丰宁抽水蓄能电站地下洞室施工安全管理系统研究及应用

颜志恒 史文龙 李军 陆长亮

（1.中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213；2.华北科技学院，河北廊坊 065201）

0.引言

21世纪科技快速发展，越来越多的科技技术在工程运用，尤其在大型地下洞室开挖过程中运用越来越多。由于大型洞室结构非常复杂，在开挖过程中需要考虑诸多阻碍因素影响施工进度，且洞群体中分布各种单元体结构，每个单元体的施工过程各不相同，每个单元体结构紧密相连，在考虑洞室的施工时，需综合考虑工程施工人员安全问题、施工过程中由于爆破产生的粉尘与烟雾、不同工作面之间的相互影响程度[1]等原因，如何在洞室施工过程中保证工作人员的安全与施工的可控性，保证施工质量与进度仅仅依靠有限管理人员未能达到目的，因此需要借助科技技术手段作为辅助工具是必不可少的。地下洞室施工监控管理等系统就是一个典型的应用。

诸多学者对地下洞室施工监测系统研究已有一定进展，段杭、任大春等[2]通过对白鹤滩地质分析，研发了安全信息监测系统；陈刚、张平俊等[3]介绍安全监测的每个变化特征，进一步完善安全监测管理系统；丁海、林保真[4]通过数据逐片处理等技术手段，提出了一套较完整的算法，研制了应用软件，实现了三维工程数据场的显示和调控。综上所述，通过对地下洞室全面分析结合科学理论研究方法，分析了地下洞室各方面的因素，统筹各单元体相互之间的关系，将各洞室以经济合理，施工快速有效紧紧配合在一起[5]。

1.工程概况

丰宁抽水蓄能电站位于地质复杂且山脉较多的丰宁满族自治县境内，相距首都北京的直线距离180km，相距承德市的直线距离150km。电站规划装机容量3600MW，电站枢纽工程主要组成由各上、下水库、水道系统、地下厂房、地面开关站、地面排风机房等组成。电站分两期建设。一期工程装机容量1800MW，二期工程同一期工程一样也为1800MW。一期工程主要包括上水库、下水库（含拦沙库和蓄能专用库）、6台机组的引水和尾水系统、6台机组的地下厂房系统、地面开关站、交通洞等，二期工程主要包括另6台机组的引水和尾水系统以及地下厂房系统。二期工程地下厂房与一期地下厂房连接镜像布置。

丰宁抽水蓄能电站地下洞室复杂，电站施工周期长，在施工过程中，施工人员、施工车辆及设备错综复杂，极易造成安全隐患，同时，开挖工作面工作环境差，粉尘、爆破烟雾不能及时排除，影响施工人员健康和工程进度，为了确保工作人员安全及施工有效合理，进行地下洞室施工过程监测系统研究及应用尤为重要。

2.地下洞室施工视频监控系统研究及应用

2.1 视频监控系统

地下洞室是一个较大的封闭空间，由于工作人员位置、岩体变形量等信息不断变化，无法准确掌握人员的运行轨迹、围岩变形量、施工进度等信息，因此安装视频监控系统是非常必要的。视频监控系统通过运用无线网络技术对点的组网方式来完成地下洞室新建监控点的视频无线网络传输。通常将新建监控点的视频通过无线网络传输至就近中继点，然后通将所有视频传输至数据中心，再通过有线方式传输至监控中心。

丰宁抽水蓄能电站地下洞室方案设计依据《中华人民共和国无线电管理条例》等进行设计规划，设计模拟分为两种模式分别为：直行模拟、弯行模拟，其模拟示意图如图1所示。从图1可知：在监控位置布置无线传输设备时，无线基站的位置较高，目的是为了避免洞室中各种遮挡物遮住基站的信号源，准确监测地下洞室内人员、施工过程等变化情况，以达到基站传输视频与信息的质量，保证传输效率，无线桥网为SU1527-150Mbps-5.8GHz电信级一体。

图1 模拟示意图

2.2 地下洞室视频监控系统应用

地下洞室监测接受机一共为31个，接收机布置对称均匀，兼顾着各个方面，重点布置应力集中发生频率较高的地段，为了使监控更加精确室内、外设备均采用高带宽电信级无线设备，其安全防护等级均支持IP67标准，能够确保其在室内、外环境长时间使用的需要，符合洞室监控传输使用的实际情况。

丰宁抽水蓄能电站地下洞室设置一个指挥中心，系统控制主要机器在指挥中心，如果地下洞室内部发生异常，系统将会按照优先级进行处理并传输到指挥中心。指挥中心能够了解洞室结构与各单元体动态变化，也能够实时获得岩体随时间变化的变形量，准确且科学有效的掌握洞室内部一切信息，为人员提供安全预测。

3.人员定位同步显示系统

将LED大屏幕设置在洞室进、出口旁边，靠近门房或是值班室为佳。屏幕上的内容有：标签号、姓名、施工进出时间、总人数等，使监管人员不用下到洞室下面去，也不必查看监控室电脑就能及时了解洞室内施工人员情况。

数据服务设备选用的是矿井专用设备，管理主机内主板选用的是特定工控机主板，设备机箱具有较高的散热功能，系统的建立，能够有效记录工作人员进出洞室的时间以及在洞室中运行轨迹，具有科学有效分析能力；如果系统突然出现问题或者故障，洞室工作人员有未按时进出时，在主机电脑上会自动弹出报警提示窗口，提醒工作人员排除故障原因，进行洞室内人员核实，然后实施相关的救援，主机界面及功能要求如下：

（1）管理界面模块。操作管理人员必须建立相关的验证账号与密码才能进入该管理系统界面，设置管理权限能够有效的保存数据信息。

（2）显示区部分。主要的核心部分为显示区部分，该功能承担着人员定位系统所有的监测内容；该部分可以显示地下洞室工作人员的所处的地点，而且能够详细的显示出在某个特定的时间工作人员停留的位置，还可以循环播放工作人员的运行轨迹。

（3）除上述模块外，该系统还具有动态识别卡管理模块、人员活动规律管理模块、报警管理模块及系统维护模块。

4.结论

（1）本文通过对丰宁抽水蓄能电站地下洞室群施工监测系统的研究，分析各单元体相互之间的关系及地质条件合理提出一套较完整的安全监测系统。

（2）结合定位装置同步显示系统将地下洞室人员具体位置以及何时进入洞室工作清楚的展现在屏幕上；而且将人员定位系统功能合理规划，为第一时间了解洞室内人员信息提供有利保障，以便实施最为有效的救援工作，使人员伤亡概率降至最低。

（3）各洞室各工序间相互协调，使施工组织设计更加科学，对洞室施工安排合理且组织高效,使各单元体施工工序及机械紧密结合、互相配合，对于加快洞室群施工进度，降低工程造价，保证工程能够在规定的时间完成，体现了系统工程的理论思想。