隧道信息系统在长大公路隧道施工管理中的运用

隧道信息系统在长大公路隧道施工管理中的运用

杜江林　张　睿　喻业洪

（四川川交路桥有限责任公司　四川广汉　618300）

【摘　要】在长大公路隧道的施工过程中，由于施工环境复杂、施工人员经验技术参差不齐，在开挖过程中风险相对较高，管理难度较大。本文结合巴陕高速公路米仓山隧道施工经验，运用隧道信息系统v1.0对施工环境及施工人员进行监控，经实践验证可有效地提升施工效率、提供安全保障，为长大隧道的施工管理难题提供了良好的解决方案。

【关键词】长大公路隧道；隧道信息系统；施工管理

【中图分类号】U456.3　　　　　　　 　　　　　【文献标识码】A

0　引　言

随着我国公路隧道施工技术的不断成熟完善，公路隧道的长度也在不断延伸。但长大公路隧道规模庞大、施工情况复杂、施工人员众多，可能遇到的突发情况也相对更多。在这种情况下，用口耳相传或用纸质文件传达信息的方式已经不能满足工程的需要。隧道信息化是解决这一难题较为理想的方案。

目前我国一些文献中已提出了隧道信息化管理，但这种管理多只是针对施工所采集信息的统计和分析。而隧道信息系统v1.0旨在将隧道施工的整个过程纳入监控、管理范围。本文结合在巴陕高速公路米仓山隧道的施工中运用该系统的情况，分析在长大公路隧道施工过程中，隧道信息系统对施工安全和施工效率的巨大作用。

其中，陕西境内3km，四川境内10.8km，是国内第二长、世界第三长的公路隧道。隧道穿越地层主要为砂泥岩、白云岩和石英闪长岩，有瓦斯、岩溶等不良地质，由于埋深大，存在软岩大变形、岩爆、涌水突泥等灾害地质问题。

2　隧道信息系统v1.0原理

通过工业无线网络、IP网络或电信网络、通信终端及APP、采集/执行终端及嵌入式软件、网关、控制服务器及控制软件等各环节的配合，实现系统的各项功能和目标。使用全数字化展示平台将所有数据从隧道内部框架子系统中获取，由软件处理显示在视频监控图像之上，如图1所示，控制中心隧道内实时监控系统1～4右洞，6～9左洞。

12671　工程概况

米仓山隧道是巴陕高速公路的控制性项目，隧道进口位于陕西省汉中市南郑县喜神坝乡小坝附近，出口位于巴中市南江县关坝乡，全长13.8km，

534图1　全数字化展示平台

【收稿日期】2016-10-14

【作者简介】杜江林（1975-），男，四川苍溪人，大学本科，高级工程师，主要从事隧道施工管理。

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杜江林，张睿，喻业洪：隧道信息系统在长大公路隧道施工管理中的运用

3　主要子系统

3.1　人员定位系统

通过在隧道的进出口、交叉道口、工作面、掌子面、隧道各区域安装位置基站的方式实现对人员的定位。当佩戴位置感应模块的人员进入区域，定位基站接收到人员的位置信息，经过计算处理后，通过网络传回数据中心。

该系统可以根据区域划分，统计各区域人员的分布情况，实时跟踪人员在隧道内的位置。洞内人员可以通过报警按钮向洞外管理中心呼救，洞外管理中心可以通过IP对讲系统或短消息呼叫洞内人员。3.2　车辆管理系统

需要给每一辆车配置车辆卡。当车辆进入时，若系统判定允许通行，则开启道闸放行。在隧道口、隧道内各区域放置多个ETC，记录车辆所进过区域的时间。计算车辆是否超速。3.3　工序管理系统

通过APP，反应工序进展情况，包括正在进行的工序，即将进行的下一工序，以及后续工序的准备状况等，及时通知办理后续工序的准备工作，如图2所示。

当前时间：12:30:01

当前时间：12:30:01

1右洞掌子面2右洞二衬

当前工序：钻眼当前工序：灌浆人员：X 人人员：X 人

风量：XXMPa

粉尘含量：XX（阙值XX）安全/预警粉尘含量：XX（阙值XX）安全/预警瓦斯含量：XX（阙值XX）安全瓦斯含量：XX（阙值XX）安全温度：XX摄氏度温度：XX摄氏度当日基准桩号：158km当日基准桩号：158km当日目标进尺：Xcm当日目标进尺：Xcm下一工序：排炮

下一工序：焊接

当前工序起始时间：12:00:00当前工序起始时间：12:00:00当前工序预计剩余时长：30min当前工序预计剩余时长：30min下一工序预计开始时间：13:00:00

下一工序预计开始时间：13:00:00

图2　工序管理系统监控内容

3.4　控制中心大屏展示系统

控制中心大屏展示了整个系统的主要监控项目，方便相关人员对整个施工进程的把控，如图3所示。

展示系统展示主要内容为：BIM不定比例透视模型；隧道进度展示；人员位置及考勤展示；隧道安全防护、预警系统展示；环境参数传感器网络数据展示，监控量测展示；设备运行状态展示；隧道用电量，能耗展示；隧道材料CRM展示；超前地质

预报，工期预测。

环境参数/监控量测安全提示/声音播报人员进度展示后台数据分门别类以视觉形式展现在大屏上设备能耗材料超前地质预报图3　控制中心大屏展示内容

4　系统优势总结及使用建议

4.1　系统优势总结

本系统的运用极大程度地加强了工程的施工效率和安全管理，具体可以体现为：工作面作业人员、维修人员和管理人员根据工作需求，可用移动通信终端发出控制或查询请求；当设备的运行状态发生改变或出现故障时，将设备的运行状态信息和故障信息自动同步到移动通信终端和监控中心的人机交互界面；当设备发生故障时，将故障信息通过短信发送给维修人员；能够保存设备的运行、故障信息，便于总结故障出现原因。

本系统的主要优势，如图4所示：

及时开机及时故障通知及时关机及时维修减少施工可靠的提高设备平均无故减少设备障时间(MTRF)无效运转危险状况下等待时间设备保障时间及时关机延长设备提高施工使用寿命作业效率减少单位减少安全事故降低设备折旧掘进量能耗减少损失提高效率提升进度，缩短工期降低能耗，优化成本降低成本图4　隧道信息系统的优势

（1）提升施工效率：根据工程的业务需要，及时开启设备，保证工序的及时进行，为施工提供有力的设备保障。

（2）节约成本：根据工程施工情况，及时关闭设备，减少不必要的设备磨损，降低能耗，节约成本。（3）及时维修：当设备出现故障，及时给维

修人员发送故障信息。

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西南公路

10090807060504030201009:36

温度/℃ 湿度/%4　结　语

湿度温度本文通过对雀儿山隧道钻爆法施工过程中，洞内通风环境参数（甲烷、CO、O2、温度、湿度）进行了测试，通过与《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）进行对比，可以得出以下结论：

（1）在高海拔隧道钻爆法施工爆破和出渣过程中，应该针对不同的工序，设置不同的增氧方式，最好采用弥散式供氧与个体供氧结合的方式，安全高效地进行施工。

（2）在隧道出渣过程中，CO浓度一度达到435ppm，严重超过规范值，容易导致施工人员CO中毒，分析原因可知，出风口在距离掌子面100m左右的下台阶处，导致掌子面附近风速几乎为0。

（3）由于雀儿山海拔高，温度低，在冬季施工过程中，应采取额外的保暖措施，保证混凝土的力学性能不受影响。

参 考 文 献

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代隧道技术,2007,44(2):10-15.

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[7] 谢.巴朗山高海拔隧道施工期供氧标准及设计研方法研究[D].成

都:西南交通大学,2015.

12:00 14:24 16:48 19:12 21:36

测试时间

图6　掌子面处温湿度变化

通过对隧道掌子面处环境测试分析可以得出：（1）在整个测试过程中，掌子面氧气含量最低出现在洞内出渣时，为19.0%；最高出现在出渣结束后，为19.8%。按规范要求，洞内氧气含量按体积算，不得低于20%，隧道内施工人员可能出现缺氧情况。

（2）在掌子面上台出渣时，掌子面处的CO浓度含量达到435ppm，严重超标，另外，在平导放炮1h后，平导掌子面处的CO浓度含量达到121ppm；主洞出渣2h后，主洞掌子面处的CO浓度含量仍为150ppm。其原因有：①出渣过程中，出渣车尾气中含有大量有害气体，并且消耗大量氧气，导致洞内CO浓度严重超标，氧气含量急剧下降。②在放炮以及出渣后的几小时内，尽管风机一直处于开启状态，但洞内有害气体仍不能降低正常范围内，是风管破损严重导致出风口风速过小且风管出口距离掌子面处过远共同导致。

（3）隧道所处地区裂隙水很多，洞内初支大部分都有滴水现象，掌子面处附近积水达30cm，掌子面处温度相对洞口改变较小，傍晚最低温度仍有12.1°C，由于掌子面期存在积水，导致湿度也相对稳定，在80%左右。

（上接第129页）

（4）安全保证：当某些危险情况发生时，能及时关断设备，减少安全事故发生，减少损失。4.2　系统使用建议

用户在使用隧道监控系统v1.0时可依据实际情况选择所安装的子系统，但结合本系统在米仓山隧道的使用发现，本文介绍的各子系统的使用对隧道的施工安全以及施工效率有很大的保障作用，因

此，建议用户选择。

参 考 文 献

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电子科技大学,2008.

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