石林隧道标准化施工工艺
隧道信息化管理
中铁一局集团有限公司
2012年5月
隧道信息化管理
1隧道信息化管理概述
为了平稳、高效推进云桂铁路的建设，尤其为确保石林隧道安全、有序施工，根据铁道部“四化”（机械化、工厂化、专业化、信息化）建设要求，按照云桂公司“科学管理、精细管理、严格管理”的总体要求，我们将信息化建设作为科学管理、精细管理的重要推手，提高认识、加强领导、积极探索完善，初步实施了信息化管理，提升了对现场的管控水平。
石林隧道信息化管理系统主要包括安全监控系统和RCPMIS系统、监控量测系统3大模块，2011年3-5月期间，在石林隧道4个洞口设置了安全监控系统，实现了进洞人员自动识别和定位；在4个洞口和6个拌合站设置了视频点，全天候监控现场动态；2011年12月，在集团公司项目经理部和分部建立了二级远程网络监控，实现信息的及时传递和对作业现场的实时监控。利用RCPMIS系统平台，初步实现了“工程进度”、“地质预报”、“围岩量测”、“物资管理”、“材料消耗”等几大模块的日、周、月报的动态管理。
石林隧道通过信息化建设和推进，初步实现了对施工现场的实时管控，为各项管理工作有序、有效进行创造了一个良好基础。 2. TSAQ-1安全监控系统 2.1 视频监控子系统
根据石林隧道现场施工的特点的特点，及整个安全监控系统的系统的实际情况，为了随时掌握隧道各个作业面和拌合站的安全状况，石林隧道安装了视频监控子系统，通过互联网，在授权的条件下通过电脑终端监控隧道口及拌合站生产情况。该系统技术水平先进、运用现代监控技术具有可设置性，可实现24小时不间断监视，可支持多种协议(TCP/IP, ARP, ICMP, FTP, DHCP, HTTP，PPPOE，DNS，组播)，视频帧率、码率可根据带宽自动调节，不影响办公区正常业务使用带宽等特点。
视频监控子系统设备由M-CV-2060IR型摄像头、视频传输线和监控终端工控机两部分组成。
1）M-CV-2060IR型摄像头：为了完整监控石林隧道各工区隧道口和拌合站状况，每个工区配备的8台摄像头（隧道口和拌合站各四台）均配备了云台，可通过系统软件进行远程控制转动，监控不同的角度。视频监控系统包括隧道口的摄像头与隧道全景的摄像头两部分；摄像头将模拟信号转换为数字信号，数字信号由视频传输线传到指定的监控终端工控机。
图1 位于隧道进口端的全景摄像机 图2摄像头示例
2）视频传输线和监控终端工控机：隧道洞口值班室和拌合站的视频传输线将摄像头实时采集的数字信号视频图像通过视频线和视频服务器，传输到洞口值班室的监控终端电脑，实时反映洞口动态；通过网络线路，项目经理部、分部已经实现远程图像信息监控功能，录像资料可用软件调用和回放。
图3 隧道洞口值班室终端监控画面
2.2 管理人员刷卡识别子系统
管理人员视频刷卡系统主要是针对领导干部和安全质量人员跟班作业情况，尤其是针对具有检查量化指标的特殊人群，如项目经理、安全总监等。管理人员同时采用有源标签自动识别和无源标签刷卡识别相结合，管理人员视频刷卡系统自动录像和人脸识别，从而确认持卡人员签到的准确性和洞内跟班作业时间。
石林隧道在四个洞口值班室各设置一台视频刷卡器（图5），为主要管理人员配备了无源标签识别卡ID-60型（图4），进口架子队配备了15张。在上级单位进行检查时，检查人员可以根据系统自动采集的信息数据和登记本上填写的进出洞记录进行比对，从而达到对检查量化指标的考核。
图4标签识别卡 图5 视频刷卡器
2.3 LED子系统
LED大屏，根据进口景观和展示企业形象需要，石林隧道进口宣传墙设置了尺寸为10*2.08m的LED大规格显示屏，分站接受识别卡载波信号后，同步在值班管理室工控机屏幕和LED大屏显示，分别显示洞内人员总数、正洞、平导、掌子面分布人数及具体人员姓名工种。
图6 LED大规格显示屏
2.4 人员识别和定位子系统
人员识别、定位子系统集成了进出洞、特定区域（掌子面）人员的识别和定位，以及紧急状况下的报警和呼叫，并通过洞口计算机、LED大屏和远程网络终端显示实时信息，实现监控、查询、考核和信息统计功能。
图7人员识别、定位子系统检测形式示意图
1）子系统设备
（1）数据接受器分站：石林隧道进口，设置了5台无线数据接受器分站，用于接受识别标识卡载波信号，其中隧道正洞、平导各设置2台，另外1台设置于洞外；平导2台分站按照现场施工情况分别设置于1#横通道附近和4#横通道前方，采集1#横通道混凝土工作面和平导掘进掌子面人员信息；正洞由于采用2台模板台车，前方分站设置于第二台台车附近，并随二衬进度前移。
图8 无线数据接受器 图9人员识别卡
（2）人员识别卡：石林隧道共办理了961人的人员识别卡。2012年复工后，又为新增、调整人员办理了152张。办卡人员包括全部进洞施工人员、现场监理和项目经理部、分部管理人员，同时为各级外来检查人员或临时进洞人员准备了20张临时卡。人员识别卡全部固定在安全帽上，以便随身携带。另外，为了紧急状况下的及时报警呼救，配备了15张双向识别卡，由每班带班管理人员佩戴，紧急状况下，由带班人员按下标识卡下方的报警按钮，系统将自动提示值班管理人员和远程监控人员，报警呼救和定位。
2）子系统运行
监控显示：分站接受识别卡载波信号后，同步在值班管理室工控机屏幕和LED大屏显示，分别显示洞内人员总数、正洞、平导、掌子面分布人数及具体人员姓名工种。
图10 固定在安全帽内的个人识别器 图11 隧道监控终端显示器
在工控机安装上，为了便于管理和保护设备，采取了分离式安装，即工控主机与计算机显示屏分别安装在两个房间，主机采用一体式机箱安装在单独房间，以免其他人员动用设备，显示屏安装在值班室内，便于值班人员随时掌控人员进出情况。LED大屏，在选装时，根据进口景观和展示企业形象需要，将尺寸由原招标时的3.27*0.87m，调整为10*2.08m。
网络查询和远程监控：系统之间信息和数据的共享，管理层远程监控现场人员和视频实时信息，以及与RCPMIS系统的无缝对接需要联通互联网，为解决互联网的问题，尤其是“网络最后一公里”问题，为此，采取了以下措施：
（1）利用手机号码资源，与地方电信部门谈判，由电信部门接通了到分部、架子队的互联网络，带宽10M。
（2）从端口到进口值班室和拌合站的网络，即“最后一公里”问题，因距离较远，普通网线已经达不到数据传输的要求，因此采用了光线传输，将网络交换机设置在架子队队长办公室，由架子队队长直接保管，光纤两端各设置一台光纤收发器，即在网络交换机和值班室两个端口，委托科一力公司进行安装，实现网络的联通。
目前，已经建立了两级远程监控体系，分别为项目经理部和分部；根据目前的带宽情况，已经开通项目经理部经理、安全总监和分部经理、常务副经理、安
全总监和系统维护人员的远程监控，包括人员定位情况、隧道和拌合站视频情况。 2.5 无卡人员报警系统
无卡人员识别报警子系统采用视频成像技术与有源识别卡技术相结合的方式，通过在固定的位置安装视频摄像点，覆盖隧道口的一定区域，利用视频成像技术判断人员的进出及数量，再结合定点的RFID识别技术来判断进出人员是否携带RFID标识卡，从而实现无卡人员进入隧道产生报警信号。
对系统发出的无卡人员报警，值班人员应立即核查进洞人员安全帽佩戴情况、并与登记本信息和翻牌情况进行核实，找出无卡人员，采取处置措施避免无关人员进入洞内。 3 RCPMIS系统
3.1 RCPMIS系统的作用
1）实现过程控制，动态、即时反映工程进度、投资完成情况，强化风险管理，及时分析、解决工程建设过程中出现的问题，确保质量和安全可控。
2）实现可追溯管理，通过基础资料的确认和比对，约束参建各方行为，界定参建各方责任，形成管理的闭环，促进建设项目管理水平的提升。
3）实现设计和施工的统一，通过理论消耗量与实际消耗量的对比分析，严格执行设计规范和质量标准，精细化管理，创建百年不朽工程。
图12 系统设计原理图
3.2 RCPMIS系统功能模块
RCPMIS系统模块分为协同办公模块和项目管理模块，其中：
协同办公模块包括有：即时通信、信息发布、文档管理、工作管理、公文处理五项模块。
项目管理模块包括有：项目规划管理、编码结构管理、岗位管理、投资管理、进度管理、质量管理、合同管理、工程招投标管理、验工计价、调度管理、工程设计管理、监理管理、物资管理、物资消耗定额管理、安全管理、资料管理、调度指挥中心、WEB信息发布/查询十八项模块。 3.3系统运行功能
1）进度管理：每天18:00前录入，要求与现行人工报公司调度数据一致，待稳定后取代人工报送数据。云桂公司调度负责对各单位数据录入情况进行日常审查，督促落实并提出考核意见。
2）地质预报和围岩量测：项目即时录入，要求与现行人工台账一致。云桂公司工程部负责对各单位数据录入情况进行日常审查，督促落实并提出考核意见。
3）物资管理和材料消耗：项目即时录入，要求与现行人工台账一致。云桂公司物设部负责对各单位数据录入情况进行日常审查，督促落实并提出考核意见。
4 监控量测技术
为加强隧道施工安全质量管理，充分发挥监控量测在隧道安全质量管理中的作用，规范隧道施工监控量测工作，根据《铁路隧道监控量测技术规程》、《铁路隧道工程施工安全技术规程》、《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设〔2010〕120号）及云桂铁路云南有限责任公司下发的“关于发布《隧道施工监控量测管理细则》的通知”（云桂云铁工〔2010〕161号），项目部对石林隧道监控量测工作实施日常管理。 4.1监控量测实施
监控量测是隧道施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护参数的调整和二次衬砌施作的时机提出依据，是确保施工安全和结构安全可靠、指导施工过程和施工安全监控的重要手段，是铁路隧道设计文件的重要组成部分，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，监控量测须纳入工序管理。
1）监控量测项目
隧道监控量测必测项目包括拱顶下沉、净空变化(水平收敛)、地表沉降和洞内、外观察。
洞内观察包括开挖工作面观察和已施工地段观察两部分，开挖工作面观察主要为地质素描数码成像，并填写相应记录表，已施工地段观察记录喷射砼、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态，主要为洞内初期支护完成后喷层表面裂缝及其发展情况、渗水情况；洞外观察主要记录洞顶地表开裂、地表水影响情况，洞口段和浅埋段要尤其重视。
洞、内外观察由各工点量测技术员负责。 2）监控量测设备管理
实施监控量测的设备包括全站仪、精密水准仪、收敛仪，分部工程部负责建立健全仪器设备台帐，定期进行标定。
经理部工程部测量负责人每月对仪器设备台帐进行检查，并现场检查设备运行情况，保证设备正常运行。
3）测点制作、埋设 (1) 洞内测点
洞内监控量测测点由经理部工程部统一安排制作。工区长负责协调开挖、初支人员配合埋设到位。
测点由埋入钢筋和三角环两部分构成，埋入钢筋采用直径20mm的螺纹钢，用于正洞Ⅳ、Ⅴ级围岩的埋入钢筋长50cm，用于正洞Ⅲ级围岩的埋入钢筋长35cm；用于辅助导坑Ⅴ级围岩的埋入钢筋长45cm，用于辅助导坑Ⅳ级围岩的埋入钢筋长35cm，用于辅助导坑Ⅲ级围岩的埋入钢筋长30cm；三角环边长5cm，采用φ6mm钢筋弯制而成，与埋入钢筋焊接，靠近埋入钢筋端焊接2cm厚、有效面积3×3cm的钢板。如下图。
初期支护 围岩 Φ20mm螺纹钢筋，埋入围岩深度不小于200mmΦ6mm钢筋边长为50mm的正三角焊接钢板，贴反光膜
图13 测点埋设布置示意图
测点布置间距：Ⅴ～Ⅵ级围岩段，沿线路纵向每5m一组；Ⅳ级围岩段，每10m一组；Ⅲ级围岩段每30m一组。
正洞采用两台阶法开挖时，每组量测断面布置1个拱顶测点、2组(4个)水平测点，共5个测点。
正洞采用三台阶法开挖时，每组量测断面布置1个拱顶测点、3组(6个)水平测点，共7个测点。
正洞采用CRD法开挖时，每组量测断面布置2个拱部测点。左、右部采用两台阶开挖时，2组(4个)水平测点；左、右部采用三台阶开挖时，布置3组(6个)水平测点。共计6个或8个测点。
洞内监控量测点采用钻孔埋设，钻孔在掌子面开挖时及时钻设，由测量人员放样，开挖工钻孔；埋点由量测人员负责，在爆破不影响测点安全时及时进行，测点采用锚固剂与围岩锚固稳定，埋入围岩深度不小于20cm。Ⅴ～Ⅵ级围岩段测点易破坏，须及时补埋，补点后重新读取初读数。
测点埋设时需采用仪器准确放样，保证埋设在同一轴线、同一水平线、同一断面上，做到测点布设规范、牢固可靠。
监控量测点要设置标识牌，标示里程、设点时间、责任人等相关信息。 (2) 地表沉降观测点
地表沉降观测点的埋设由现场量测人员负责，工区长负责协调其他人员配合工作。
地表沉降观测点与洞内测点布置在同一横断面上，以便相互校核，隧道埋深0～2.5倍开挖宽度范围内布设地表沉降观测点。
纵向测点间距见表1。
表1 隧道地表沉降测点纵向间距
隧道埋深与开挖宽度 2B 图14地表沉降横向测点布置示意图 4）数据采集 （1）监控量测方法 拱顶下沉、地表沉降量测采用精密水准仪和铟钢挂尺或全站仪进行 净空变化量测可采用收敛计或全站仪进行。 （2）监控量测时机 净空变化和拱顶下沉量测初始读数在开挖后12小时内取得，最晚不得迟于24小时。 （3）监控量测频率 监控量测频率按照下列两表实施，当两表量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。 表2 按距开挖面距离确定的监控量测频率表 监控量测断面距开挖面距离(m) （0～1）B （1～2）B （2～5）B （2～5）B 监控量测频率 2次/d 1次/d 1次/2～3d 1次/3d ＞5B 注：B-隧道开挖宽度 1次/7d 表3 按位移速度确定的监控量测频率 位移速度(mm/d) ≥5 1～5 0.5～1 0.2～0.5 ＜0.2 监控量测频率 2次/d 1次/d 1次/2～3d 1次/3d 1次/7d （4）停止监控量测的条件 正洞Ⅴ级围岩洞内量测直至二次衬砌施作为止，Ⅲ、Ⅳ级围岩在初支闭合后量测至变形稳定。 辅助导坑（平导、斜井）洞内量测直至按1次/7天的量测频率量测连续两次为止。 地表沉降观测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。 2）结果整理、分析、反馈 （1）数据整理、初步分析责任人 数据整理、初步分析责任人为各工点量测负责人，数据采集后须立即按规定格式对数据进行整理、分析，对工程安全性、下一步量测频率、应采取的工程措施提出意见。 （2）数据复核、确认 数据复核的责任人为分部总工和工程部长。 现场监控量测小组组长每日17:00收集各工点监控量测数据和初步分析结果，对数据进行复核，如对数据真实性、准确性有怀疑，须要求工点量测负责人重测，并督促工点量测人员按规定频率量测。 局项目部总工程师和分部总工程师每天收集各工点监控量测的成果分析资料，对分析意见进行确认。超过Ⅱ级管理值的由局项目经理同时履行检查确认程序，相关资料签认后建帐备查。 （3）数据反馈 当监控量测位移管理达到Ⅲ级时，由各工点监控量测负责人将量测原始资料和分析结果通报各工点技术主管和现场监理工程师正常施工。 当监控量测位移管理达到Ⅱ级时，由各工点监控量测负责人将量测原始资料和分析结果通报各工点技术主管，技术主管及时通知各架子队队长、现场监理工程师，同时于2小时内上报局项目部总工程师、专业监控量测评估单位、云桂公司丘北指挥部。局项目部总工程师组织研究提出具体意见，由云桂公司丘北指挥部8小时内组织参建各方对设计施工措施进行综合评价。 当监控量测位移管理达到Ⅰ级管理值以及拱顶下沉、水平收敛达5mm/d或位移累计达100mm时，由各工点监控量测负责人及时通知现场技术主管、现场监理工程师暂停施工，并将量测原始资料和分析结果于1小时内上报分部经理、分部总工，并同一时间上报局项目部经理、局项目部总工程师（电子文件，格式见附表2），局项目部总工于2小时内上报云桂公司丘北指挥部、云桂公司工程部（可先传电子版，后报纸质文档）。局项目经理组织研究提出具体意见，由云桂公司丘北指挥部指挥长、云桂公司工程部部长8小时内到施工现场盯控，并组织参建各方研究相应工程措施，必要时组织专家组研究工程措施。 3）成果上报 （1）日报：当日17:00之前，各工点量测负责人将当日量测结果以日报形式上报给现场监控量测小组组长，组长对当日数据进行复核，如对数据真实性、准确性有怀疑，须要求工点量测负责人重测，并督促工点量测人员按规定频率量测。各工点量测负责人每日将复核后的数据上报局项目部调度。 （2）周报：各工点量测负责人负责每周日18:00前上报监控量测周报给现场监控量测小组组长，由现场监控量测小组组长复核，分部总工审核后于每周一中午12:00前上报至局项目部调度。周报内容主要包括：监控量测工作开展情况，监控量测工作小结和分析，下一步工作计划。 （3）月报：各工点量测负责人负责每月23日18:00前上报监控量测月报给现场监控量测小组组长，由现场监控量测小组组长复核，分部总工审核后于每月24日中午12:00前上报至局项目部调度，局项目部报监理单位审核后报云桂公司丘北指挥部。月报内容主要包括：监控量测工作开展情况，监控量测工作小结和分析，下一步工作计划。 （4）异常情况报表：如前述，当监控量测位移管理达到Ⅱ级或Ⅰ级管理值时，按前述规定时间上报。 5 隧道通风自动化管理 石林隧道进口通风机采用变频控制技术，既能在变频器控制柜上直接操作，又能够进行远程操作。远程操作控制器（触摸屏）安装在隧道进口值班室内，使操作调节更方便。 图15 通风系统设备监控主画面 控制台上的主画面可以实时监控通风机工作状态、电流值，以及风管前方空气流动速度。 在触摸屏上可以及时改变风机供风量，并实现全部功能的远程控制，能够取得良好的节能效果。 6 工程结果评价 石林采用采用信息化管理技术后，施工单位有关人员、上级管理机构、业主和监理单位能够实时查看隧道施工状态，实时查看规定上传的施工报表，作业人员进出隧道记录，通风机工作状态及时调整等，提高了办事效率，节约了人力、物力，为企业、为社会节约了大量资源。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容