高速公路隧道施工安全信息化监控技术探析_黄红亚.pdf

37高速公路隧道施工安全信息化监控技术探析黄红亚1罗荣辉2*肖文东11.四川沿江宜金高速公路有限公司四川成都6100742.四川省交通建设集团有限责任公司四川成都610041摘 要：本文针对当前高速公路在隧道工程施工中存在一些安全性问题，利用施工现场测量监控技术，对隧道工程施工实施安全分析，同时本文创新性的提出把工程施工的信息和技术管理进行有机结合，从而提升公路在隧道工程施工中的安全，另外，本文对隧道工程施工过程中的安全指标以及评价原则进行了确定，在将其应用到某高速隧道工程施工中取得了非常不错的效果，本方法的确立，对工程施工中的安全监督、控制具有非常高的实用价值。关键词：隧道工程；施工监控；安全控制；信息化DOI:10.19569/119313/tu.2023180131 前言随着我国整体经济的高速发展，高速交通设施的建设也随之快速发展，其中西部公路建设尤为突出。因为我国西部地质条件的影响，公路隧道的施工成为不可缺少的工程，隧道工程施工的质量、安全、进度会影响公路工程整体的进展。因为隧道工程地质条件较为复杂，会出现设计采用的地质结构和实际存在一些差距，因此，在隧道拓进以及支护工作中，经常会出现一些无法预见因素影响着施工安全以及进度。在隧道施工的过程中，由于塌方以及其它事故导致人员、财产损失时有发生，所以，隧道工程施工过程中，必须认真做好如下的工作：1）要加大对隧道工程施工过程的测量与监控，达到施工管理的信息化，从而实现实时了解围岩变化和支护的状态，从而保证隧道在施工时的支护以及围岩安全1。2）要对支护的选择、支护的结构以及支护的相关参数进行验证，同时对其应用的效果进行评价，从而对其参数进行优化，这一参数是调整隧道工程施工工艺最重要的依据。2 隧道工程施工管理安全技术2.1 隧道工程施工信息化安全分析策略在隧道工程施工的过程中，利用监测信息对隧道工程中的支护以及围岩的安全性与稳定性进行判断分析，对于隧道工程施工安全以及对设计施工进行相应调整。图1 施工信息化安全分析流程当前隧道工程施工信息化安全分析的流程是：1）依据设计对隧道的断面进行挖掘，在隧道工程施工的过程中，选择相应测量仪器以及传感器，测量收集隧道工程施工过程中的相关信息数据，例如使用应力检测装置与收敛仪实时测量隧道周围岩层位移、支护情况和围岩的应力变化情况2。2）通过检测获得的实时信息，分析预测支护出现变形以及围岩的应力变化状况，随后依据相关隧道标准参数和实际施工条件情况，对施工中的隧道支护变化与围岩应力变化实施安全性的认定评价。3）对安全标准值和预测安全值实施分析判断，随后对施工隧道支护以及围岩的安全性和稳定性进行评价，如果评价结果达到安全施工条件，工程可以进行施工，如果评价结果没有达到安全施工条件，施工必须停止，这时需要专业部门对隧道的安全进行综合性的评估，并且可以利用调整施工的工艺或者改变隧道相应设计等方法，保证隧道工程施工能够安全顺利的进行。2.2 安全评估的指标图2 围岩变形曲线图隧道工程施工信息化安全流程分析中最主要的部分是怎样设置围岩出现变形阈值，阈值的设定对于隧道工程施工是否安全的评估具有非常重要作用。当前施工企业在进行隧道工程施工时，主要是利用围岩变形量以及变形的速度作为评价施工是否安全的指标。在对围岩产生的变形参数是不是符合安全主要是根据隧道工程施工标准以及技术人员现场经验确定。同时也要依据施工现场检测参数绘制的曲线趋势判断围岩出现的变形是否处于稳定状态，从而判断出隧道工程施工是否安全。在隧道工程施工的现场收集的测量信息是最可工程管理38靠的反应隧道下沉以及围岩位移的参数，根据这两项参数可绘制出变化曲线，根据两项参数曲线能够判断出围岩发生变形的趋势3。具体曲线变化趋势见图2。根据图2可知，当围岩位移随着时间与掌面距离缓慢增大，其变形量以及变形的速度降低（见正常曲线），这时隧道工程的施工将会处在安全的状态。当围岩位移随着时间与掌面距离快速增大，其变形量以及变形的速度逐渐增大（见异常曲线），这时隧道工程的施工将会处在不安全的状态。此时要立刻停止工程的施工，要分析出问题的主要原因，制定出相应的解决措施与方法。3 信息化监控技术在隧道工程施工中的应用3.1 人员应用的精确定位使用当前网络技术，如无线信息传输、信息卡、芯片、定位程序等高科技技术，对隧道工程施工的人员实施精确定位，同时通过定位系统能够实时监控人员分布以及活动轨迹，管理人员可根据工程的需要以及人员分布的情况对工作人员进行相应的调配，从而提高工程的效率，另外，通过人员分布的情况也能够发现工程存在问题的具体位置，从而达到对人员进行有效的管理以及做到责任具体到人的目的。同时，定位系统也能够达到考勤的作用，可以对人员上岗进行监控。当隧道工程出现事故的时候，救援人员可以依据定位对现场人员实施快速、有效的救援，从而达到最大限度的救援4。3.2 测量检测的应用为了保证隧道施工能够快速、准确的完成，需要对隧道施工的现场实施观测与分析，因此，在信息化技术中使用测量监控技术非常重要，利用这一技术可以实时得到隧道工程施工场地环境变化和施工进展情况，进而可以有效的减少事故发生的概率，另外，也可以减轻安全生产管理的压力。当前我国隧道工程施工测量监控技术是确保安全施工的基础，该技术能够动态测量监控隧道施工现场地质变化和水文情况，利用测量监控技术能够获得支护和围岩产生的变形、受到的压力以及产生的应力参数。通过获得的信息，对支护进行相应的修正与设计，同时利用反馈的信息数据对施工的工艺实施优化调整，从而达到对工程施工进行相应的调整与指导作用。其具体过程如下：1）利用对隧道工程地质的勘测、分析资料确定出科学、合理的测量监控方案，同时依据勘测的数据以及相应资料，进行相应的预测地质、观测地质、监控施工和开发性的实验等。利用检测到的支护以及围岩受力结构状态发生变形的参数，判断隧道工程施工是否安全，同时依据现场情况科学调整隧道支护的相应参数，进而达到保证隧道工程能够顺利展开。2）对于测量地表下沉而设置的基准点要埋设两个以上，从而方便后期进行测量时的比较，另外，在埋设原始标点的时候，要和该地区的水准点进行联测。其具体步骤为：首先在测量点的位置挖20cm20cm20cm的坑。其次，对地表进行测量，测量时要使用混凝土材料把测量点周围抹实。在测量时所使用的设备主要是全站仪以及水准仪，利用仪器检测的相关数据经过分析获得相应的参数，其中包括隧道周围围岩位移值、位移的速度以及隧道拱顶下沉参数等5。3）利用测量的相应参数，将位移量以及位移的速度变化趋势绘制成相应的曲线，利用测量的反馈信息，工作人员可以实施掌握隧道围岩发生位移的实际情况，另外，通过隧道周围围岩发生变化的整个过程，可以反映出围岩进行应力平衡的实际过程，同时也能反映出围岩变形量和稳定性与时间的关系。利用断面测量的数据分析能够验证出测量所具有的准确程度，利用回归的分析获得时间和位移量之间的关系曲线，同时可以根据曲线变化分析获得围岩的稳定性能。在隧道工程的施工过程中，要实时测量施工周围与隧道拱顶出现下沉的参数，同时也要观测隧道围岩位移方向和位移的速度是否发生改变，一般情况下，围岩位移的速度会最终变为稳定的状态。因此，管理人员必须认真对隧道外以及隧道内进行检测，实时了解数据变化情况，同时根据实际的变化情况对相应的工艺进行调整以及完善施工设计，从而达到在保障施工安全的前提下，顺利进行隧道工程的施工。3.3 监测空气的应用和常规公路施工进行比较，隧道工程施工的环境非常差，容易导致污染，工作人员在施工的过程中容易吸入有害的气体和粉尘，会严重影响工作人员的身心健康。隧道在施工的过程中，会受到施工地质的影响，甚至会产生有害、有毒气体，如果浓度汇集到一定程度以后，将会严重威胁工作人员的安全。另外，隧道工程作业的设备在工作过程中，也能够产生有害的气体，当气体浓度达到一定程度以后，将会对工作人员的身心健康产生影响，其后果将导致工作人员呼吸发生困难、窒息、中毒，更严重的会出现爆炸事故。信息化监测空气系统，能够实时监测分析空气中的成分，并将分析结果反馈到控制中心，当系统监测的有害、有毒气体达到设定阈值时，系统会发出相应的报警，相关人员会疏散人员以后，会对监测的信息进行分析处理。3.4 语音交互的应用在信息监控的系统中，对讲语音系统是主要的通信手段，工作人员能够通过这一系统进行相互的沟通。在隧道工程施工的过程里，安全工作人员能够利用本系统对施工者进行科学的施工指导，从而提升工作的安全性和规范性。如果施工出现事故时，管理者能够利用本系统指导疏散人员6。4 工程实例分析4.1 工程条件本工程处于贵州省板桥镇和泗水镇的交接位置，隧道工程管理39是双幅形式的四车道。左幅为ZK88+470ZK89+645，长度为1175米；右幅为YK88+535YK89+630，长度为1095米。隧道的高度为8米，隧道的宽度为11米。隧道整修完成后的高度为5米，宽度为10米。依据对此地质的勘测，隧道地质主要分为：1）第四季的坡、残积层，其特点主要是显现黄褐色，具有一定湿度的砂质塑状粘土，并且里面含有一定风化的白云石。2）娄山关特征，其特点主要是显现深灰色以及灰色，表现为中厚到薄层状的砾状、泥质白云岩，体现为细晶的结构，属于裂隙的发育阶段。3）高台组，其特点主要是显现为中厚灰色的白云岩以及泥质的白云岩，在上面存在少许黄泥性质的砂岩。4.2 现场测量与监控4.2.1 断面检测的布置针对隧道测量与监控，最直接实用的检测参数是隧道拱顶的下沉量以及隧道周围围岩位移量的参数。所以，本隧道工程施工的检测也选用这两种形式。针对隧道拱顶的下沉测量，要在拱顶轴线位置两侧两米的位置，各安装3个具有挂钩功能的膨胀钉，在安装前，要使用电钻在测量位置钻孔，随后使用膨胀钉锁紧安装。针对具有较差稳定性的围岩，安装测桩需要锚喷以后在进行安装，定位需要使用卷尺以及水平仪对测点变化参数进行定位测量。对于隧道周围围岩位移的测量点安装方法和隧道拱顶测量下沉量测点安装一样；当隧道拓进以后，在隧道周围的墙边位置、拱腰位置以及拱顶位置安装相应的测试桩，使用钢尺对测量装进行测量，从而获得围岩变化量。在检测隧道断面之间的距离时，要依据交通部的相关规范和设计要求进行确定。本工程隧道的观测断面之间距离设定20米。考虑隧道围岩具有一定的复杂性，以及围岩会受到一定偏压的作用，因此，会在隧道的进口与出口的位置加密断面检测的距离，在隧道的进口与出口的位置设立的断面检测距离是10米。为了使得测试更加便利，把隧道拱顶测量下沉和周围围岩位移测量点均布置在一个断面上。4.2.2 安全施工分析通过图2可知，隧道拱顶出现的下沉和围岩产生的位移，两曲线均存在突破点，也就是在10天左右，隧道拱顶右测测得下沉量和围岩周围AC和BC位移曲线突然变大；这时在隧道的右侧进行施工时，隧道会在围岩的压力作用下向右侧偏移，会造成右侧隧道围岩发生破坏。当在22天时，隧道的拱顶中间以及右侧的测试点曲线突然升高，拱顶的下沉减少；隧道围岩AC和BC曲线显示的位移量增大；出现这一情况的主要原因是，在隧道左侧施工破坏了围岩的应力平衡，使得围岩的内应力出现变化。另外，因为隧道受到偏压的作用，使得围岩的压力会向着隧道右侧偏移，可是由于隧道的右侧已经进行了支护和喷射加固，同时，右侧的矮墙也完成了施工形成了支撑作用，因此，隧道两侧由于共同压力作用使得拱顶升高。在隧道进行两侧挖掘的过程中，在拱顶的左测点和AB测试线受到挖掘影响较小，并且，左侧的拱顶显现升高趋势，出现这种情况的主要原因是施工工序导致的。在进行右侧挖掘的过程中，边墙爆破后，右侧的拱顶在24小时内下降了21.4毫米，这一变化数值已经超出变形监控安全参数阈值10毫米，这时在隧道的进口右侧位置出现了宽度在15毫米左右裂缝，而且裂缝从隧道底部向着拱顶发展延伸。经过对隧道监控数据的分析以及连同监理、施工人员对现场的研究分析确定，出现这一情况的主要原因是由于爆破和偏压所致，必须马上停工，对施工的程序以及爆破施工的方案进行更改，不然会出现隧道坍塌的危险。通过研究分析确定改变原有的爆破工艺，使用多