探讨公路隧道施工安全信息化监控技术

李贻先

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

公路隧道需贯穿各种类型的岩体，施工环境多变，施工勘测覆盖面有限可能导致岩体类型实测数据和施工设计数据不符，增加公路隧道施工安全风险，甚至造成施工人员伤亡等。因此，隧道工程被认为是高速公路项目建设中的高风险工程[1-2]。为提高隧道施工安全性应积极运用先进的信息化监控技术全面开展施工安全信息化管理，保障隧道施工安全[3]。

1 信息化监控技术应用价值

早在1950年，学术界就提出了初步的公路隧道施工安全监控体系。相较于欧美发达国家，我国的施工安全监控技术研究起步晚，相关理论和实践方法不完善，现有施工安全监控技术的监控效果不理想，实践中暴露出很多问题。但随着我国科技的不断进步，信号处理技术、结构振动理论、传感技术等先进理论方法的出现与应用大大丰富了国内公路隧道施工安全信息化监控体系，该领域整体技术水平显著提升[4]。

工程实践表明导致公路隧道施工安全事故的原因主要有：

（1）隧道施工场地狭小，空气不流通，施工设备多。

（2）施工机械设备操作不当容易引发施工安全事故。

（3）开挖作业扰动围岩结构，导致其应力变化，如施工支护不到位易导致隧道塌方、涌水，安全风险大。

（4）公路隧道施工需使用多种电气设备，且布局零散，如临时用电规划不合理及设备管理不到位容易造成设备漏电事故。因此需认真对待公路隧道施工的安全监管，积极运用信息化安全监控技术和设备实时监控施工过程，尽快解决安全隐患，降低公路隧道施工的安全风险。

2 隧道施工安全管理技术分析

2.1 信息化分析策略

公路隧道工程中广泛应用的新奥法体现了工程监测的重要作用。新奥法采用的支护结构形式包括喷射混凝土支护结构、锚杆支护结构等。与常规厚混凝土支护结构扰动围岩的机制不同，新奥法施工技术将岩体视为不间断的介质。公路隧道开挖后，根据岩体破坏机制和规律选择适当时机建立薄壁的柔性支护结构，可紧密贴合隧道围岩，防止围岩结构破坏影响其承载性能，使围岩成为隧道支护结构的主体，围岩和支护构件牢固结合呈整体，可保证隧道结构的稳定性[5]。根据工程测量数据可以判断隧道围岩及支护结构是否稳定，作为隧道施工管理的基本依据。

当前，公路隧道施工信息化安全分析基本步骤包括：

（1）按照施工设计开挖隧道断面，推进掌子面后利用工程测量设备采集施工现场数据，如通过收敛仪采集隧道围岩位移，利用应力盒采集支护结构围岩应力。

（2）根据工程测量数据综合分析围岩、支护结构的变形规律，按照施工设计要求明确公路隧道的围岩、支护结构变形安全阈值。

（3）对比计算分析数值及安全阈值判断公路隧道围岩及支护结构的是否稳定，在此基础上会同施工监理部门共同评估施工安全性，如存在较大安全风险需及时调整施工计划，以控制施工安全风险。

2.2 施工安全性评估指标

公路隧道施工安全信息化监控的关键在于明确合理的施工围岩变形安全阈值，安全阈值是否合理关乎公路隧道施工安全。当前高速公路隧道施工安全评估指标主要包括隧道围岩收敛变形大小、围岩收敛变形速率。

按照相关施工技术规范及施工设计要求规定的安全评价指标阈值评判隧道围岩变形是否可控，支护结构是否稳定，并结合隧道工程施工经验及工程测量数据绘制施工安全评估指标曲线，根据曲线评估围岩结构的变形情况，从而确定施工安全风险等级[6]。

3 信息化监控技术应用

3.1 精确定位应用

通过现代信息技术实时准确定位隧道施工人员，掌握公路隧道施工现场人员分布情况，方便管理人员根据实际情况灵活安排施工人员的布局，以提高施工效率，同时有助于尽快发现施工中存在的人为安全隐患，并提出解决措施。

运用施工人员定位系统可定位施工人员进行岗位考勤管理，了解每一个施工岗位的人员到岗情况。如出现施工安全事故，管理人员可基于定位系统及时掌握施工人员的位置，提高救援效率，保障施工人员的生命健康。

3.2 测量及安全性监控应用

公路隧道施工中，为提高其安全性，需认真开展施工前期准备，如施工现场勘测。因此，施工安全信息化监控体系中，施工测量技术的应用至关重要。通过施工测量技术可以高效采集公路隧道施工现场信息，实时掌握施工现场环境，制定合理的施工设计方案，降低施工安全风险，同时减轻施工安全管理人员的工作压力[7]。

（1）隧道主要采用的施工监控量测技术为新奥法技术，通过长期工程实践应用，新奥法施工技术已从根据施工测量保障施工安全的技术层面逐步完善为基于隧道施工现场水文地质情况的实时勘测指导施工过程，合理调整施工设计方案。

（2）根据公路隧道施工实际需要制定切实可行的工程测量方案，基于实际测量数据采取有效的安全监控方法，通过施工现场地质情况分析及开挖作业质量检验，根据支护结构变形测量数据及隧道围岩状态测量数据评估隧道施工安全风险大小，基于安全评判结果调整隧道施工计划，保证公路隧道施工的高效开展。

（3）利用计算机根据施工测量数据得到隧道围岩位移大小、位移速度曲线，帮助施工人员掌握隧道围岩结构状态及其位移变化，隧道围岩变形是其应力变化后重新构建平衡的过程。在公路隧道施工实践中需实际测量隧道周边及拱顶部位的沉降，观测围岩方向及位移速度是否出现明显变化，最终围岩位移速度趋于稳定。因此，施工管理人员需实时采集隧道洞内外的工程量测数据，根据量测结果合理调整施工计划，保证施工测量数据的实时性、准确性，最大限度地降隧道施工安全风险。

（4）安全性监控设置原则及要求：1）监控点选择必须全面结合现场环境条件、风险等级等相关因素，重点选择在施工危险性较大的部位；2）根据前期工程实践，在隧道口部位布设监控点，所取得的监控效果不太明显，而在隧道内部掌子面位置，由于监控范围较大，获得的信息更多也更能反映现场实际情况；3）根据施工现场的实际地形特征及监控信息传送途径，科学合理地选择监控布设位置，在全面保证监控效果的基础上，尽可能减少监控点布设的数量，从而降低线路布设的难度，并大大降低购置设备的费用；4）在标段项目部构建媒体服务器、转发服务器等系统网络服务器的基础上，全面实现了施工视频监控在安全监控系统内部的信息共享与在项目部、工程管理处等各级客户端的传输，并经分级控制管理系统，实现各级客户端对监控系统的有效控制；5）为确保信息传输的高效性、稳定性和真实性，并最大限度地降低网络宽带占用，每台相机固定占用一路宽带[8]。

3.3 空气监测应用

（1）与高速公路路面工程相比，隧道工程对施工现场的破坏较大，造成的施工环境污染较为严重，其施工产生的大量粉尘和有害气体，对施工人员的健康带来较大威胁。此外，公路隧道施工过程中往往会对施工区域的地质条件造成较大扰动，当隧道围岩支护结构失稳时，施工时产生的扰动可能导致隧道塌方、涌水、崩石，直接对施工人员的生命安全造成威胁。

（2）施工中的部分机械设备产生的有害气体体积累到一定量时会导致施工人员呼吸困难、窒息，严重危害施工人员的生命健康。而利用施工安全信息化监控系统的空气质量监测设备可以实时采集隧道施工现场的空气样本并自动分析空气成分，将分析结果发送到施工安全监控中心，当有害气体浓度达到安全阈值时，系统自动告警，提醒施工安全管理人员及时处置，及时疏散施工人员，保障隧道施工安全。

3.4 语音交互应用

（1）施工安全信息化系统中的语音交互子系统可以实现隧道施工人员之间的高效沟通。

（2）施工时，施工安全管理人员可利用语音交互系统指导施工人员施工，确保施工现场人员严格按照施工设计要求施工，确保施工的规范性。如出现施工安全事故，施工安全管理人员可利用语音交互系统引导现场人员紧急疏散。

4 信息化监控技术的应用

4.1 加强信息化监控技术水平

（1）工程建设领域的信息化建设快速推进，但依然有很多工程公司对工程建设信息化管理重视程度不足，其信息化监控技术水平相对薄弱，缺乏先进的信息化监控设备。

（2）公路隧道工程属于高风险工程，因此，隧道施工应更加重视信息监测技术，确保施工安全信息化监测设施设备满足施工实际需要，落实设备维护保养措施，确保设备运行正常，保证隧道施工安全。

4.2 加强紧急救援和应急功能设计

隧道可移动式监控车利用有线或无线数据网络，将二次衬砌台车周边作业人员的施工区域影像、掌子面及危险性较大部位的影像信息科学高效地传送到安全系统监控中心，并经过分级管控模式传送至项目部工程管控系统及企业安全管控系统，可实现与现场作业人员的语音交流[9]。

（1）为实现在隧道施工状况下合理监控，移动监控车必须进行特殊处理，不仅要配置分辨率相对较高的高清枪式摄像机，还应采取相应的防护措施，确保符合现场实际需要，满足防潮、防水、防震、防尘的要求。

（2）隧道可移动式监控车为更加科学高效地应对突发状况，必须合理配备专用应急通信设备、应急灯、发电机等设施，从而确保在突发事件出现时能够科学应对，保证现场和系统管控中心的正常信息交流。

（3）系统中相关设备必须配置漏电保护设施及应急发电装置，确保在现场电路中断的状况下，监控系统能持续工作3 d以上，从而确保在安全事故发生后能够正常采集并传输相关信息，最大限度保障应急救援实际需要。

（4）当监控系统采集到危险信息时，能够在现场发出警报。当出现安全事故后，控制系统主机能够持续不断地显示事故发生区域、事故种类、事故涉及的人员数量以及相关位置等信息，并能够直接和现场施工人员进行语音通话。

4.3 培养技术人员专业素质

施工安全管理人员担负着保障隧道施工安全的重要职责，施工安全信息化监控系统应用人才的培养是保证公路隧道施工安全管理效果的重要前提。但现阶段国内缺乏优秀的隧道施工安全信息化监控系统应用人才，很多施工管理人员的信息化素养不达标。因此，为保证隧道施工安全管理工作成效，施工企业需充分重视管理人员专业技能培训，提高其信息化素养，帮助其熟练掌握信息化监控技术，充分发挥信息化监控技术的作用。

4.4 积极改变观念

（1）现阶段，隧道工程实践中信息化安全监控技术应用越来越广泛，且成效初显，已成为隧道施工安全管理的重要手段。因此，施工管理人员必须充分重视新技术理论和实践研究，积极推动隧道施工安全管理水平的提升，降低施工安全事故发生率[10]。

（2）相关施工单位和施工管理人员都必须主动转变观念，充分认识到信息化监控技术对于提高隧道施工安全性的关键作用，建立健全相关施工安全监控信息化制度，更充分地发挥信息化监控技术的作用。

5 结论

综合上述，施工安全管理是保障各项工程顺利开展的基本前提。隧道施工安全管理作为高速公路建设的关键，其管理效果直接影响整体施工安全。公路隧道施工安全信息监测技术通过自动化测量、人员定位、实时监测，最大限度地保障施工人员的安全和减少安全事故的发生。在复杂隧道施工环境下，施工人员需结合隧道实际情况对信息监测技术应用存在的问题进行深入研究，不断提高信息监测技术水平，加强技术人员的专业素质培养，充分发挥该技术在隧道施工安全管理中的作用。