高速公路隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)分析

王 坤

（云南云嶺路面工程有限公司，云南 昆明 650020）

公路工程作為我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵組成部分，其施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)乎到我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而隧道工程作為公路工程中十分重要的施工項(xiàng)目，其施工成效直接關(guān)系到整體工程的施工質(zhì)量。由于隧道環(huán)境通常較為特殊，其穿越的圍巖種類較多，變化較大，而勘探工作的密度有限，致使隧道圍巖種類的實(shí)際檢測數(shù)據(jù)可能會與設(shè)計(jì)內(nèi)容中圍巖種類的數(shù)據(jù)有所不同[1]，在隧道開挖和圍巖支護(hù)過程中，施工通常存在較高的危險(xiǎn)性、較強(qiáng)的突發(fā)性以及容易造成傷亡事故等特點(diǎn)，被認(rèn)定為高風(fēng)險(xiǎn)施工工程。造成隧道安全事故的因素主要包括狹小的施工空間、較差的光線與空氣質(zhì)量、較大的噪音以及較多的施工繁重體力勞動等，同時(shí)也可能會因不確定因素影響到正常的施工進(jìn)度以及施工人員的安全。假若隧道內(nèi)機(jī)械設(shè)備的操作缺乏專業(yè)性和規(guī)范性，則極易引發(fā)安全事故。另外，圍巖經(jīng)隧道開挖勢必會出現(xiàn)一定的損壞，假若施工中不及時(shí)予以相應(yīng)的支護(hù)措施，則容易造成塌方、滾石或用水，危險(xiǎn)性極高。此外，由于隧道施工涉及的用電設(shè)備較多，且較為分散，假若缺乏合理的臨時(shí)用電以及設(shè)備管理，也會造成設(shè)備漏電現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅到施工人員的安全。為此，在隧道施工過程中應(yīng)注重隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，全面落實(shí)隧道施工全過程的信息化管理，最大程度上保障隧道施工的安全性。

1 信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

隨著公路工程建設(shè)力度的不斷加大，施工安全管理問題也備受關(guān)注，特別是隧道施工安全管理問題。隧道施工因其特殊的環(huán)境因素，包括較小的施工空間、空氣質(zhì)量較差、噪音大以及光線弱等，都使得隧道施工的危險(xiǎn)系數(shù)增加，再加上復(fù)雜的施工程序以及較高的施工難度，都極易造成安全管理事故，另外隧道施工還存在一定的危險(xiǎn)突發(fā)性，致使施工安全管理壓力較大。為此，隧道施工必須重視對安全信息化監(jiān)管技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對隧道施工的全程監(jiān)控以及實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工過程中出現(xiàn)的問題，最大程度上降低安全事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

道路橋梁隧道安全監(jiān)控體系在20世紀(jì)50年代就已有了一定的發(fā)展和應(yīng)用，但與其他國家相比，我國在該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方面起步較晚，相應(yīng)的理論以及實(shí)際措施還較少，監(jiān)控范圍和內(nèi)容也較為有限，在實(shí)際應(yīng)用過程中極易出現(xiàn)問題。但隨著我國科技水平的提升以及網(wǎng)絡(luò)信息通訊技術(shù)的廣泛引用，相繼出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)振動理論、信號分析處理技術(shù)以及現(xiàn)代傳感技術(shù)，均使得隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)的理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工等方面的技術(shù)更為完善和成熟，促使我國隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)的水平達(dá)到了一個(gè)新的層次，全面提升了施工安全管理的效率以及有效性。由此不難發(fā)現(xiàn)，信息化監(jiān)控技術(shù)對于隧道施工安全的重要性。

2 隧道施工安全管理技術(shù)

2.1 施工安全信息化分析策略

現(xiàn)階段，我國高速公路隧道施工中較為常見的隧道施工技術(shù)為新奧法施工技術(shù)，其充分體現(xiàn)了量測信息的重要性。該項(xiàng)施工技術(shù)的主要支護(hù)方式包括錨桿和噴射混凝土，是采用復(fù)合式襯砌構(gòu)架的施工新技術(shù)。與傳統(tǒng)隧道施工中的厚壁混凝土結(jié)構(gòu)支護(hù)松動圍巖的理論不同，該項(xiàng)技術(shù)是將隧道巖體認(rèn)定為連續(xù)介質(zhì)，基于粘性理論、彈性理論以及塑性理論，結(jié)合于巖體開挖隧道后從變位產(chǎn)生至巖體破壞存在時(shí)間效應(yīng)，適時(shí)構(gòu)建柔性、壁薄且能緊貼圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以避免對圍巖的原有承載力造成影響，將圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，并將圍巖與構(gòu)件的支護(hù)結(jié)構(gòu)形成牢固的支撐環(huán)，繼而確保洞室具備長期的穩(wěn)定性。通過量測信息分析能判斷出隧道施工中圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和安全，對隧道施工時(shí)的設(shè)計(jì)變更以及安全施工有著重要的意義[2]。目前，隧道施工安全信息化分析流程主要為：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)方案開挖隧道斷面，在撐子面推進(jìn)后，選用合適的測量儀表量測隧道施工現(xiàn)場的各類信息，如利用收斂儀和應(yīng)力盒分別測量出隧道圍巖區(qū)域內(nèi)的位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖應(yīng)力等；（2）結(jié)合量測信息預(yù)測分析出隧道圍巖和支護(hù)變形情況，并根據(jù)公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)以及隧道工程的相關(guān)條件，對隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的安全值進(jìn)行確定；（3）對預(yù)測值與安全值的接近度進(jìn)行比較分析，對隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行判斷，假若與安全條件相符則能開展下一道工序，反之則需立即停工，并經(jīng)相關(guān)部門綜合評估隧道施工的安全性，在必要時(shí)可通過調(diào)整隧道開挖施工工序，甚至是對隧道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更改，以確保隧道施工的安全性。

2.2 安全性評估指標(biāo)

隧道施工圍巖變形安全值的確定是隧道施工安全信息化分析流程中的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到隧道施工的安全與否。現(xiàn)階段，高速公路隧道施工中的隧道施工安全性評價(jià)指標(biāo)主要為圍巖收斂變形量和圍巖收斂變形速率。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的指標(biāo)數(shù)值來判斷隧道圍巖變形的穩(wěn)定與否，并根據(jù)工程師的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析判斷。另外，還可結(jié)合施工現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制的曲線變化情況來判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢，從而判斷隧道施工是否安全。此外，拱頂下沉和隧道周邊收斂是隧道施工現(xiàn)場監(jiān)控量測中最為直接可靠的信息，結(jié)合曲線的變化趨勢可分析出圍巖變形趨勢，繼而判斷出隧道施工的安全與否。

3 信息化監(jiān)控技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

3.1 人員定位應(yīng)用

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（包括無限網(wǎng)絡(luò)傳輸、定位軟件、感應(yīng)芯片和讀卡器等）對隧道施工人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位[3]，并實(shí)時(shí)監(jiān)控施工人員的分布情況和走動情況等，從而使得隧道施工管理人員能根據(jù)施工需求及時(shí)對施工人員進(jìn)行調(diào)整，加快施工效率，同時(shí)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的安全問題并給予相應(yīng)的解決方案，實(shí)現(xiàn)對施工人員有效管理的同時(shí)也能做到責(zé)任到人。另外，人員定位系統(tǒng)的應(yīng)用也具備考勤的功效，能對施工人員的到崗情況予以反饋。此外，一旦發(fā)生安全事故，相關(guān)人員可根據(jù)定位系統(tǒng)及時(shí)對施工人員進(jìn)行救援，最大程度上保障施工人員的生命安全。隧道施工人員管理中通過信息化監(jiān)控技術(shù)的合理利用，實(shí)現(xiàn)對施工人員的實(shí)時(shí)定位監(jiān)控，全面保障施工人員的安全。

3.2 監(jiān)測測量應(yīng)用

為確保隧道工程目標(biāo)的順利完成，通常需對施工環(huán)境進(jìn)行分析和觀測，為此信息化監(jiān)控技術(shù)中監(jiān)控量測技術(shù)的應(yīng)用極為重要，通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能實(shí)時(shí)獲取隧道施工現(xiàn)場的的環(huán)境情況以及施工進(jìn)度，能有效降低安全事故的發(fā)生率，同時(shí)也能在一定程度上降低安全管理壓力。目前，我國主要采用的施工監(jiān)控量測技術(shù)為新奧法技術(shù)，且經(jīng)長期實(shí)踐，已逐漸將該項(xiàng)技術(shù)中“利用量測信息準(zhǔn)確保障施工安全”的技術(shù)措施發(fā)展至采用監(jiān)控測量動態(tài)監(jiān)測隧道工程的水文地質(zhì)條件與通過測量圍巖與支護(hù)的時(shí)空變形、應(yīng)力以及壓力情況。經(jīng)信息反饋、對支護(hù)參數(shù)修正的動態(tài)反饋設(shè)計(jì)與通過信息化施工方式進(jìn)行合理調(diào)整，繼而達(dá)到指導(dǎo)施工和調(diào)整設(shè)計(jì)的效用。

（1）通過分析隧道工程的相關(guān)地質(zhì)勘測資料制定科學(xué)的監(jiān)控測量方案，并結(jié)合勘測資料數(shù)據(jù)開展相應(yīng)的施工、監(jiān)控、地表觀測、地質(zhì)預(yù)測以及開挖驗(yàn)證，結(jié)合圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形測量和狀態(tài)結(jié)構(gòu)觀測，科學(xué)判斷出隧道施工的安全與否，并根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)與應(yīng)急參數(shù)，從而確保隧道施工的有序開展。

（2）針對在枯地表下沉?xí)r測量的基本點(diǎn)埋設(shè)數(shù)量為2，以便于后期測量的比較，同時(shí)針對原始高程標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)應(yīng)與附近水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測。第一步，在測點(diǎn)位置挖坑（長×寬×高為20 cm×20 cm×20 cm）；第二步，測量地表，并用混凝土將測量周圍填實(shí)。測量時(shí)采用的儀器主要為水準(zhǔn)儀或全站儀。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)來獲取相關(guān)指標(biāo)，包括周邊相對位移值、周邊位移率和拱頂沉降等。

（3）結(jié)合測量結(jié)果來對位移測量和位移速度的變化情況進(jìn)行曲線繪制，經(jīng)信息反饋后，作業(yè)人員能了解到隧道內(nèi)的圍巖和位移變化情況，同時(shí)隧道圍巖的變形過程也體現(xiàn)出了圍巖經(jīng)應(yīng)力調(diào)整構(gòu)建新平衡的過程。另外，圍巖的穩(wěn)定性與變形量均受時(shí)間影響。經(jīng)斷面數(shù)據(jù)的測量分析和驗(yàn)證來判斷測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過回歸分析獲取位移量與時(shí)間的變化曲線，并通過變化規(guī)律來獲取圍巖穩(wěn)定性的特征。在實(shí)際隧道施工時(shí)應(yīng)測量隧道周邊和拱頂下沉數(shù)據(jù)，并觀測圍巖是否改變方向以及位移速度是否有變，通常情況下位移速度最終會趨于穩(wěn)定。為此，相關(guān)人員應(yīng)認(rèn)真監(jiān)測隧道洞內(nèi)與洞外的觀測數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整錯誤信息，不斷完善設(shè)計(jì)理念，以確保獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，根據(jù)該類數(shù)據(jù)開展隧道施工，全面保障隧道施工的安全性。

3.3 空氣監(jiān)測應(yīng)用

與常規(guī)路面施工相比，隧道的施工對施工環(huán)境控制造成的污染較大，施工人員在該種環(huán)境下施工所產(chǎn)生的大量粉塵以及有害氣體通常會對施工人員的健康造成一定的影響。隧道施工時(shí)，往往會對周圍的地質(zhì)條件造成一定的干擾，且可能會出現(xiàn)部分有害氣體，當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，則將直接威脅到施工人員的生命安全。此外，隧道施工中機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用也會產(chǎn)生一定的有害氣體，當(dāng)其達(dá)到一定濃度后也會對施工人員的健康產(chǎn)生不利影響，包括呼吸困難、中毒、窒息和嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生爆炸。而信息化監(jiān)控設(shè)備中的空氣監(jiān)測器能通過采集空氣樣本，分析其組成成分，并反饋至監(jiān)控中心，一旦有害氣體超標(biāo)達(dá)到危險(xiǎn)值，則立即發(fā)出警報(bào)，且經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員分析檢測信息后，及時(shí)指導(dǎo)和疏散施工人員。

3.4 語音交互應(yīng)用

語音對講系統(tǒng)在信息化監(jiān)控系統(tǒng)中較為常見，其有助于施工人員之間以及施工人員與管理人員之間的溝通交流。在隧道施工過程中，安全管理人員可通過語音對講系統(tǒng)科學(xué)指導(dǎo)施工人員開展施工，提高施工的規(guī)范性以及安全性。在發(fā)生安全事故時(shí)，管理人員也可通過該系統(tǒng)來及時(shí)指導(dǎo)和疏散施工人員。

4 信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用建議

4.1 提高信息化監(jiān)控技術(shù)水平

雖然目前信息化技術(shù)在建設(shè)行業(yè)得以廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)工程企業(yè)還未對其予以足夠的重視，信息化監(jiān)控技術(shù)整體水平較低，配套設(shè)備也較為老舊，且缺乏合理性。隧道施工作為一項(xiàng)注重安全的施工項(xiàng)目，必須提高對信息化監(jiān)控技術(shù)的重視，確保信息化監(jiān)控設(shè)施設(shè)備滿足實(shí)際施工需求，并落實(shí)相應(yīng)的維修和養(yǎng)護(hù)措施，全面保障隧道施工的安全性。

4.2 培養(yǎng)應(yīng)用人員專業(yè)素養(yǎng)

隧道施工安全管理人員是隧道安全施工管理信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用的重要前提保障。然而，目前在隧道施工安全管理中，管理人員對信息化監(jiān)控技術(shù)的掌握還并不熟練，且其自身的能力水平也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，為確保安全管理工作的順利開展，安全管理人員必須重視自身專業(yè)技術(shù)能力的提升，熟練掌握信息化監(jiān)控技術(shù)，并應(yīng)用于實(shí)際隧道安全施工管理中，充分發(fā)揮信息化監(jiān)控技術(shù)的作用。

4.3 轉(zhuǎn)變認(rèn)知

雖然信息化監(jiān)控技術(shù)已在隧道施工安全管理中取得了一定的成效，但相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)對該項(xiàng)技術(shù)的了解不夠深入。目前，信息化監(jiān)控技術(shù)已成為隧道施工安全管理不可或缺的重要組成部分，假若忽視該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，勢必會對隧道施工的安全性造成嚴(yán)重影響，致使安全事故問題增多。為此，相關(guān)部門必須轉(zhuǎn)變認(rèn)知，充分認(rèn)識到信息化監(jiān)控技術(shù)的重要性，制定相應(yīng)的規(guī)范制度，提升信息化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用效益。

5 結(jié)束語

安全生產(chǎn)施工是各項(xiàng)工程開展的首要條件，隧道作為高速公路重要的組成部分，其安全與否直接關(guān)乎到整體工程的安全性。而高速公路隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)，是通過其具備的監(jiān)控量測技術(shù)、隧道施工人員的定位監(jiān)控技術(shù)以及隧道內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)檢測技術(shù)，全面保障隧道施工人員施工的安全，最大程度上減少安全事故。此外，由于高速公路隧道施工環(huán)境較為復(fù)雜，整體施工難度較大以及施工安全性較低，針對目前隧道施工安全管理中信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用存在的問題，相關(guān)部門和人員應(yīng)不斷提升信息化監(jiān)控技術(shù)水平，加強(qiáng)相關(guān)作業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)水平，并提高對信息化監(jiān)控技術(shù)的重視，制定相應(yīng)的制度，充分發(fā)揮出該項(xiàng)技術(shù)在隧道施工安全管理中的作用。