為我國交通基礎設施建設的關鍵組成部分，其施工質量的好壞直接關乎到我國國民經濟的發展。而隧道工程作為公路工程中十分重要的施工項目，其施工成效直接關系到整體工程的施工質量。由于隧道環境通常較為特殊，其穿越的圍巖種類較多，變化較大，而勘探工作的密度有限，致使隧道圍巖種類的實際檢測數據可能會與設計內容中圍巖種類的數據有所不同[1]，在隧道開挖和圍巖支護過程中，施工通常存在較高的危險性、較強的突發性以及容易造成傷亡事故等特點，被認定為高風險施工工程。造成隧道安全事故的因素主要包括狹小的施工空間、較差的光線與空氣質量、較大的噪音以及較多的施工繁重體力勞動等，同時也可能會因不確定因素影響到正常的施工進度以及施工人員的安全。假若隧道內機械設備的操作缺乏專業性和規范性，則極易引發安全事故。另外，圍巖經隧道開挖勢必會出現一定的損壞，假若施工中不及時予以相應的支護措施，則容易造成塌方、滾石或用水，危險性極高。此外，由于隧道施工涉及的用電設備較多，且較為分散，假若缺乏合理的臨時用電以及設備管理，也會造成設備漏電現象，嚴重威脅到施工人員的安全。為此，在隧道施工過程中應注重隧道施工安全信息化監控技術的應用，全面落實隧道施工全過程的信息化管理，最大程度上保障隧道施工的安全性。

1 信息化監控技術應用價值

隨著公路工程建設力度的不斷加大，施工安全管理問題也備受關注，特別是隧道施工安全管理問題。隧道施工因其特殊的環境因素，包括較小的施工空間、空氣質量較差、噪音大以及光線弱等，都使得隧道施工的危險系數增加，再加上復雜的施工程序以及較高的施工難度，都極易造成安全管理事故，另外隧道施工還存在一定的危險突發性，致使施工安全管理壓力較大。為此，隧道施工必須重視對安全信息化監管技術的應用，實現對隧道施工的全程監控以及實時監控，及時發現和解決施工過程中出現的問題，最大程度上降低安全事故風險發生概率。

道路橋梁隧道安全監控體系在20世紀50年代就已有了一定的發展和應用，但與其他國家相比，我國在該項技術的發展方面起步較晚，相應的理論以及實際措施還較少，監控范圍和內容也較為有限，在實際應用過程中極易出現問題。但隨著我國科技水平的提升以及網絡信息通訊技術的廣泛引用，相繼出現的結構振動理論、信號分析處理技術以及現代傳感技術，均使得隧道施工安全信息化監控技術的理論、結構設計以及施工等方面的技術更為完善和成熟，促使我國隧道施工安全信息化監控技術的水平達到了一個新的層次，全面提升了施工安全管理的效率以及有效性。由此不難發現，信息化監控技術對于隧道施工安全的重要性。

2 隧道施工安全管理技術

2.1 施工安全信息化分析策略

現階段，我國高速公路隧道施工中較為常見的隧道施工技術為新奧法施工技術，其充分體現了量測信息的重要性。該項施工技術的主要支護方式包括錨桿和噴射混凝土，是采用復合式襯砌構架的施工新技術。與傳統隧道施工中的厚壁混凝土結構支護松動圍巖的理論不同，該項技術是將隧道巖體認定為連續介質，基于粘性理論、彈性理論以及塑性理論，結合于巖體開挖隧道后從變位產生至巖體破壞存在時間效應，適時構建柔性、壁薄且能緊貼圍巖的支護結構，以避免對圍巖的原有承載力造成影響，將圍巖本身作為支護結構的關鍵部分，并將圍巖與構件的支護結構形成牢固的支撐環，繼而確保洞室具備長期的穩定性。通過量測信息分析能判斷出隧道施工中圍巖和支護結構是否穩定和安全，對隧道施工時的設計變更以及安全施工有著重要的意義[2]。目前，隧道施工安全信息化分析流程主要為：（1）根據設計方案開挖隧道斷面，在撐子面推進后，選用合適的測量儀表量測隧道施工現場的各類信息，如利用收斂儀和應力盒分別測量出隧道圍巖區域內的位移和支護結構及圍巖應力等；（2）結合量測信息預測分析出隧道圍巖和支護變形情況，并根據公路隧道施工標準以及隧道工程的相關條件，對隧道圍巖和支護結構變形的安全值進行確定；（3）對預測值與安全值的接近度進行比較分析，對隧道圍巖和支護結構的穩定性和安全性進行判斷，假若與安全條件相符則能開展下一道工序，反之則需立即停工，并經相關部門綜合評估隧道施工的安全性，在必要時可通過調整隧道開挖施工工序，甚至是對隧道設計方案進行更改，以確保隧道施工的安全性。

2.2 安全性評估指標

隧道施工圍巖變形安全值的確定是隧道施工安全信息化分析流程中的重要環節，直接關系到隧道施工的安全與否。現階段，高速公路隧道施工中的隧道施工安全性評價指標主要為圍巖收斂變形量和圍巖收斂變形速率。根據相關標準規范中的指標數值來判斷隧道圍巖變形的穩定與否，并根據工程師的施工經驗進行綜合分析判斷。另外，還可結合施工現場量測數據繪制的曲線變化情況來判斷圍巖變形的發展趨勢，從而判斷隧道施工是否安全。此外，拱頂下沉和隧道周邊收斂是隧道施工現場監控量測中最為直接可靠的信息，結合曲線的變化趨勢可分析出圍巖變形趨勢，繼而判斷出隧道施工的安全與否。

3 信息化監控技術在隧道施工中的應用

3.1 人員定位應用

利用互聯網技術（包括無限網絡傳輸、定位軟件、感應芯片和讀卡器等）對隧道施工人員進行精準定位[3]，并實時監控施工人員的分布情況和走動情況等，從而使得隧道施工管理人員能根據施工需求及時對施工人員進行調整，加快施工效率，同時也能及時發現施工過程中出現的安全問題并給予相應的解決方案，實現對施工人員有效管理的同時也能做到責任到人。另外，人員定位系統的應用也具備考勤的功效，能對施工人員的到崗情況予以反饋。此外，一旦發生安全事故，相關人員可根據定位系統及時對施工人員進行救援，最大程度上保障施工人員的生命安全。隧道施工人員管理中通過信息化監控技術的合理利用，實現對施工人員的實時定位監控，全面保障施工人員的安全。

3.2 監測測量應用

為確保隧道工程目標的順利完成，通常需對施工環境進行分析和觀測，為此信息化監控技術中監控量測技術的應用極為重要，通過該項技術的應用能實時獲取隧道施工現場的的環境情況以及施工進度，能有效降低安全事故的發生率，同時也能在一定程度上降低安全管理壓力。目前，我國主要采用的施工監控量測技術為新奧法技術，且經長期實踐，已逐漸將該項技術中“利用量測信息準確保障施工安全”的技術措施發展至采用監控測量動態監測隧道工程的水文地質條件與通過測量圍巖與支護的時空變形、應力以及壓力情況。經信息反饋、對支護參數修正的動態反饋設計與通過信息化施工方式進行合理調整，繼而達到指導施工和調整設計的效用。

（1）通過分析隧道工程的相關地質勘測資料制定科學的監控測量方案，并結合勘測資料數據開展相應的施工、監控、地表觀測、地質預測以及開挖驗證，結合圍巖支護結構受力變形測量和狀態結構觀測，科學判斷出隧道施工的安全與否，并根據實際情況合理調整支護參數與應急參數，從而確保隧道施工的有序開展。

（2）針對在枯地表下沉時測量的基本點埋設數量為2，以便于后期測量的比較，同時針對原始高程標準點的埋設應與附近水準點聯測。第一步，在測點位置挖坑（長×寬×高為20 cm×20 cm×20 cm）；第二步，測量地表，并用混凝土將測量周圍填實。測量時采用的儀器主要為水準儀或全站儀。通過分析監測數據來獲取相關指標，包括周邊相對位移值、周邊位移率和拱頂沉降等。

（3）結合測量結果來對位移測量和位移速度的變化情況進行曲線繪制，經信息反饋后，作業人員能了解到隧道內的圍巖和位移變化情況，同時隧道圍巖的變形過程也體現出了圍巖經應力調整構建新平衡的過程。另外，圍巖的穩定性與變形量均受時間影響。經斷面數據的測量分析和驗證來判斷測量結果的準確性，通過回歸分析獲取位移量與時間的變化曲線，并通過變化規律來獲取圍巖穩定性的特征。在實際隧道施工時應測量隧道周邊和拱頂下沉數據，并觀測圍巖是否改變方向以及位移速度是否有變，通常情況下位移速度最終會趨于穩定。為此，相關人員應認真監測隧道洞內與洞外的觀測數據，并結合實際情況，及時調整錯誤信息，不斷完善設計理念，以確保獲取數據的準確性，根據該類數據開展隧道施工，全面保障隧道施工的安全性。

3.3 空氣監測應用

與常規路面施工相比，隧道的施工對施工環境控制造成的污染較大，施工人員在該種環境下施工所產生的大量粉塵以及有害氣體通常會對施工人員的健康造成一定的影響。隧道施工時，往往會對周圍的地質條件造成一定的干擾，且可能會出現部分有害氣體，當濃度達到一定值時，則將直接威脅到施工人員的生命安全。此外，隧道施工中機械設備的應用也會產生一定的有害氣體，當其達到一定濃度后也會對施工人員的健康產生不利影響，包括呼吸困難、中毒、窒息和嚴重時甚至會發生爆炸。而信息化監控設備中的空氣監測器能通過采集空氣樣本，分析其組成成分，并反饋至監控中心，一旦有害氣體超標達到危險值，則立即發出警報，且經相關技術人員分析檢測信息后，及時指導和疏散施工人員。

3.4 語音交互應用

語音對講系統在信息化監控系統中較為常見，其有助于施工人員之間以及施工人員與管理人員之間的溝通交流。在隧道施工過程中，安全管理人員可通過語音對講系統科學指導施工人員開展施工，提高施工的規范性以及安全性。在發生安全事故時，管理人員也可通過該系統來及時指導和疏散施工人員。

4 信息化監控技術應用建議

4.1 提高信息化監控技術水平

雖然目前信息化技術在建設行業得以廣泛應用，但大多數工程企業還未對其予以足夠的重視，信息化監控技術整體水平較低，配套設備也較為老舊，且缺乏合理性。隧道施工作為一項注重安全的施工項目，必須提高對信息化監控技術的重視，確保信息化監控設施設備滿足實際施工需求，并落實相應的維修和養護措施，全面保障隧道施工的安全性。

4.2 培養應用人員專業素養

隧道施工安全管理人員是隧道安全施工管理信息化監控技術應用的重要前提保障。然而，目前在隧道施工安全管理中，管理人員對信息化監控技術的掌握還并不熟練，且其自身的能力水平也達不到標準，為確保安全管理工作的順利開展，安全管理人員必須重視自身專業技術能力的提升，熟練掌握信息化監控技術，并應用于實際隧道安全施工管理中，充分發揮信息化監控技術的作用。

4.3 轉變認知

雖然信息化監控技術已在隧道施工安全管理中取得了一定的成效，但相關部門領導對該項技術的了解不夠深入。目前，信息化監控技術已成為隧道施工安全管理不可或缺的重要組成部分，假若忽視該項技術的應用，勢必會對隧道施工的安全性造成嚴重影響，致使安全事故問題增多。為此，相關部門必須轉變認知，充分認識到信息化監控技術的重要性，制定相應的規范制度，提升信息化監控技術的應用效益。

5 結束語

安全生產施工是各項工程開展的首要條件，隧道作為高速公路重要的組成部分，其安全與否直接關乎到整體工程的安全性。而高速公路隧道施工安全信息化監控技術，是通過其具備的監控量測技術、隧道施工人員的定位監控技術以及隧道內空氣的實時檢測技術，全面保障隧道施工人員施工的安全，最大程度上減少安全事故。此外，由于高速公路隧道施工環境較為復雜，整體施工難度較大以及施工安全性較低，針對目前隧道施工安全管理中信息化監控技術應用存在的問題，相關部門和人員應不斷提升信息化監控技術水平，加強相關作業人員的專業素質水平，并提高對信息化監控技術的重視，制定相應的制度，充分發揮出該項技術在隧道施工安全管理中的作用。