隧道施工多元信息預警與安全管理系統研究

摘要：文章對隧道施工中自動采集多遠信息等方法與技術進行了探討，將安全管理、通訊視頻、多種傳感器數據采集、人機定位、3維激光掃描等無線技術集成一體，實現了采集與綜合分析選測斷面多種傳感器無線數據，同時還實現了定位管理車輛與掌子面人員、穩定性監測掌子面、編錄分析與顯示、實施采集掌子面圖像等。在專家經驗、分析計算、多元信息預警的基礎上，配合警燈鳴笛、有源定位卡以及系統通訊卡，進行安全信息提示，構建隧道施工多元信息全方位完全保障體系，在發生危險時，將人員及時疏導撤離、并啟動預警應急預案。該系統對提高隧道施工安全度、直觀高校施工現場管理具有著十分重要的作用。

關鍵詞：安全管理；預警；多元信息；隧道工程

伴隨我國社會經濟和科學技術水平的不斷提高，信息化施工已經廣泛應用于隧道工程中，要確保施工安全及質量就需要采用實時監測。在現代隧道施工中，通信技術和計算機網絡技術實現了遙控化的遠程監控，其將采集和反饋信息的效率大大提升、規避施工沖突，可同時檢測多項施工內容。為了應對地下隧道施工惡劣環境，應實時掌握施工現場信息，對信息的監測與反饋提出了較高要求，在改善與優化施工方法后，才能夠確保施工的順利開展。為了確保監測數據的及時性與正確性，應采用自動監測，這樣，如果量測數據一旦超出預警值范圍，可觸發系統立即報警。在監控量測內容中中，采用計算機軟件代替傳統的人工后處理，可以避免對監測實時性產生影響，系統自動化的反饋、分析、處理，可以有效監測紛繁數據，提高工作處理效率。為了將上述功能有效運用、實現于隧道施工中，文章介紹隧道施工多元信息預警與安全管理系統，以自動監測隧道施工、確保隧道施工安全性。

1、安全管理系統

隧道施工多元信息預警與安全管理系統保護了專業分析、圖形顯示、工程管理、用戶管理等。

1.1專家系統

設計巖土工程模型主要包括三個方面，一是僅憑借專家知識和工程類比經驗描述；二是利用數學方法進行描述；三是基于以上兩點。以上述三類為前提，來設計動態的、能力系統。如自動生成設計模型的能力應在動態設計中體現出來。動態設計建模技術重點：①求解技術，包括采用模糊優化設計、隨機變量設計、參數設計等各種人工智能方法以及數學方法對方案設計問題進行求解。②專家系統，為進一步落實決策過程的自動控制以及工程策略的自動優化選擇，必須借助邏輯思維、知識和專家經驗。③建立工程關聯數據庫和經驗數學規劃方法，以及參照巖土體失穩準則等。

1.2專業分析

系統軟件主要的工作就是對數據的專業分析與處理。隧道多元信息按照一定頻率采集信號，從而使大量的多元數據形成。隧道施工多元信息預警與安全管理系統的專業處理內容如下：分析有限元、分析極限應變、分析灰色系統、以及分析回歸。

1.3定位管理人員及設備

為了對機械、整體隧道人員、工作面等分布情況進行實時掌握，應實行人員考勤管理、對機械設備和現場隧道施工人員位置分布展開實時了解。這樣施工管理層才能及時掌握并合理調度和安排勞動力、施工進度等情況。為了最大限度地為事故后救援工作提供幫助，在隧道發生事故或進入紅色警報后，將現場人員分布信息、詳情有效提供。

1.4災害預警

無論施工方案如何精準與安全，都必須對施工中可能出現的客觀、主觀原因以及諸多風險產生的影響預先進行考慮。當施工環境較為復雜，通過不斷地轉化與積累，造成安全隱患的次要因素可能會上升成為主要因素。因此，在隧道施工中十分有必要研究災害預案。以下述內容為原則編寫錄入隧道施工多元信息預警與安全管理系統中。將可能發生的事故以及后果做一明確；各方的應急職責；經費保障、物資、設施、設備、人員等的應急資源；應急措施；指揮與協調應急行動；恢復現場；法律法規的要求、管理預案等其他工作的處理。

1.5參與平臺

信息化設計就是對原設計的科學性、合理性根據施工過程中的監測和調查進行論證，也稱之為動態設計。在隧道施工過程中將動態設計方法有效應用，開展現場量測，并將有關支護系統工作狀態以及圍巖穩定性等信息得到，之后向支護和決策系統的設計反饋該信息。我國動態設計存在問題包括：①CAD技術、網絡技術以及動態設計沒有相容；②動態設計系統的實用性、可操作性較弱，且體系有待完善；③難于推廣、使用范圍太過局限。隧道施工多元信息預警與安全管理系統利用管理技術、施工、設計、網絡、計算機、通信等，創建起信息反饋、處理分析、采集信息為一身的局域網，通過與英特爾的連接，該局域網實現施工方、設計方、監理方與業主相互間進行遠程通信、與訪問的系統。

2、多元信息預警

隧道施工多元信息預警與安全管理系統為保障隧道施工安全與合理設計，根據測點閥值或預設標準值的不同，多元信息預警實現監測項目自動預警功能，并對如下監測項目提供支持：①視頻，將無線攝像頭安裝于隧道內需要區域，通過多功能采集器，視頻信息被發送往無線基站，現場辦公室與無線基站相連接，可對施工現場情況及時掌握。②聲音，用于施工掌子面與主控制臺之前的指揮、調配、通訊交互控制等。③施工，包括鉆孔位移計、鋼絲式位移計、多點桿式位移計等位移；以及錨桿軸力、支柱壓力計、孔隙水壓力計、鋼筋應立計、壓力盒等應力。④照度、風速、濕度、溫度等環境類項目。⑤粉塵濃度、相對靜壓、風壓、煙霧濃度、CO濃度、瓦斯等安全類項目。⑥其他有關數據等的輔助類項目。

3、主要系統功能

隧道施工多元信息預警與安全管理系統主要實現功能包括：測量周邊位移；測量拱頂下沉；安裝就位輔助設備與放炮眼位置；穩定性監測預警掌子面；視頻拍照掌子面；為監測單位、監理單位、施工方、設計方、建設方提供多元信息共享；通過鳴笛、警燈進行4級預警報；隧道內通訊可利用已有基站實現；無線監測預警數字類、開關量類、電壓電流類、頻率類的各種選測端面傳感器；后臺通訊與定位人員、設備；二襯厚度可通過二次掃描實現；掃描斷面。可以說在隧道施工過程中，隧道施工多元信息預警與安全管理系統組合采用了視頻監控、施工管理、多種傳感器數據的采集、人機定位以及3維激光掃描等技術，能夠采集、分析實施監測數據，定位管理車輛與掌子面人員、實時顯示與分析掌子面圖像等，實現了隧道施工的全方位控制。

結束語

為大力推進我國隧道工程技術，有機結合了安全管理、動態設計方法、隧道工程檢測技術等，并創建了隧道施工多元信息預警與安全管理系統。該系統對隧道已有的專家經驗、專家分析、超前預報信息、設計、勘察等進行有效利用，從而準確地評價了隧道施工狀態，對于不同情況的危險程度，從位于采集器和各無線基站上的警報器、分級預警指示燈進行預警。該系統應用與隧道施工中能夠有效降低發生災害的概率，提醒和預防類型不同的災害。在實際隧道工程施工中，一體化了監測數據、通訊、視頻、人員設備定位等，全方位分析隧道數據，從而實現安全管理，確保了隧道施工的安全性。

參考文獻：

[1]李利平，李術才，陳軍，李景龍，許振浩，石少帥. 基于巖溶突涌水風險評價的隧道施工許可機制及其應用研究[J].巖石力學與工程學報，2011（7）.

[2]李術才，薛翊國，張慶松，李樹忱，李利平，孫克國，葛顏慧，蘇茂鑫，鐘世航，李貅. 高風險巖溶地區隧道施工地質災害綜合預報預警關鍵技術研究[J].巖石力學與工程學報，2010（7）.

[3]李鵬飛，張頂立，趙勇，周燁，房倩，張翾. 大斷面黃土隧道二次襯砌受力特性研究[J]. 巖石力學與工程學報，2010（25）.