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隧道施工安全监测与超前地质预报怎么选?6个建议与避坑要点


近期,国务院安委会办公室联合国家发展改革委、住房城乡建设部、交通运输部、水利部、国务院国资委、国家能源局、国家铁路局、国铁集团印发《关于进一步加强隧道施工安全工作的通知》,以全生命周期安全管理为目标,聚焦开挖方式、招投标管理、工期管控、资金保障、超前地质预报、隐蔽工程施工、设计变更、物资设备采购、重大事故隐患排查治理等关键环节部署整治,并提出健全工期和造价动态调整机制、变“最低价中标”为“最优价中标”、严禁随意压缩工期、加强超前地质预报管理和事故隐患排查治理等具体要求。

通知发出后,不少在建项目的业主与总包单位都在做同一件事:把隧道段的监测与预报配置重新过一遍。隧道施工安全监测系统到底怎么选,天玑科技结合自身在桥隧、地铁等工程中的信息化实践经验,给出六个建议。

建议一:先按风险等级定对象,不要按“能装多少点位”定方案

隧道监测先要做的不是选设备,而是分清监测对象。通常可分为四层:洞口与边仰坡(浅层位移、地表沉降、降雨量),浅埋段地表(沉降与水平位移),洞内围岩与支护结构(拱顶下沉、周边收敛、支护内力),以及洞内环境(有害气体、粉尘、温湿度、视频)。

不同风险等级的隧道,这四层的配置完全不同。风险高的段落需要布设自动测点并接入连续采集,风险低的段落可以用人工量测加定期复核。把风险等级判断清楚再谈设备清单,可以避免两种典型浪费:在高风险段省了自动采集,或在低风险段铺了过多测点。

建议二:超前地质预报和隧道监测是两套体系,采购时要分清

这是最容易混淆的一点。超前地质预报面向的是“掌子面前方未知的地质体”,要回答的是前方有没有断层破碎带、富水带、溶洞;隧道监测面向的是“已开挖段已暴露的结构与围岩”,要回答的是变形是否超限。两者的对象、方法、责任人和时间尺度都不一样。

九部门通知中专门点了“超前地质预报”和“隐蔽工程施工”,说明监管层关注的是这两件事有没有落实、有没有留痕。在采购与招标时,比较稳妥的做法是把预报与监测分成两个工作包,分别明确方法组合、频次、成果形式和责任人,避免出现“买了一堆传感器,但掌子面前方没人做预报”的情况。

建议三:洞内测点要按“不看不知道”的原则布设

隧道内光线差、粉尘大、人员流动频繁,测点的可维护性往往比精度指标更影响实际效果。布设时要重点考虑三点:一是通信与供电是否可达(这决定了能否连续采集);二是测点是否处于安全区域(避免被施工机械碰坏);三是数据是否能在开挖台车上就近看到,便于班组即时判断。

在测项上,拱顶下沉与周边收敛是核心。可用于洞内的手段包括:表面沉降位移监测仪,采用MEMS阵列式设计、单元长度1~3米,适用于高铁路基、基础沉降区以及隧道内壁的沉降监测;雷达挠度监测仪可用于中小跨径桥梁动位移、动静载试验以及隧道收敛测量,最高采样率50Hz、30米内精度优于0.1毫米,且不受光线、灰尘、刮风影响,比较适合洞内复杂环境;对于需要长期观测的沉降段落,可用静力水准仪补充,其综合精度0.1%F.S、分辨率0.01毫米。

施工信息化终端界面

图:施工信息化终端将工序过程数据实时上屏,是洞内与洞外数据能够对齐的前提

建议四:通信与供电必须按“洞内没有公网”来设计

隧道内部的公网信号通常只能覆盖洞口附近,越往里越弱。因此通信方案要预先考虑多通道冗余:4G/5G公网用于洞口段,LoRa或自组网用于洞内中继,北斗三号短报文可作为极端情况下的兜底通道(单条报文1000字以内)。部分遥测终端一体机支持公网、北斗、自组网三网融合,可同时向4个数据中心上报,值守电流低于1毫安,适合无市电、无人值守的洞口与洞外测点。

供电方面,洞内测点应优先考虑就近取电并做好防潮、防尘、防机械损伤的防护;洞外与边仰坡测点则适合太阳能加蓄电池方案,设备防护等级建议不低于IP67,工作温度范围要能覆盖项目所在地的极端气温。监测接收机层面,常见指标为IP68、-40~85℃宽温、功耗低于1.2瓦、平均无故障时间大于5万小时,并支持断线恢复后自动续传,这些参数直接决定长期在线率。

建议五:预警阈值和处置闭环要写进合同,不能只写在平台里

阈值设置通常分三级:黄色对应“进入观察”,橙色对应“加密观测并通知责任人”,红色对应“停工撤人与应急响应”。不同围岩级别、不同开挖方式的阈值并不相同,需要在方案阶段与设计、监理共同确定,并留出动态调整机制。

比阈值更容易被忽略的是处置闭环。谁在什么时间内看到告警、谁来核实现场、多长时间内反馈处置结果、记录怎么归档,这些流程如果不在合同里明确,平台上的预警很容易变成“只响不动”。在线安全监测管理平台通常支持阈值、加权公式、告警模型等多级预警机制,并可与移动端联动推送,但机制能不能跑起来,取决于管理制度是否同步建立。

建议六:数字化交付资料要按“与纸质档案同等重要”来准备

隧道属于隐蔽工程集中的分部工程,验收时对过程记录的要求最严。数字化交付资料至少应包含三类:一是过程记录原始数据(含时间戳与设备编号),二是成果报表与图表,三是异常处置记录。要注意的是,很多项目只在平台里保留结果曲线,一旦被要求追溯,反而拿不出原始观测值。

招标环节也在同步变化。当前不少项目的智慧工地专项方案已经采用“一票否决加量化评分”的方式评审,数据自动采集率、设备接入完整性、预警响应机制都会被计入评分。把交付口径在合同里写清楚,比事后补资料更省成本。

四个常见避坑点

避坑一:只比设备单价,不比采集率与有效率。同样的传感器,安装工艺不同,数据可用率可能相差很大;采购时应把数据有效采集率、在线率写进验收指标。

避坑二:只看精度标称值,忽略安装环境。隧道内的多路径干扰、强振动、高湿度,对实际精度的影响往往超过设备本身标称精度的差异。

避坑三:预报与监测混在一个包里报低价。低价中标的结果通常是两头都做不深,最后变成“有记录、无效用”。

避坑四:忽略数据归属与后续接入。隧道监测数据往往要在运营期继续使用,采购时应明确数据所有权、导出格式与接口对接方式。

快问快答

问:隧道监测一定要做自动化吗?答:高风险段落建议自动化连续采集,低风险段落可用人工量测配合定期复核,关键是判定依据要能随时调出。

问:洞内没有网络,数据怎么传?答:可采用LoRa或自组网在洞内中继到洞口,再由洞口通过4G/5G上传;极端情况下可用北斗短报文兜底。

问:一个隧道段需要布多少测点?答:没有统一答案,取决于围岩级别、开挖方式、埋深与断面尺寸,通常按断面布设并在洞口、浅埋、断层破碎带加密。

问:验收时要交什么?答:原始观测数据、成果报表与图表、超限与处置记录,三者缺一不可,且应保证可追溯、可复算。

结语

隧道施工安全监测的选型逻辑,可以概括为一句话:先按风险定对象,再按对象定测项,最后按测项定设备与通信方案。九部门通知把隧道施工安全的关注点拉回到了过程管理,对于项目方来说,这也是把监测系统真正用起来的时机。天玑科技长期聚焦北斗时空信息技术在工程建设领域的应用,在桥隧施工与运维监测方向积累了成套的终端、平台与实施经验,可为隧道项目提供从点位设计到预警闭环的完整方案。

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