| 标题 | 特长公路隧道施工过程安全监控研究的需求分析 |
| 范文 | 李凌峰 敖宗岳 马瑞 摘要：隧道的施工过程由于受地质灾害等影响一直以来存较大安全隐患，特长公路隧道由于其复杂性尤甚。隧道施工过程安全监控研究已取得较大突破，本文客观论述了已有隧道施工过程安全监控技术，并研究了已有技术的局限性，为实现隧道施工地质灾害的实时超前预报和全过程的安全监控和预警，分析了特长公路隧道施工过程安全监控研究的需求。 Abstract： Because of the geological disasters and other factors， the construction process of tunnels always exists a major hidden safety issue， particularly the extra long highway tunnels due to their complexity. The research on safety monitoring of tunnel construction process has made great breakthroughs. This article objectively discusses the existing tunnel construction process safety monitoring technology， and studies the limitations of existing technologies. In order to achieve real-time advance prediction of tunnel construction geological disasters and the entire process safety monitoring and early warning， the need for research on the safety monitoring of the construction process of extra-long highway tunnels is analyzed. 关键词：特长公路隧道；施工过程；安全监控 Key words： extra long highway tunnel；construction process；safety monitoring 中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0111-020 引言 隧道的施工安全一直是关系工程质量、进度、投资和正常运营的首要问题，但隧道工程的地质灾害依旧存在并较为普遍。如成昆线全线有415座隧道，在施工期间约25座隧道发生过较大型坍方，93.5%发生水害、塌陷、岩爆等；由于隧道服役环境相对较差，长期受地下水侵蚀，围岩流变、富水地层的高水压等原因，运营期间的隧道安全风险也较大，安全事故也时有发生。穿越地形及地质条件复杂的秦岭、大巴山、云贵高原的铁路线上的隧道，在施工中都发生过大量规模不等的坍方、涌突水等地质灾害。 这些事故一旦发生，轻则影响工期及投资，重则造成人员伤亡甚至工程失败，而且事故处理难度大。一般在隧道建设期处理此类事故，往往都是处于非常被动的应急处理状态，对社会造成负面影响。隧道安全问题主要是施工中的地质灾害引起的，而这些潜在地质灾害在施工前很难准确判别。因此，开展隧道施工过程安全监控已成为亟待解决的工程现实问题。1 特长公路隧道施工过程安全监控研究现状 1.1 隧道施工地质灾害超前预报技术 为更有效地掌握隧道施工期间的地质情况，减少或预防地质灾害的发生，国内外学者已在隧道施工过程中的超前探测及地质预报方面的研究取得了较为丰硕的成果，涌现了多种地质预报方法[1]。总体而言，可分为两大类：地质分析法和地球物理法。地质分析法包括工程地质调查、超前导洞法、超前水平钻孔法等，地球物理法包括地震反射类（如隧道地震预报TSP，隧道反射成像TRT，极小偏移距地震波法等）、电磁类（如地质雷达GPR，隧道瞬变电磁法等）、电法类（如激发极化法、电阻率法等）以及其他方法（如红外探水等）。由于受各种条件限制，不同的地质预报方法都有其适用范围和特点，近些年来，从单一预测方法到综合超前地质预报技术均已引起人们的重视，并开展了较为广泛的研究[2]。 单一预报方法对地质预报的准确度并不十分可靠，目前，尚未有某种预报方法能应对各种地质缺陷，因此，结合多种地质预报技术，开展综合地质预报是实现定量化预报的有效途径。在综合地质预报方面，曲海峰等[3]以地面地质调查法、地质雷达、TSP三种超前地质预报技术为手段，基于系统论的观点建立了综合超前预报方法。李术才等[4]开发了陆地声纳第三代仪器和全空间地质雷达处理解释系统，优化了对水的判断准则和综合超前地质预报流程，提出了地质灾害的四色预警机制，在多个工程中得到了成功应用。 1.2 隧道施工过程安全监控与预警技术 隧道工程施工由于其隐蔽性、不确定性和多变化性等特点，施工难度大，易造成安全事故，严重影响施工进度、质量和安全。监控量测作为隧道施工的关键要素，是确保施工的重要手段。目前，国内外隧道界从监控量测内容设计、测试仪器研发、监控数据分析与预测，到监控量测系统的开发应用，开展了大量的工作，取得了一些有实用价值的研究成果。 隧道施工的安全監控，主要通过构建隧道施工安全监控系统来实施。如王浩等[5]研制了一套基于地理信息系统（GIS）的“隧道施工期间信息管理系统”。朱合华等[6]建立了隧道施工实时监测信息管理系统，有效实现了监测信息可视化。伍毅敏[7]应用激光技术、单片机技术和通信技术开发了隧道位移实时监测系统，实现了隧道位移的高精度、自动、实时和远程量测，还采用灰色预测理论进行隧道位移发展预测。张国强[8]提出了基于GPRS传输的隧道实时监测系统的设计方案，并结合现场监控量测结果、数值模拟和基于时序立体数据表提出了隧道结构安全实时监测评价标准。李亮[9]开发了基于Web的浏览器/服务器架构（即B/S架构）的隧道施工监控数据管理分析系统，实现了监测数据分析图形可视化设计和互联网联机操作的功能。武胜林、李静等[10，11]基于Access数据库技术和GTS测量技术，研发了隧道监控量测自动预警管理系统，实现了隧道监控量测数据信息化管理和预警预报。 2 特长公路隧道施工过程安全监控研究需求特征 2.1 特长公路隧道施工地质灾害超前预报技术研究需求特征 综1.1所述，隧道施工地质灾害超前地质预报研究虽取得了较重要的进展，但距离实现不良地质体的空间位置、赋存形态和充填特性的定性辨识和定量预报还有一定差距。 具体表现在： ①实际工程中隧道超前地质预报质量偏低对物探结果的解译往往基于人为经验，造成隧道超前地质预报质量偏低。 ②目前应用的综合超前地质预报方法，均是多种方法的简单搭配和组合，是将每种方法的探测结果进行人为的比对分析和检验，进而做出综合性判断和解译，虽提高了预报的准确性，但每种探测的信息仍是孤立的，对于物探的多解性问题仍未有改善。 ③综合超前预报技术和监控量测技术进行地质灾害预报与预警的研究还较少，在施工地质灾害的实时超前预报和灾变过程的实时监测方面尚缺乏研究。 鉴于此，有必要综合地质理论和地球物理探测等手段，按照多階段预报思路，采用系统分析理论和联合反演解译方法，开展隧道施工地质灾害综合预报技术研究，以提高预报结果的准确性、可靠性及预报工作效率，实现隧道施工安全的实时监控。研究的需求内容如下： ①针对特长公路隧道所处的地质环境，研究隧道主要地质灾害类型、成因及影响因素，建立隧道地质灾害判别指标和判别方法。 ②综合地质分析理论和地球物理探测技术，研究施工过程实时综合超前地质预报技术，重点研究基于TSP和GPR预报数据的联合反演理论和智能解译方法，建立灾害预报预警的定量化信息，实现隧道施工地质灾害的实时超前预报。 2.2 特长公路隧道施工过程安全监控与预警技术 1.2所述研究成果有助于提高隧道监控量测管理水平，为准确把握隧道围岩稳定性，了解围岩和支护状态，降低隧道施工过程中地质灾害的发生，确保施工安全提供了重要手段。目前，隧道施工过程安全监控系统多用于城市隧道和海底隧道中，在公路隧道特别是西部山区公路隧道施工中的应用还较少。此外，现有的监控系统多针对监控量测，很少结合超前地质预报来实施地质灾害的预报预警，对监测数据的预测手段较为单一，常采用常规回归模型，缺乏智能预测方法。 针对云南山区深长隧道的大量修建，亟需建立隧道施工过程安全监控体系，研究隧道施工地质灾害预报与预警技术，提高云南山区隧道施工管理的信息化和自动化程度，提升隧道安全管理水平。研究的需求内容如下： ①联合超前地质预报技术和监控量测技术，研究隧道开挖前的不良地质体特征和隧道施工过程中围岩稳定状态及隧道结构体系的稳定性变化规律，建立隧道施工地质灾害的预警机制、施工安全风险的综合评价方法和分级控制标准。 ②开发隧道施工过程安全监控与预警软件，将预警机制、评价方法和控制标准纳入安全监控软件分析功能中，形成隧道施工全过程的安全监控和预警技术。3 总结 本文对特长公路隧道施工地质灾害超前预报技术及施工过程安全监测技术已有的研究成果进行客观论述，介绍了已有研究成果的技术类型及工程应用实例和存在的欠缺。在此前提下，结合云南山区本身存在的不良地质发育和多种灾害的耦合叠加效应，以及特长隧道与一般隧道相比存在的各种复杂性，对特长公路隧道施工过程安全监控研究的需求特征做出分析，为下阶段特长公路隧道施工安全监控研究提出新思路，并打下坚实的理论基础。参考文献： [1]余莉，陈建平.断裂带山岭隧道超前预报的现代地质推断法[J].公路交通科技，2013（11）：106-111，118. [2]曾昭发，刘四新，王者江，等.探地雷达方法原理与应用[M].北京：科学出版社，2006. [3]曲海锋，刘志刚，朱合华.隧道信息化施工中综合超前地质预报技术[J].岩石力学与工程学报，2006，25（6）：1246-1251. [4]李术才，薛翊国，张庆松，等.高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（7）：1297-1307. [5]王浩，葛修润，等.隧道施工期间监测信息管理系统的研制[J].岩石力学与工程学报，2001，20（z1）：1684-1686. [6]朱合华，李元海.岩土工程施工监测信息系统初探[J].岩土力学，2002，23（1）：103-106. [7]伍毅敏.隧道位移实时监测系统开发及其数据应用技术研究[D].长安大学，2004. [8]张国强.隧道结构安全实时监测系统研究[D].成都：西南交通大学，2009. [9]李亮.基于BS架构的公路隧道施工监测管理分析系统的开发研究[D].长沙：长沙理工大学，2010. [10]武胜林，邓洪亮，陈凯江，等.隧道监控量测自动预警管理系统及其应用[J].测绘通报，2013（6）：68-70. [11]李静，李长青，张丽丽，等.隧道监控量测自动预警管理系统设计与应用[J].施工技术，2015，44（18）：110-113. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。