宁西二线隧道围岩监控量测及综合监控系统的应用

付 新 元

(西安铁路局，陕西 西安 710054)



宁西二线隧道围岩监控量测及综合监控系统的应用

付 新 元

(西安铁路局，陕西 西安 710054)

通过分析宁西二线隧道安全施工难点，在全线率先引入了隧道监控量测、安全综合监控系统等信息化技术，并阐述了隧道安全综合监控系统的组成与特点，指出采用信息化技术极大地降低了隧道施工阶段风险，解决了传统隧道施工阶段围岩监控量测存在的问题，实现了全线隧道施工“零塌方、零事故”的目标。

隧道，信息化技术，监控量测，安全管理

随着近年来铁路建设快速发展，在建铁路隧道广泛分布在全国各地，隧道地质复杂，包括了穿越岩溶、断层、瓦斯、高地应力、软弱围岩等不良地质，施工安全风险较大。据统计，2006年—2012年期间，全国铁路隧道共发生各类安全事故约47起，其中坍方事故32起，占事故总量的68.1%。山区增建二线铁路洞内作业空间小、人员密集、地质条件复杂多变，极易发生塌方等作业人员伤亡事件，隧道施工阶段安全管理成为山区增建二线铁路安全管控重中之重。

1 项目概况

宁西铁路增建二线工程(陕西段)新建线路长度183.40 km，新建隧道35座53.341 km，桥隧总长90.372 km，占新建线路长度的49.3%，本段线路地形、地质条件复杂，断裂构造十分发育，桥隧比重较高，施工安全风险较高。隧道施工多发隧道塌方事故，为有效解决这一安全管理难题，除超前地质预报等手段外，率先引入围岩监控量测及隧道安全综合监控信息化技术，杜绝了隧道塌方事件发生，取得良好的安全效益。

2 围岩监控量测信息化技术

2.1 传统监控量测存在的问题

1)无法及时掌握和分析现场测量数据及现场变化情况，致使险情处理反应迟缓。

2)无法掌握现场隧道测量数据的真实性，不能为优化和变更设计提供依据，且发生问题后，由于数据的真实性无法追溯。

3)现场检查存在一定的随机性，难以全覆盖，容易出现监管盲区。

2.2 实施隧道围岩监控量测目的

1)指导隧道施工，确保隧道施工安全，杜绝施作初期支护后因监控量测管理不到位而造成的“关门”事故。

2)杜绝因监控量测管理不到位而造成工程周边较大影响，保证监测数据的真实性和及时性。

3)确保结构的稳定性，验证支护结构效果，为支护参数和施工方法的准确性提供依据，为优化和变更设计提供参考意见。

2.3 隧道围岩量测信息化系统构成

隧道施工监控信息管理平台(TGMIS)由数据采集系统、服务器系统和客户系统三部分构成，具体如下：

1)数据采集系统(AS)：安装于现场便携智能设备(如手机)上，实现智能设备与测量设备(全站仪)的通讯，并将数据上传至服务器。

2)服务器数据管理系统(SS)：安装于服务器端，接收、储存数据，并自动计算分析，判定是否有预警，展示并发布预警信息。

3)客户系统：分为移动智能终端数据查询系统(MS)、PC机数据管理系统(PS)，PC客户端可以设置隧道断面及测点布设信息，同时将信息上传到服务器，待现场实际测量数据上传到服务器后，可实现数据分析、输出打印等功能；手机客户端可以下载测点信息，通过无线蓝牙连接全站仪，实现上传量测数据功能，同时可查看数据、预警信息、预警信息处理情况。

2.4 工作流程

1)在PC机客户端，设置监测断面和测点布置图、预警基准值。

2)将测点信息上传至宁西二线服务器。

3)采用全站仪对隧道围岩变形情况进行测量，通过蓝牙将数据上传至数据采集端，数据采集端(手机)下载测点信息。

4)数据上传至服务器进行数据处理及分析、预警推送。预警信息发送有三种方式:PC机登陆网络平台预警提示、移动智能便携设备(如手机、平板、E人E本)客户端预警提示、手机短信自动提示。

5)PC机客户端和移动智能设备客户端数据利用、预警处理。

2.5 围岩稳定性的综合判别及管理

综合该项目地质、施工条件和施工方法，结合前期量测变形情况等，宁西二线采用变形总量和变形速率对隧道安全进行等级管理，经实践证明科学有效。

1)位移管理等级(如表1所示)及处置对策。

表1 位移管理等级分级表 mm

正常(绿色)：量测数据以短信形式发送至施工单位技术主管和现场监理手机，现场加强观测，正常施工。

Ⅱ级预警(黄色)：量测数据黄色预警信息以短信形式发送至施工单位主管领导、监理单位总监以及现场技术人员、监理手机；需引起重视，加强监测，控制步距，加强锁脚，必要时挂网喷锚混凝土补强等。

Ⅰ级预警(红色)：量测数据红色预警信息以短信形式发送至施工单位建设及施工单位主管领导、监理单位总监以及现场技术人员、监理手机；立即停止掌子面掘进，人员撤离现场，建设单位组织设计、施工、监理单位现场研究方案，现场加强监测，必要时采取增设横、竖支撑，并加强支护，及时调整工法等。

2)变形速率控制。测点位移速率不小于5 mm/d 时，由现场监理工程师与施工单位技术人员和现场负责人进行原因分析和措施处理。当速率连续2 d大于10 mm/d时，由监理单位总监组织项目部技术负责人进行原因分析，制定措施，抄报建设单位。当测点位移速率大于15 mm/d 时，现场暂停施工，建设单位组织设计施工、监理单位进行原因分析，制定措施。

3 隧道施工安全综合监控系统

为加强该复线项目隧道安全管理工作，时刻掌控洞内外施工情况、人员位置状况，及时指导突发塌方事故作业人员救援工作，在全线引入隧道施工安全信息化综合管理系统，为安全生产发挥了至关重要的作用。

3.1 系统构成

隧道安全综合监控系统由三部分组成，具体功能如下：

1)人员信息识别系统：主要由作业人员信息卡、洞身读卡机、信息编辑采集设备构成，将作业人员信息(姓名、年龄、工种)通过信息采集设备录入安全帽内置芯片，洞门口、隧道洞身及台车位置处分别安装读卡器，进入洞内的人员信息可以自动传输至控制台。

2)作业面综合安全监控系统：主要由360°球形高清防爆摄像机、通讯应答器、有害气体报警检测系统等组成，对掌子面至二衬之间施工区域进行实时监控，且可以通过控制台与掌子面的实时通信能力，遇有爆破作业或突发险情，可由施工人员向控制台提出申请，然后控制台操作人员遥控发出提示警报，指挥作业人员撤离。

3)洞口控制系统：主要由控制台、洞口红外高清摄像机、LED人员进洞信息屏以及电动伸缩门组成，主控制台能够及时反映摄像机所监控到的施工画面，自动生成洞内人员位置形象图，并具有即时通信和报警功能，通过呼叫器指导安排现场施工，解决了长大隧道信息沟通困难的问题，同时便于突发事件应急救援。

3.2 隧道安全综合监控系统特点

此系统特点包括以下几个方面：

1)人员动态管理：记录相关人员及设备在掌子面附近的工作时间和工作情况，可监督和落实现场管理人员实地检查情况，能够有效防止人为因素造成安全质量事故。

2)区域警戒功能：通过防水板铺设台车上安装的警报装置能够发出警报信号，及时通知相关人员避险。

3)实时通讯监控：通过控制台可控制摄像机拉近视野，对特定部位或工序进行点对点监控，同时管理人员还可利用台车上安装的通信设备与洞外联系，解决了洞内无通信信号，信息传递不及时的问题。

4)指导应急救援处置：一旦发生安全事故，特别是“关门式”塌方事故，控制台可以立即显示出事故地点的人员数量、人员信息、人员位置等情况，为随后的抢险救援工作提供帮助。根据事故发生前的视频记录还可以为后期事故调查、原因分析提供可靠依据。

4 结语

1)隧道围岩量测信息化系统利用现代化信息网络和技术，规避了量测数据人为干预和造假现象，通过准确、及时、自动的信息采集、分析和预警，对异常情况得到及时、快速的响应和处理，杜绝隧道“关门”塌方风险，实现了宁西二线35座隧道施工“零塌方、零死亡”的目标。

2)隧道围岩监控量测变形量预警值直接影响预警级别及对应工程措施，实际应用中建设单位牵头组织设计、施工、监理单位进行研究，并经实测资料积累作适当的修正。

3)隧道安全综合监控系统实际应中对安全监控效果显著，但也存在无法确定作业人员具体里程、位置，仅能确定区段范围，影响塌方后人员搜救的时效性，需今后进一步研究予以解决。

[1] TB 10301—2009，铁路工程基本作业施工安全技术规程[S].

[2] TZ 204—2008，铁路隧道工程施工技术指南[S].

Application of monitoring and measuring system and comprehensive monitoring system for the surrounding rock of Ning-Xi double railway line

Fu Xinyuan

(Xi’anRailwayBureau,Xi’an710054,China)

Through the analysis on tunnel safety construction difficulty of Ning-Xi double line, in the line firstly introduction to tunnel monitoring measurement, safety comprehensive monitoring system and other information technology, and described the composition and characteristics of tunnel safety comprehensive monitoring system, pointed out that the use of information technology had greatly reduce the risk in tunnel construction section, solved the existing problems of surrounding rock measurement in traditional tunnel construction section, to achieve the goal of full tunnel construction “zero collapse, zero accident”.

tunnel, information technology, monitoring and measurement, safety management

1009-6825(2017)07-0186-03

2016-12-26

付新元(1981- )，男，工程师

U456.3

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