盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

1、摘要：以盾構(gòu)施工過程中自動采集的施工參數(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研發(fā)了一套盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對盾構(gòu)施工參數(shù)的實時監(jiān)控和預(yù)警，并能夠?qū)Χ軜?gòu)施工參數(shù)信息進(jìn)行全過程分析，對施工材料的消耗情況進(jìn)行統(tǒng)計。 該系統(tǒng)在北京地鐵盾構(gòu)隧道工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，實踐表明其能夠真實、有效地監(jiān)控盾構(gòu)施工情況，有效預(yù)測和規(guī)避風(fēng)險事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)施工；風(fēng)險監(jiān)控；監(jiān)控系統(tǒng) 盾構(gòu)施工過程中盾構(gòu)會自動采集并存儲大量的施工參數(shù)數(shù)據(jù)信息1，充分利用這些數(shù)據(jù)信息來對盾構(gòu)施工過程的風(fēng)險進(jìn)行控制是非常重要的，如何通過這些參數(shù)信息實時監(jiān)控盾構(gòu)施工，規(guī)避盾構(gòu)施工過程中的風(fēng)險也是各方建設(shè)管理人員的迫切需求2-3。 盾構(gòu)施工風(fēng)

2、險監(jiān)控系統(tǒng)正是適應(yīng)地鐵建設(shè)大發(fā)展的形勢和安全生產(chǎn)的迫切需要應(yīng)運(yùn)而生的。 1數(shù)據(jù)傳輸 盾構(gòu)自動采集的數(shù)據(jù)存儲在工控機(jī)里，要想對各個盾構(gòu)區(qū)間的盾構(gòu)施工全過程進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，就必須將盾構(gòu)采集的數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)椒?wù)器上來。 盾構(gòu)在進(jìn)行隧道施工時，現(xiàn)場所處的場地往往不能架設(shè)較好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，只能傳輸簡單的數(shù)據(jù)信息4，而且施工管理人員、技術(shù)人員和安全風(fēng)險管控人員的辦公地點不是固定的，可能在施工現(xiàn)場、公司，也有可能在外地；而公司總部所處的地理位置和辦公環(huán)境相對較好，配置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施也較好。根據(jù)這種情況，首先將盾構(gòu)施工過程中自動采集的數(shù)據(jù)實時地從盾構(gòu)工控機(jī)傳輸至現(xiàn)場項目部電腦，然后通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)實時地從現(xiàn)場電

3、腦傳輸至公司服務(wù)器，用戶通過訪問公司服務(wù)器即可實現(xiàn)對盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)的實時讀取和分析5，盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)傳輸過程見圖 1。1. 1隧道內(nèi)外數(shù)據(jù)傳輸 盾構(gòu)工控機(jī)與項目部地面監(jiān)控電腦之間以光纖為傳輸介質(zhì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相關(guān)傳輸軟件安裝在地面監(jiān)控電腦上，盾構(gòu)工控機(jī)上不安裝任何軟件，以保證盾構(gòu)工控機(jī)上相關(guān)控制系統(tǒng)不受干擾。1. 2服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸 盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)從盾構(gòu)工控機(jī)傳輸至地面電腦后，還需要將數(shù)據(jù)從地面電腦實時地傳輸至服務(wù)器。 服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸軟件分為數(shù)據(jù)發(fā)送軟件和數(shù)據(jù)接收軟件兩部分：數(shù)據(jù)發(fā)送軟件負(fù)責(zé)在地面電腦上將最新的數(shù)據(jù)實時地發(fā)送至服務(wù)器；數(shù)據(jù)接收軟件負(fù)責(zé)在服務(wù)器上接收發(fā)過來的數(shù)據(jù)并存儲。 2系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

4、與功能2. 1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)由盾構(gòu)區(qū)間風(fēng)險管理、工程進(jìn)度、刀盤、螺旋機(jī)、時間統(tǒng)計、材料消耗、單環(huán)分析和多環(huán)分析等 8 個界面組成。其中盾構(gòu)區(qū)間風(fēng)險管理、工程進(jìn)度、刀盤和螺旋輸送機(jī)屬于顯示界面，其主要功能是顯示盾構(gòu)施工過程中的各項參數(shù)、 盾構(gòu)施工進(jìn)度以及施工進(jìn)度與盾構(gòu)區(qū)間重要風(fēng)險工程的關(guān)系；時間統(tǒng)計、材料消耗、單環(huán)分析和多環(huán)分析屬于數(shù)據(jù)分析界面，其主要功能是對盾構(gòu)工作過程中的實時參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析并形成圖形界面，以便于施工人員查看、分析和管理。 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)見圖 2。2. 2系統(tǒng)基本功能 盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能有以下 5 個： 1）實時、形象地顯示工程進(jìn)度 ，清晰地顯

5、示盾構(gòu)區(qū)間各級風(fēng)險源的影響區(qū)域，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)告、風(fēng)險提醒，方便用戶掌控施工區(qū)間整體風(fēng)險分布狀況，明確管控重點。 工程進(jìn)度界面見圖 3。 2）形象地顯示盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，對盾構(gòu)施工過程進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。 刀盤參數(shù)顯示界面見圖 4。 3）對盾構(gòu)施工過程中的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行各種條件下的查找、統(tǒng)計和分析，并給出相應(yīng)的可視化圖形。 數(shù)據(jù)分析界面見圖 5。 4）以時間段的形式對盾構(gòu)施工過程中的材料消耗、功效、推進(jìn)環(huán)數(shù)和里程等參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和查詢，并以報表的形式輸出。 材料消耗統(tǒng)計界面見圖 6。 5）對主要盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行實時預(yù)警，并在數(shù)據(jù)分析時給出主要施工參數(shù)的控制范圍供決策者參考。 3工程應(yīng)用實例

6、北京地鐵某盾構(gòu)區(qū)間隧道埋深 1518 m，穿越地層主要為全斷面卵石層，局部夾雜中粗砂。 2011 年8 月 26 日，安全風(fēng)險監(jiān)控人員在采用盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)對該區(qū)間盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和分析時，發(fā)現(xiàn) 4558 環(huán)土壓力控制較差（見圖 78），盾構(gòu)推進(jìn)過程中土壓有一些變化，停機(jī)過程中土壓力基本都是0 MPa，說明土艙內(nèi)土不滿 ，盾構(gòu)屬于半艙推進(jìn) ，必然會發(fā)生塌陷事故。 安全風(fēng)險監(jiān)控人員于 2011 年 8 月 26 日早上 8 點對該區(qū)間發(fā)布地表塌陷預(yù)警，2011 年 8 月 27 日 12：58分地表上方發(fā)生塌方，塌方直徑約 4.5m，深 5m，見圖 9。塌陷位置在 5558 環(huán)，塌陷時盾構(gòu)推進(jìn)至 60 環(huán)，58 環(huán)脫出盾尾。4結(jié)語 盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對盾構(gòu)施工參數(shù)的實時監(jiān)控和預(yù)警，形象、實時地顯示盾構(gòu)施工參數(shù)，提供可視化圖形數(shù)據(jù)分析界面，并對盾構(gòu)施工中耗材進(jìn)行統(tǒng)計分析，既便于分析盾構(gòu)施工的全過程及其可能出現(xiàn)的各種問題，也可以對盾構(gòu)施工成本和質(zhì)量進(jìn)行控制，還能形象地顯示工程進(jìn)度和風(fēng)險工程的影響區(qū)域，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)告、風(fēng)險提醒，方便用戶掌控區(qū)間整體風(fēng)險分布狀況，明確管控重點。 盾構(gòu)施工風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)在北京地鐵盾構(gòu)隧道工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，實踐表明采用系統(tǒng)實時對盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警，并對施工參數(shù)進(jìn)行分析，能夠有效、真實地反映