顏志恒 史文龍 李軍 陸長(zhǎng)亮

（1.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213；2.華北科技學(xué)院，河北廊坊 065201）

0.引言

21世紀(jì)科技快速發(fā)展，越來(lái)越多的科技技術(shù)在工程運(yùn)用，尤其在大型地下洞室開(kāi)挖過(guò)程中運(yùn)用越來(lái)越多。由于大型洞室結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在開(kāi)挖過(guò)程中需要考慮諸多阻礙因素影響施工進(jìn)度，且洞群體中分布各種單元體結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元體的施工過(guò)程各不相同，每個(gè)單元體結(jié)構(gòu)緊密相連，在考慮洞室的施工時(shí)，需綜合考慮工程施工人員安全問(wèn)題、施工過(guò)程中由于爆破產(chǎn)生的粉塵與煙霧、不同工作面之間的相互影響程度[1]等原因，如何在洞室施工過(guò)程中保證工作人員的安全與施工的可控性，保證施工質(zhì)量與進(jìn)度僅僅依靠有限管理人員未能達(dá)到目的，因此需要借助科技技術(shù)手段作為輔助工具是必不可少的。地下洞室施工監(jiān)控管理等系統(tǒng)就是一個(gè)典型的應(yīng)用。

諸多學(xué)者對(duì)地下洞室施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究已有一定進(jìn)展，段杭、任大春等[2]通過(guò)對(duì)白鶴灘地質(zhì)分析，研發(fā)了安全信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；陳剛、張平俊等[3]介紹安全監(jiān)測(cè)的每個(gè)變化特征，進(jìn)一步完善安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)；丁海、林保真[4]通過(guò)數(shù)據(jù)逐片處理等技術(shù)手段，提出了一套較完整的算法，研制了應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了三維工程數(shù)據(jù)場(chǎng)的顯示和調(diào)控。綜上所述，通過(guò)對(duì)地下洞室全面分析結(jié)合科學(xué)理論研究方法，分析了地下洞室各方面的因素，統(tǒng)籌各單元體相互之間的關(guān)系，將各洞室以經(jīng)濟(jì)合理，施工快速有效緊緊配合在一起[5]。

1.工程概況

豐寧抽水蓄能電站位于地質(zhì)復(fù)雜且山脈較多的豐寧滿族自治縣境內(nèi)，相距首都北京的直線距離180km，相距承德市的直線距離150km。電站規(guī)劃裝機(jī)容量3600MW，電站樞紐工程主要組成由各上、下水庫(kù)、水道系統(tǒng)、地下廠房、地面開(kāi)關(guān)站、地面排風(fēng)機(jī)房等組成。電站分兩期建設(shè)。一期工程裝機(jī)容量1800MW，二期工程同一期工程一樣也為1800MW。一期工程主要包括上水庫(kù)、下水庫(kù)（含攔沙庫(kù)和蓄能專用庫(kù)）、6臺(tái)機(jī)組的引水和尾水系統(tǒng)、6臺(tái)機(jī)組的地下廠房系統(tǒng)、地面開(kāi)關(guān)站、交通洞等，二期工程主要包括另6臺(tái)機(jī)組的引水和尾水系統(tǒng)以及地下廠房系統(tǒng)。二期工程地下廠房與一期地下廠房連接鏡像布置。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室復(fù)雜，電站施工周期長(zhǎng)，在施工過(guò)程中，施工人員、施工車輛及設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜，極易造成安全隱患，同時(shí)，開(kāi)挖工作面工作環(huán)境差，粉塵、爆破煙霧不能及時(shí)排除，影響施工人員健康和工程進(jìn)度，為了確保工作人員安全及施工有效合理，進(jìn)行地下洞室施工過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及應(yīng)用尤為重要。

2.地下洞室施工視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究及應(yīng)用

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

地下洞室是一個(gè)較大的封閉空間，由于工作人員位置、巖體變形量等信息不斷變化，無(wú)法準(zhǔn)確掌握人員的運(yùn)行軌跡、圍巖變形量、施工進(jìn)度等信息，因此安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)點(diǎn)的組網(wǎng)方式來(lái)完成地下洞室新建監(jiān)控點(diǎn)的視頻無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸。通常將新建監(jiān)控點(diǎn)的視頻通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至就近中繼點(diǎn)，然后通將所有視頻傳輸至數(shù)據(jù)中心，再通過(guò)有線方式傳輸至監(jiān)控中心。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室方案設(shè)計(jì)依據(jù)《中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l例》等進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，設(shè)計(jì)模擬分為兩種模式分別為：直行模擬、彎行模擬，其模擬示意圖如圖1所示。從圖1可知：在監(jiān)控位置布置無(wú)線傳輸設(shè)備時(shí)，無(wú)線基站的位置較高，目的是為了避免洞室中各種遮擋物遮住基站的信號(hào)源，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)地下洞室內(nèi)人員、施工過(guò)程等變化情況，以達(dá)到基站傳輸視頻與信息的質(zhì)量，保證傳輸效率，無(wú)線橋網(wǎng)為SU1527-150Mbps-5.8GHz電信級(jí)一體。

圖1 模擬示意圖

2.2 地下洞室視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

地下洞室監(jiān)測(cè)接受機(jī)一共為31個(gè)，接收機(jī)布置對(duì)稱均勻，兼顧著各個(gè)方面，重點(diǎn)布置應(yīng)力集中發(fā)生頻率較高的地段，為了使監(jiān)控更加精確室內(nèi)、外設(shè)備均采用高帶寬電信級(jí)無(wú)線設(shè)備，其安全防護(hù)等級(jí)均支持IP67標(biāo)準(zhǔn)，能夠確保其在室內(nèi)、外環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間使用的需要，符合洞室監(jiān)控傳輸使用的實(shí)際情況。

豐寧抽水蓄能電站地下洞室設(shè)置一個(gè)指揮中心，系統(tǒng)控制主要機(jī)器在指揮中心，如果地下洞室內(nèi)部發(fā)生異常，系統(tǒng)將會(huì)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理并傳輸?shù)街笓]中心。指揮中心能夠了解洞室結(jié)構(gòu)與各單元體動(dòng)態(tài)變化，也能夠?qū)崟r(shí)獲得巖體隨時(shí)間變化的變形量，準(zhǔn)確且科學(xué)有效的掌握洞室內(nèi)部一切信息，為人員提供安全預(yù)測(cè)。

3.人員定位同步顯示系統(tǒng)

將LED大屏幕設(shè)置在洞室進(jìn)、出口旁邊，靠近門房或是值班室為佳。屏幕上的內(nèi)容有：標(biāo)簽號(hào)、姓名、施工進(jìn)出時(shí)間、總?cè)藬?shù)等，使監(jiān)管人員不用下到洞室下面去，也不必查看監(jiān)控室電腦就能及時(shí)了解洞室內(nèi)施工人員情況。

數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備選用的是礦井專用設(shè)備，管理主機(jī)內(nèi)主板選用的是特定工控機(jī)主板，設(shè)備機(jī)箱具有較高的散熱功能，系統(tǒng)的建立，能夠有效記錄工作人員進(jìn)出洞室的時(shí)間以及在洞室中運(yùn)行軌跡，具有科學(xué)有效分析能力；如果系統(tǒng)突然出現(xiàn)問(wèn)題或者故障，洞室工作人員有未按時(shí)進(jìn)出時(shí)，在主機(jī)電腦上會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警提示窗口，提醒工作人員排除故障原因，進(jìn)行洞室內(nèi)人員核實(shí)，然后實(shí)施相關(guān)的救援，主機(jī)界面及功能要求如下：

（1）管理界面模塊。操作管理人員必須建立相關(guān)的驗(yàn)證賬號(hào)與密碼才能進(jìn)入該管理系統(tǒng)界面，設(shè)置管理權(quán)限能夠有效的保存數(shù)據(jù)信息。

（2）顯示區(qū)部分。主要的核心部分為顯示區(qū)部分，該功能承擔(dān)著人員定位系統(tǒng)所有的監(jiān)測(cè)內(nèi)容；該部分可以顯示地下洞室工作人員的所處的地點(diǎn)，而且能夠詳細(xì)的顯示出在某個(gè)特定的時(shí)間工作人員停留的位置，還可以循環(huán)播放工作人員的運(yùn)行軌跡。

（3）除上述模塊外，該系統(tǒng)還具有動(dòng)態(tài)識(shí)別卡管理模塊、人員活動(dòng)規(guī)律管理模塊、報(bào)警管理模塊及系統(tǒng)維護(hù)模塊。

4.結(jié)論

（1）本文通過(guò)對(duì)豐寧抽水蓄能電站地下洞室群施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，分析各單元體相互之間的關(guān)系及地質(zhì)條件合理提出一套較完整的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（2）結(jié)合定位裝置同步顯示系統(tǒng)將地下洞室人員具體位置以及何時(shí)進(jìn)入洞室工作清楚的展現(xiàn)在屏幕上；而且將人員定位系統(tǒng)功能合理規(guī)劃，為第一時(shí)間了解洞室內(nèi)人員信息提供有利保障，以便實(shí)施最為有效的救援工作，使人員傷亡概率降至最低。

（3）各洞室各工序間相互協(xié)調(diào)，使施工組織設(shè)計(jì)更加科學(xué)，對(duì)洞室施工安排合理且組織高效,使各單元體施工工序及機(jī)械緊密結(jié)合、互相配合，對(duì)于加快洞室群施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)，保證工程能夠在規(guī)定的時(shí)間完成，體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的理論思想。