寧西二線隧道圍巖監控量測及綜合監控系統的應用

付 新 元

(西安鐵路局，陜西 西安 710054)

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寧西二線隧道圍巖監控量測及綜合監控系統的應用

付 新 元

(西安鐵路局，陜西 西安 710054)

通過分析寧西二線隧道安全施工難點，在全線率先引入了隧道監控量測、安全綜合監控系統等信息化技術，并闡述了隧道安全綜合監控系統的組成與特點，指出采用信息化技術極大地降低了隧道施工階段風險，解決了傳統隧道施工階段圍巖監控量測存在的問題，實現了全線隧道施工“零塌方、零事故”的目標。

隧道，信息化技術，監控量測，安全管理

隨著近年來鐵路建設快速發展，在建鐵路隧道廣泛分布在全國各地，隧道地質復雜，包括了穿越巖溶、斷層、瓦斯、高地應力、軟弱圍巖等不良地質，施工安全風險較大。據統計，2006年—2012年期間，全國鐵路隧道共發生各類安全事故約47起，其中坍方事故32起，占事故總量的68.1%。山區增建二線鐵路洞內作業空間小、人員密集、地質條件復雜多變，極易發生塌方等作業人員傷亡事件，隧道施工階段安全管理成為山區增建二線鐵路安全管控重中之重。

1 項目概況

寧西鐵路增建二線工程(陜西段)新建線路長度183.40 km，新建隧道35座53.341 km，橋隧總長90.372 km，占新建線路長度的49.3%，本段線路地形、地質條件復雜，斷裂構造十分發育，橋隧比重較高，施工安全風險較高。隧道施工多發隧道塌方事故，為有效解決這一安全管理難題，除超前地質預報等手段外，率先引入圍巖監控量測及隧道安全綜合監控信息化技術，杜絕了隧道塌方事件發生，取得良好的安全效益。

2 圍巖監控量測信息化技術

2.1 傳統監控量測存在的問題

1)無法及時掌握和分析現場測量數據及現場變化情況，致使險情處理反應遲緩。

2)無法掌握現場隧道測量數據的真實性，不能為優化和變更設計提供依據，且發生問題后，由于數據的真實性無法追溯。

3)現場檢查存在一定的隨機性，難以全覆蓋，容易出現監管盲區。

2.2 實施隧道圍巖監控量測目的

1)指導隧道施工，確保隧道施工安全，杜絕施作初期支護后因監控量測管理不到位而造成的“關門”事故。

2)杜絕因監控量測管理不到位而造成工程周邊較大影響，保證監測數據的真實性和及時性。

3)確保結構的穩定性，驗證支護結構效果，為支護參數和施工方法的準確性提供依據，為優化和變更設計提供參考意見。

2.3 隧道圍巖量測信息化系統構成

隧道施工監控信息管理平臺(TGMIS)由數據采集系統、服務器系統和客戶系統三部分構成，具體如下：

1)數據采集系統(AS)：安裝于現場便攜智能設備(如手機)上，實現智能設備與測量設備(全站儀)的通訊，并將數據上傳至服務器。

2)服務器數據管理系統(SS)：安裝于服務器端，接收、儲存數據，并自動計算分析，判定是否有預警，展示并發布預警信息。

3)客戶系統：分為移動智能終端數據查詢系統(MS)、PC機數據管理系統(PS)，PC客戶端可以設置隧道斷面及測點布設信息，同時將信息上傳到服務器，待現場實際測量數據上傳到服務器后，可實現數據分析、輸出打印等功能；手機客戶端可以下載測點信息，通過無線藍牙連接全站儀，實現上傳量測數據功能，同時可查看數據、預警信息、預警信息處理情況。

2.4 工作流程

1)在PC機客戶端，設置監測斷面和測點布置圖、預警基準值。

2)將測點信息上傳至寧西二線服務器。

3)采用全站儀對隧道圍巖變形情況進行測量，通過藍牙將數據上傳至數據采集端，數據采集端(手機)下載測點信息。

4)數據上傳至服務器進行數據處理及分析、預警推送。預警信息發送有三種方式:PC機登陸網絡平臺預警提示、移動智能便攜設備(如手機、平板、E人E本)客戶端預警提示、手機短信自動提示。

5)PC機客戶端和移動智能設備客戶端數據利用、預警處理。

2.5 圍巖穩定性的綜合判別及管理

綜合該項目地質、施工條件和施工方法，結合前期量測變形情況等，寧西二線采用變形總量和變形速率對隧道安全進行等級管理，經實踐證明科學有效。

1)位移管理等級(如表1所示)及處置對策。

表1 位移管理等級分級表 mm

正常(綠色)：量測數據以短信形式發送至施工單位技術主管和現場監理手機，現場加強觀測，正常施工。

Ⅱ級預警(黃色)：量測數據黃色預警信息以短信形式發送至施工單位主管領導、監理單位總監以及現場技術人員、監理手機；需引起重視，加強監測，控制步距，加強鎖腳，必要時掛網噴錨混凝土補強等。

Ⅰ級預警(紅色)：量測數據紅色預警信息以短信形式發送至施工單位建設及施工單位主管領導、監理單位總監以及現場技術人員、監理手機；立即停止掌子面掘進，人員撤離現場，建設單位組織設計、施工、監理單位現場研究方案，現場加強監測，必要時采取增設橫、豎支撐，并加強支護，及時調整工法等。

2)變形速率控制。測點位移速率不小于5 mm/d 時，由現場監理工程師與施工單位技術人員和現場負責人進行原因分析和措施處理。當速率連續2 d大于10 mm/d時，由監理單位總監組織項目部技術負責人進行原因分析，制定措施，抄報建設單位。當測點位移速率大于15 mm/d 時，現場暫停施工，建設單位組織設計施工、監理單位進行原因分析，制定措施。

3 隧道施工安全綜合監控系統

為加強該復線項目隧道安全管理工作，時刻掌控洞內外施工情況、人員位置狀況，及時指導突發塌方事故作業人員救援工作，在全線引入隧道施工安全信息化綜合管理系統，為安全生產發揮了至關重要的作用。

3.1 系統構成

隧道安全綜合監控系統由三部分組成，具體功能如下：

1)人員信息識別系統：主要由作業人員信息卡、洞身讀卡機、信息編輯采集設備構成，將作業人員信息(姓名、年齡、工種)通過信息采集設備錄入安全帽內置芯片，洞門口、隧道洞身及臺車位置處分別安裝讀卡器，進入洞內的人員信息可以自動傳輸至控制臺。

2)作業面綜合安全監控系統：主要由360°球形高清防爆攝像機、通訊應答器、有害氣體報警檢測系統等組成，對掌子面至二襯之間施工區域進行實時監控，且可以通過控制臺與掌子面的實時通信能力，遇有爆破作業或突發險情，可由施工人員向控制臺提出申請，然后控制臺操作人員遙控發出提示警報，指揮作業人員撤離。

3)洞口控制系統：主要由控制臺、洞口紅外高清攝像機、LED人員進洞信息屏以及電動伸縮門組成，主控制臺能夠及時反映攝像機所監控到的施工畫面，自動生成洞內人員位置形象圖，并具有即時通信和報警功能，通過呼叫器指導安排現場施工，解決了長大隧道信息溝通困難的問題，同時便于突發事件應急救援。

3.2 隧道安全綜合監控系統特點

此系統特點包括以下幾個方面：

1)人員動態管理：記錄相關人員及設備在掌子面附近的工作時間和工作情況，可監督和落實現場管理人員實地檢查情況，能夠有效防止人為因素造成安全質量事故。

2)區域警戒功能：通過防水板鋪設臺車上安裝的警報裝置能夠發出警報信號，及時通知相關人員避險。

3)實時通訊監控：通過控制臺可控制攝像機拉近視野，對特定部位或工序進行點對點監控，同時管理人員還可利用臺車上安裝的通信設備與洞外聯系，解決了洞內無通信信號，信息傳遞不及時的問題。

4)指導應急救援處置：一旦發生安全事故，特別是“關門式”塌方事故，控制臺可以立即顯示出事故地點的人員數量、人員信息、人員位置等情況，為隨后的搶險救援工作提供幫助。根據事故發生前的視頻記錄還可以為后期事故調查、原因分析提供可靠依據。

4 結語

1)隧道圍巖量測信息化系統利用現代化信息網絡和技術，規避了量測數據人為干預和造假現象，通過準確、及時、自動的信息采集、分析和預警，對異常情況得到及時、快速的響應和處理，杜絕隧道“關門”塌方風險，實現了寧西二線35座隧道施工“零塌方、零死亡”的目標。

2)隧道圍巖監控量測變形量預警值直接影響預警級別及對應工程措施，實際應用中建設單位牽頭組織設計、施工、監理單位進行研究，并經實測資料積累作適當的修正。

3)隧道安全綜合監控系統實際應中對安全監控效果顯著，但也存在無法確定作業人員具體里程、位置，僅能確定區段范圍，影響塌方后人員搜救的時效性，需今后進一步研究予以解決。

[1] TB 10301—2009，鐵路工程基本作業施工安全技術規程[S].

[2] TZ 204—2008，鐵路隧道工程施工技術指南[S].

Application of monitoring and measuring system and comprehensive monitoring system for the surrounding rock of Ning-Xi double railway line

Fu Xinyuan

(Xi’anRailwayBureau,Xi’an710054,China)

Through the analysis on tunnel safety construction difficulty of Ning-Xi double line, in the line firstly introduction to tunnel monitoring measurement, safety comprehensive monitoring system and other information technology, and described the composition and characteristics of tunnel safety comprehensive monitoring system, pointed out that the use of information technology had greatly reduce the risk in tunnel construction section, solved the existing problems of surrounding rock measurement in traditional tunnel construction section, to achieve the goal of full tunnel construction “zero collapse, zero accident”.

tunnel, information technology, monitoring and measurement, safety management

1009-6825(2017)07-0186-03

2016-12-26

付新元(1981- )，男，工程師

U456.3

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