富水砂层盾构施工风险管控信息化系统研究及应用_包洪.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言南通市轨道交通1号线一期工程均采用地下敷设方式，全线共有27个盾构区间，均采用土压平衡式盾构暗挖施工。由于南通市轨道交通1号线一期盾构工程主要穿越地层为富水砂层，具有承压水水头较高、土层结构松散的特点，而且盾构区间位于中心城区，地下管线众多、周边建筑物密集、地面路桥车流量大，周边环境复杂，导致土压平衡盾构施工存在较大的沉降、塌方1、涌水涌砂2等安全风险。因此，利用工程安全风险信息化管控技术对盾构施工安全风险进行信息化管控、优化工艺参数3，可以极大地提高安全风险管控工作的及时性和完备性，完善地铁盾构施工安全风险预警防控机制4，从而有效保障盾构工程中人员、周边环境、设备资产的安全。工程安全风险信息化管控技术的核心是能够对安全风险信息进行采集、汇总、呈现的大数据系统5以及包含巡查上报、风险分析、预警、消警的信息化管控工作流程体系6。黄宏伟等7在风险数据采集和专家经验的基础上搭建了盾构风险数据库管理系统。贾俊峰等8利用施工步分解及层次分析法对施工风险的量化辨识进行了方法搭建和数据计算。叶新丰等9系统总结了安全风险信息化管控系统在北京地铁施工中的应用经验和使用成效。文献研究表明，目前已经研发或应用的工程安全风险信息化管控技术在信息采集、风险识别、动态分析、监测预警等主要方面已经有了一定的成果积累。但针对南通地区土压平衡盾构穿越富水砂层安全风险管控响应时间短、事故危害等级高、富水砂层盾构施工风险管控信息化系统研究及应用The Development and Application of the Shield Construction RiskInformational Management and Control System包洪1，任璐1，钱嘉伟1，罗茜1，施烨辉2（1.南通城市轨道交通有限公司，江苏 南通 226007；2.江苏省地质隧道与地下工程科技有限公司，南京 210041）BAO Hong1,REN Lu1,QIAN Jia-wei1,LUO Qian1,SHI Ye-hui2（1.Nantong Urban Rail Transit Co.Ltd,Nantong 226007,China;2.Geology Tunnel and Underground Engineering Technology Co.Ltd.of Jiangsu Province,Nanjing 210041,China）【摘要】针对南通市轨道交通 1 号线一期盾构大里程穿越富水砂层施工存在的安全风险，为了有效提高风险管控系统的反应及时性、使用便捷性和信息完备性，通过完善系统架构和信息采集设备，研发了具有刀盘信息访问功能、螺旋输送机信息访问功能、姿态监控功能、异常状态统计功能、远程视频监控功能、风险巡查隐患治理功能的云系统，系统支持全功能全流程移动端操作，实现了盾构施工安全风险移动在线管控，应用效果良好。【A b s t r a c t】AsthesafetyrisksexistingintheconstructionoflargemileageshieldtunnelingthroughwaterysandystratuminphaseiofNantongrail transit line 1,in order to effectively improve the response timeliness,convenience and information completeness of risk management andcontrol of the informational system,the system architecture and information acquisition equipment were improved.The cloud system withfunctionssuchascutterheadinformationaccessfunction,screwconveyorinformationaccessfunction,attitudemonitoringfunction,abnormalstate statistics function,remote video monitoring function,risk patrol and hidden danger management function were developed,whichsupported the mobile terminal operation of full-function and full process,the mobile online management and control of shield constructionsafetyriskswasrealized,andtheapplicationeffectofthecloudsystemwasgood.【关键词】盾构；施工风险；信息化管控；云系统【K e y w o r d s】shield;construction risk;informationalmanagementandcontrol;cloudsystem【中图分类号】U456.3【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）03-0146-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.03.043【作者简介】包洪（1989），女，江苏南通人，工程师，从事轨道交通通信信息技应用术与研究。146周边环境影响大的特殊环境，在动态响应、分级管控等方面还存在一定的局限。所以，为了进一步完善风险预警管控处理机制，依托南通市轨道交通工程建设，研发基于云系统技术的盾构施工风险信息化管控系统，并编制与系统平台配套的分级响应预警风险管控流程，实现反应快速、推送及时、责任清晰的盾构施工风险信息化管控，保障南通轨道交通建设安全。2系统总体设计2.1系统架构盾构施工风险信息化管控系统是基于WEB的大数据信息融合及分析处理平台，网络结构采用B/S模式，技术架构逻辑层次依次由数据交互层、外部接口层、数据库层、工具及引擎层、功能模块层以及客户端等层次组成，如图1所示。数据交互层云服务器巡查及治理传输接口盾构数据传输接口外部接口盾构施工参数库视频监控信息数据库巡查及治理信息数据库数据库层电话短信平台内容管理引擎动画及渲染引擎工具及引擎层功能模块层刀盘信息螺旋输送机信息姿态监控客户端PC 端App图 1功能架构逻辑层次1）数据交互层：主要包括云服务器、路由设备及防火墙等。2）外部接口：主要包括盾构数据传输、巡查及治理信息填报流转过程中的数据接口。3）数据库层：主要包括盾构施工参数库、视频监控信息数据库、巡查及治理信息数据库。4）工具及引擎层：主要包括电话短信平台、内容管理引擎等通用性的工具和引擎。5）功能模块层：主要包括刀盘信息、螺旋输送机信息、姿态监控、异常状态统计等模块，涵盖了盾构工程安全风险管理的主要业务。6）客户端：包含PC访问端及移动端App，远程访问接口层采集的各实测参数以及功能模块层统计分析得到的各类安全风险信息。2.2信息自动采集及传输技术盾构动态信息自动采集设备，主要包括盾构机端PLC数据采集设备、数据处理及传输设备和远程访问及控制组件。如图2所示，盾构PLC的OPC服务器实时获取盾构机运行的全部参数，并通过网线连接RJ-45端口将实时数据包发送给网络芯片，网络芯片将数据包发送给工控机CPU进行解译处理，处理完成后的数据被保存到内存RAM，并通过无线网卡及无线路由器通过带防火墙的无线网络发送至中心服务器，远程PC端或移动端App通过互联网经无线路由、无线网卡接入工控机实现对盾构动态参数的访问、采集、传输的控制，现场人员可通过工控机LED显示屏查看盾构动态参数。盾构 PLCRJ-45 接口内存 RAMCPU工控机无线网卡LED 显示屏无线路由图 2盾构动态信息自动采集设备3系统主要功能模块3.1刀盘信息功能模块如图3所示，刀盘信息功能模块包含刀盘主驱动、齿轮传动组、土仓压力传感器等前盾关键设备工作参数的动态访问端口，盾构施工过程中的前盾参数在移动端App界面中均可动态刷新与显示。3.2螺旋输送机信息如图4所示，螺旋输送机信息包含螺旋输送机的扭矩、主轴转速、端部土压力等工作参数，以及密封油压、泡沫系统、同步注浆系统等中盾、盾尾的关键设备工作参数的动态显示窗口。图 3刀盘信息功能模块图 4螺旋输送机信息Intelligentialize and Informatization智能与信息化147Construction&DesignForProject工程建设与设计3.3姿态监控功能模块如图5所示，姿态监控功能模块包含盾构刀盘中心与隧道设计轴线偏差的图形展示窗口，以及偏差数值在空间水平、垂直、转角上的精确计量值，实现在App界面上全面、及时地查看盾构掘进姿态参数。3.4异常状态统计功能模块系统内部设置了关于刀盘系统、土仓压力控制系统、出渣系统、注浆系统等关键子系统的工作参数预警判别程序，实现了自动对比动态采集的参数并判定异常状态，以及对异常状态的自动统计、短信推送，如图6所示。图 5姿态监控功能模块图 6异常状态统计界面3.5远程视频监控功能模块如图7所示，盾构施工风险信息化管控系统App具备远程访问盾构内部各网络摄像头的功能，具备视野调焦、亮度调节、视线调节的功能，方便查看盾构实际工作状态。3.6风险巡查隐患治理功能模块如图8所示，App端的风险巡查隐患治理功能具备巡查及治理各方责任人在线图文上传、审批、流转的功能，方便管理人员及时上传、处置、审批盾构作业中的风险和隐患。4系统运行机制盾构施工过程中，盾构动态信息自动采集设备自动采集盾构各子系统产生的大量工作参数，同时管理人员在巡查过程中也会产生安全风险相关的图文信息，这两方面的信息数据分别通过系统的网络路由和移动端App，从接口层融合于盾构施工风险信息化管控系统，通过系统内置的分析、预警程序进行风险等级划分，将触发预警的风险、隐患事件通过电话短信、系统信息的方式推送至客户端，管理人员接收到预警推送信息后按照自身角色进行相应的处置作业，同时将分级处置情况利用系统客户端进行图文上报，由参建各方在系统中根据自身权限、责任进行处置情况审批复核，从而完成盾构施工全流程安全风险信息化管控工作。5结语盾构施工风险信息化管控系统架构合理、信息采集设备工作可靠，具有远程进行刀盘、螺旋输送机、掘进姿态、异常状态、远程视频监控、风险巡查隐患治理各类信息访问及流程操作功能，实现了在App端的风险巡查隐患治理全流程闭合，实现了各方在线协同、随时随地、及时高效地进行盾构施工全流程安全风险信息化管控，有效保障了南通市轨道交通1号线一期工程盾构施工的安全生产工作。【参考文献】1刘湘慧,陈玉斌,占庆林,等.隧道施工塌方安全风险状态判断研究J.工程建设,2021,53(8):1-7.2刘一鹏,王军武,吴寒.基于DBN的水下地铁盾构施工安全风险动态演化分析J.铁道标准设计,2021,65(5):141-148.3张英智,韦晓霞,赵永军,等.灞河富水砂层条件下盾构选型及下穿施工关键技术研究J.工程建设与设计,2022(1):118-120+128.4朱建勋.地铁盾构区间隧道施工风险的分析与控制J.工程建设与设计,2022(1):129-131+159.5熊自明,卢浩,王明洋,等.我国大型岩土工程施工安全风险管理研究进展J.岩土力学,2018,39(10):3703-3716.6成连华,贺晨.建筑施工项目安全风险评价体系构建及应用J.科学技术与工程,2021,21(27):11882-11889.7黄宏伟,曾明,陈亮,等.基于风险数据库的盾构隧道施工风险管理软件(TRM1.0)开发J.地下空间与工程学报,2006,2(1):36-41.8贾俊峰,梁青槐.WBS-RBS与AHP方法在土建工程