安全管控技术在引韩济饶工程隧洞施工中的应用

安全管控技术在引韩济饶工程隧洞施工中的应用

徐佐 康贤源

深圳粤港工程技术服务有限公司，广东 深圳 518021

摘要:近几年，国家开始加大对城镇水资源使用调配力度，为水利隧洞技术的应用提供了广阔的发挥空间。随着调水规模的增大、调水距离的增加，水利隧洞工程的建设规模也越来越大，但同时，由于水利隧洞工程的自身特性，在施工过程中所面临的巨大安全风险始终是整个项目建设过程中无法绕开的一大难题，安全事故不仅对参建人员伤害巨大，更会产生长期、负面的社会影响。为解决这一难题，本文结合引韩济饶工程隧洞施工中的安全管理经验，从技术角度出发对如何采取现代技术措施对隧洞施工进行安全管控从而降低安全风险进行总结和探索。

关键词：安全管控技术；引韩济饶工程；隧洞施工

1 引韩济饶工程概况

引韩济饶工程拟从韩江流域引水，供水规模为40万t/d，设计取水流量为5.0m3/s。

本工程在韩江潮州枢纽库区左岸意东堤新建取水口，通过自流引水方式，采用一根长2.35km，直径为DN2200的地下输水管线，将原水引至意溪泵站，通过该加压泵站将原水送至无压隧洞进口的高位水池，无压输水隧洞长19.725km，隧洞出口采用重力有压流输水方式，经由一根长2.883km，直径为DN2200的地下输水管线将原水送至钱东镇，至此主管线全长约24.958km。后分两支线分别输水至饶平第二水厂和钱东拟建水厂。支线1为饶平第二水厂支线，设计供水流量为2.5m3/s，全长11.444km，由一根DN1600输水管道采用重力有压流方式输水；支线2为钱东拟建水厂支线，设计供水流量为2.5m3/s，全长0.367km，由一根DN1600输水管道采用重力有压流方式输水。

引韩济饶工程等别为Ⅱ等，工程规模为大(2)型，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。

2 隧洞结构特征及工程地质情况

隧洞总长为19.725km，进口及出口设高位水池，纵坡控制在1/2000；开挖洞径根据围岩类型不同分别为3600mm～3880mm不等，混凝土二衬完成后统一形成直径为2600mm的圆洞。隧洞采用无压输水方式，设计流量为5.0m3/s。隧洞受沿线冲沟发育影响有三处出露点，由西而东分别为进出洞口1、进出洞口2、进出洞口3，其间以砼箱涵连接。同时，为缩短直线工期，在隧洞沿线合适山坳处布设了6个进洞支洞开辟作业面。

隧洞洞身总长为19.372km，其中Ⅱ类围岩累计长6860m，占35.4%，围岩基本稳定，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块，采用锚杆及喷薄层混凝土支护；Ⅲ类围岩累计长7160m，占37.0%，围岩局部稳定性差，局部会产生塑性变形，并可能产生塌方或变形破坏，采用锚杆、喷混凝土，局部挂网的支护处理措施；Ⅳ类围岩累计长4233m，占21.8%，围岩不稳定，可能产生较大的变形破坏，采用锚杆、挂网、喷混凝土的支护措施，部分段采用钢拱架支撑、砼衬砌支护处理措施；Ⅴ类围岩累计长1119m，占5.8%，围岩极不稳定，变形破坏严重，开挖时采用超前支护措施，如管棚等，并考虑钢拱架、锚杆、挂网、喷混凝土的临时联合支护措施。

3 安全风险分析及技术措施

3.1 人脸识别门禁技术

3.1.1 人员管理风险

引韩济饶工程全长约36公里，其中主线隧洞工程全长近20公里，占比超过大半，为合理规划、节省工期，采取多段开洞、双向掘进的策略组织施工，始发洞口营地多达8个，临近村庄、道路，不可预见人员、车辆众多，若随意出入会产生巨大安全隐患，为此必须配置门禁系统进行有效管控；同时，为将可能发生的安全事故危害降到最低，采取人脸识别技术登记入洞对进洞各专业班组人数进行设限。

3.1.2 人脸识别系统工作原理

人脸识别终端采用全新模具外观设计，是一款可脱机或联网的人脸识别门禁产品。支持人脸识别、刷卡人脸识别、刷卡人脸拍照、工号人脸识别四种验证方式，方便用户灵活选择，支持TCP/IP、U盘两种通信方式，用户灵活选择，实现用户数据和门禁记录的上传下载，配置专业版门禁考勤管理软件。

人脸识别技术中被广泛采用的区域特征分析算法，它融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型,即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的人的面像进行特征分析，根据分析的结果来给出一个相似值。通过这个值即可确定是否为同一人。

3.1.3 系统选择及结构配置

引韩济饶工程采用TCP/IP网络门禁系统，在各始发洞口营地配置人脸识别门禁一体机、门磁锁和开门按钮。同时，配置一套脉冲电子围栏系统用作营地周界防范，系统主要由电子围栏主机、电子围栏前端配件、报警控制主机等设备组成，通过信号传输设备将报警信号传至管理中心的报警控制系统，显示防区工作状态，并远程对外部脉冲主机进行布撤防控制等操作。

3.1.4 具备的系统功能

（1）根据安全等级实行分级管理、区域化管理，对不同身份人的脸部识别或卡有不同区域的进出权限。

（2）正常情况下，由人脸识别或刷卡智能化控制出入门禁，发生突发性紧急情况下，可由管理员远程控制开门。

（3）门禁系统实现与消防系统联动，如发生火灾时，由烟感、温感报警起动消防设施，控制器自动解除门禁，将门打开，确保人员安全。

（4） 实现与视频监控系统联动，触发即可联动开启监控进行人像拍摄并进行存储，通过电子图像比对，并由管理员比对确认后，远程放行进入。

（5）系统平台设备由UPS供电，发生断电等紧急情况，门禁保持常开。

3.2 空气成分检测技术

3.2.1 存在有害气体风险

与普通地表空气不同，因地质原因，隧洞内空气成分复杂，不仅伴有大量粉尘，甚至夹杂有大量有害气体，例如：一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氨、二氧化氮、氮氧化合物、瓦斯等，让人产生刺激性反应、窒息、急性中毒甚至恶性生理病变等。

3.2.2 气体检测设备的选择

鉴于隧洞施工线性推进、非定点作业的特点，引韩济饶工程选择了操作方便、体积小巧、可以携带至不同施工部位的便携式气体检测仪开展空气成分检测工作。目前,随着制造技术的发展,便携式多气体（复合式)检测仪也是我们的一个新的选择。这种检测仪可以在一台主机上配备所需的多个气体(无机/有机）检测传感器,所以它具有体积小、重量轻、响应快、同时多气体浓度显示的特点。更重要的是,泵吸式复合式气体检测仪的价格要比多个单一扩散式气体检测仪便宜一些,使用起来也更加方便。

3.2.3 气体检测工作的管理

（1）人员配置

成立专业检测班组，按流程、定时、定点、有序开展工作，严密监控隧洞内空气成分及浓度变化。

（2）技能培训

所有专业检测人员经技能培训合格后方可上岗；所有进洞施工人员或管理人员，也要经过有关知识培训后方可进洞开展工作。

（3）检测重点

按有关规定对空气成分及浓度进行检测，特别是对掌子面和高含气段地层，要实行重点监控，确保检测的频次与准确度。

（4）数据管理

在做好检测工作的同时,也要做好相关数据记录与分析，对空气成分及浓度变化异常的情况，应及时向管理层汇报，必要时可提前进行洞内预警、组织撤离。 　

（5）仪器维护

检测仪器应由专人保管、维护，确保设备运转正常，要按说明书要求，定期送质监站进行率定。　　 　

3.3 围岩变形监测技术

3.3.1 围岩变形破坏风险

根据本文第2章《隧洞结构特征及工程地质情况》分析，Ⅲ类及以上围岩占比高达64.6%，一旦发生变形破坏甚至塌方将造成巨大人员伤亡。为掌握围岩变形情况、检验支护工况，必须要开展围岩变形监测工作。

3.3.2 监测项目和内容

施工期监测项目主要是变形位移和应力应变监测。其中变形位移包括洞口地表沉降、洞内断面表面变形、洞内钢拱架支撑变形监测。变形位移监测的任务是及时掌握隧洞断面如拱顶下沉、边墙挤入、底部隆起等断面尺寸的变化情况。洞内断面布置3个变形位移监测点，采用收敛计进行断面变形收敛监测；布置2个锚杆应力监测点进行锚杆应力变化监测。具体布置见《隧洞断面监测点布置图》：

隧洞断面监测点布置图

施工期监测项目及内容见表-1：

表-1 施工期监测项目及内容表

3.3.3 监测仪器的安装和埋设

监测仪器应选择对施工干扰小、操作方便、仪器面耐久好及能适应恶劣施工环境等要求。监测仪器的安装和埋设应紧跟工作面，距掌子面距离不宜大于1.0m。

3.3.4 监测操作

监测仪器安装埋设后，应立即测定其初始数据并随即开始监测，以后随开挖推进而进行。仪器埋设期测次数要求见表-2，正常监测次数和监测时间、断面间距要求见表-3。

表-2 仪器埋设期测次表

表-3 监测间距、时间和次数表

3.3.5 监测数据分析及应急处理

(1)施工单位应建立监测日报、周报、月报，及异常变形紧急通报制度。各种监测报表应时报送各参建单位。

(2)施工单位应及时整理分析监测资料，围岩稳定的基本判据可参考下列值：变形速率已明显下降，收敛变形速率小于0.2mm/d ,顶拱沉降变形速率小于0.15mm/d。

(3)当变形速率超过稳定标准值时，应立即做出预报，及时采取补强措施并通知参建各方，同时应加密监测频次，并及时提供监测成果。

3.4 隧洞内通信保障技术

3.4.1 通信不畅风险

狭窄多变、表面粗糙的隧洞空间完全破坏了无线电波在地面自由空间的传播规律，且隧洞内存在各种电缆、金属管路和金属体机械设备等，进一步改变了无线电波的传播规律，致使无线电波在隧洞内自由传播的距离极为有限。由于引韩济饶工程输水隧洞开挖直径仅3600mm，属于小断面隧洞，通信不畅现象更加明显，在洞外正常使用的手机、普通对讲机均无法进洞使用，不仅严重影响日常工作的正常开展，更无法为应急救援工作提供通信保障，进一步增加安全事故的危害程度。

3.4.2 有线、无线结合方案

鉴于隧洞内潮湿多尘的不良环境对通信设备的腐蚀作用、隧洞施工非定点作业的动态特性，且普通无线通信效果差，引韩济饶工程未采用传统的有线固定通信终端系统，而是采用有线、无线结合方案，暨有线移动通信终端系统——一种借助隧洞内敷设的泄漏电缆进行信息交换的通信系统。使用时人员手持对讲机，利用泄漏电缆作为媒介传输信号，可以使信号跟随电缆随铺随播，达到极佳的通信效果。

3.4.3 方案通信原理

泄露电缆是一种具有特殊结构的同轴电缆，与普通的同轴电缆不同的是，泄露电缆在其外导体上沿长度方向周期性地开有一定形状的槽孔，所以又称开槽电缆。电缆内部传输的一部分高频电磁能可以由这些槽孔以电磁波的形式向外部辐射，同时又可以通过槽孔接收外部的电磁波，加上同轴电缆原有的传输性能，因此，泄露电缆兼有传输线和收、发天线的功能。

无线电波借助敷设在洞壁的泄漏电缆在隧洞内非自由空间进行传播，使无线电收发信机实现信息交换。

3.4.4 方案具体架构

通过试验，我们把工作频率设定在455kHz，采用单频半双工体制，收发天线共用，发射机输出功率不小于2W；信号传输方式为无线(对讲机与泄漏电缆间)与有线(泄漏电缆传输)混合工作。利用此系统，可使通信距离达到2km，完全满足引韩济饶工程隧洞关键线路（长1.9km）施工通信要求。

4 结束语

引韩济饶工程，是有效解决苏区人民群众饮水安全的民生工程和民心工程，是“不忘初心、牢记使命”主题教育的生动实践和具体抓手，承载着广东省政府及各级领导对苏区人民的厚爱，因此，隧洞施工不容有任何闪失，通过采取现代技术措施对隧洞施工进行安全管控从而降低安全风险取得了良好的成效，为相似工程提供了可参考的有利经验。

参考文献:

[1] 中华人民共和国水利部.SL378-2016.水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].2007.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50086-2015.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].2015.

[3] 佚名.一种深井隧道通信系统[DB/OL].学习啦网.2017.

[4] 姚桂祥.无线电收发信原理[M].北京市:海洋出版社.1988.

作者简介：

徐 佐（1983-），男，工程师，从事水利工程项目管理工作。