信息化技术在隧道施工管理中的应用探讨

杨阁

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南250000）

隧道施工具有较强的隐蔽性、动态性和危险性，其能够顺利推进在一定程度上依赖于施工管理。隧道施工管理工作量大、难度系数高，且在隧道施工中存在安全、质量方面的隐患，如果不加以有效控制，定会造成严重的后果。可见，将信息化技术引入隧道施工管理中非常必要，因其对施工安全风险控制和实现经济效益最大化具有重要意义。下面，笔者主要从从进洞人员定位、有害气体监控、TSP 超前地质预报和施工现场视频监控等方面探讨信息化技术在隧道施工管理中的应用。

1 进洞人员定位系统

在隧道施工中，可建立一种基于计算机、网络技术的定位系统来实时监控进洞人员的状态，继而方便了隧道施工现场人员管理。进洞人员定位系统的工作原理为：由监控中心的主计算机定时采集无线基站数据传感器的数据，由无线数据传感器自动采集识别卡的信息，并传送到监控中心；通过分析处理数据，在主计算机界面上实时反映出移动目标的动态分布，以实现远程数字化管理施工现场的安全状态。进洞人员定位系统的主要功能与其实现见表1。

表1 进洞人员定位系统的主要功能与其实现

应用表明，隧道施工人员定位系统支持随时查询并显示某一施工点人员的基本情况，并记录下相关信息，以督促和落实各巡查、检测和处理工作的开展，继而实现从根本上规避一切人为因素所致的施工事故。

2 有害气体监控系统

在隧道施工中，地质结构被破坏会产生粉尘、气体等危及施工人员健康的有害物质，尤其是当土地被破坏时，地底的气体易泄漏并不断向隧洞蔓延，当有害气体累积到一定程度，将会危及施工人员的健康，甚至引发窒息、中毒和爆炸等事故。为此，隧道施工管理要求切实做好隧洞有害气体检测工作，并通过建立有害气体监控系统来实时监测隧洞内的气体，以保障隧道施工安全。

以瓦斯为例。瓦斯是隧洞内一种有害气体，且当CH4的浓度＞16%时，会引起窒息；当瓦斯浓度达到一定限值后，遇火源会爆炸或燃烧。为了自动监测隧洞内的瓦斯，可建立一套远程无线瓦斯监测系统来实时监测隧洞内的瓦斯、温湿度、风速、H2S 和CO 浓度等参数。该系统由传感器、报警器、断电器、无线网络收发模块和洞口监控中心站等组成。其中，传感器用于向附近无线数据收发模块传送监控数据信号，继续由无线网络模块向综合无线数据接收模块传送数据，最后再利用网络电缆连接数据通讯接口传入工控机，并在洞口LED 屏上实时显示监测数据信号；工控主机在互联网环境下向各管理方实时传送监测数据。为了有效监测瓦斯，要求分别于掌子面、二衬台车、下台阶和分站联络通道安装一个瓦斯传感器，并使探头与掌子面相距＞5m；所有瓦斯传感器全部垂直悬挂安装在隧道断面的上方，且保证与顶板相距≤30cm 及与巷道侧壁相距≥20cm。另外，为了减轻瓦斯灾害损失，要求分别于隧洞进、出口两端的洞壁上安装一台自动断电仪，用以及时在瓦斯浓度超标时报警并断电，即：在瓦斯浓度≥0.75%时，仪器发出报警信号并鸣响；在瓦斯浓度≥1.50%时，马上断电，此时要求马上疏散洞内人员。

3 TSP 超前地质预报系统

为了避免隧道盲目施工及防止发生地质灾害，TSP 超前地质预报系统被广泛应用于隧道施工管理中。TSP 法是一种多波、多分量、高分辨率的地震反射法。其中，在地震波与岩石波阻抗差异界面相遇时，会反射回一部分地震信号，并被地震检波器接收，而后利用TSPwin 软件处理数据，即可掌握隧道工作面的前方地质体情况；一部分会透射入前方介质。

关于TSP 超前地质预报系统，其主要由记录单元、接收器或检波器和TSPwin 软件等组成。其中，TSPwin 软件具有高度智能化特点，可用于数据采集及处理；接收器或检波器可以采用三分量加速度地震检波器，其灵敏度、频率范围、共振频率和操作温度分别为1000mV/G±5%、0.5-5000Hz、9000Hz 和0-65℃，横向灵敏度＞1%；记录单元共有12 道，采用了24 位A/D 转换，其采样间隔、最大记录带宽和动态范围分别为62.5μs/125μs、1808.5ms、8000Hz/4000Hz 和120dB。表2 所示为TSP 超前地质预报系统的设计参数。

表2 TSP 系统设计参数

4 施工现场视频监控系统

在隧道施工管理中，应用视频监控系统具有现实价值，即：重点监视一些重点部位或重点工程，以便及时发现和消除问题；监控中心按需设定录像时长，并支持随时回访或调取施工画面，以方便调查事故原因；利用系统提供的双向语音通讯功能，远程通知施工现场的情况，以制止违章行为和防止发生事故；在互联网环境下，管理人员可随时随地查询施工现场的音频和视频图像，继而实现了对隧道施工质量、安全、进度和成本等的有效管理。

总体来讲，该施工现场视频监控系统由摄像、控制、传输、显示与记录、网络连接五部分组成，即：

摄像部分：摄像部分装设于监视现场，具体选择带云台的高清彩色摄像机、自动光圈变焦镜头、全方位球型云台护罩等，以完成监视区摄像及进行电信号转换；云台时一种支撑设备，用于安装和固定摄像机。

控制部分：鉴于隧道施工现场闭路监控系统的信息处理量较大，一般利用计算机系统操作控制台，并利用专业用户软件管理。传输部分：传输系统主要利用双绞线、光纤或同轴电缆传输视频信号、控制信号，其中较长的隧道优先选择光纤传输信号，因其损坏更小。

显示与记录：在控制室中，安装了视频处理设备、硬盘录像机和监视器等显示与记录设备。

网络连接：在互联网光纤接入的环境下，可利用硬盘录像机远程同步显示监控画面，且如果经过软件授权，也可进行远程操控。另外，隧道施工各管理方均可现场施工画面进行远程监控。

应用表明，隧道施工现场视频监控系统实现了全程实时监控整个隧道的闭路电视系统，有助于及时发现和排除存在的安全隐患。

结束语

隧道施工是现代道路工程建设的重要内容，但其中存在的安全隐患多，所以容易引发施工事故。为了高效管理隧道施工及保障施工安全，一系列信息化技术被引入施工管理中，以期实现隧道施工监测的自动化、实时性和准确性，从而保障隧道施工人员的安全及隧道工程建设的质量。