数分析盾构施工风险防控研究
[摘]详细介绍基数分析技术盾构风险防控方法针数分析方案设计架构原理功设计等进行系统阐述结合具体项目开展应研究表明利数分析技术辅助施工单位建立立体综合盾构施工风险防控体系效降低盾构施工生产程中风险发生概率具显著社会效益济效益
[关键词]盾构数分析风险防控
着国基础建设深入发展盾构法施工面特殊质情况越越隧道开挖直径长距离埋深方发展工程质环境特殊性复杂变性预测性施工程中灾害事突发性环境影响控制难度加特国家批超超深埋水高风险隧道间距坡度等特殊质条件隧道掘进工程陆续规划开工建设盾构连续高效智文明安全施工提出巨挑战传统盾构施工风险理模式方法已远远满足目前施工建设需隧道建设特殊性复杂性物联网技术够成熟机交互力弱数采集传困难尤高频次数动化采集分析满足求[1]前信息化发展已达新阶段工智数互联网+等技术快速发展盾构TBM风险防控提供载体利数技术开展盾构TBM施工风险防控已成种高效手段
1盾构施工风险案例
盾构TBM身结构复杂设备工作环境恶劣失误等素导致盾构TBM施工程中常出现异常情况轻影响工程进度重造成重事盾构施工风险纳质风险设备风险风险相关数统计占例分约40％30％30％[2]典型案例案例：天津铁2号线建国道～天津站区间右线盾构螺旋输送机水泥土固结块卡死法运转开启观察孔进行处理时发生突沙涌水事件该段质异常复杂突泥涌水量较导致面塌陷左线掘进快右线35环左线线路高右线致左右线隧道均发生局部片变形破损开裂终封堵回填重新改线施工2台盾构埋造成极恶劣社会影响事调查发现装备掘进参数控制造成次事原类似原造成2007年11月南京铁2号线施工事案例二：2017年2月12日厦门铁2号线海段海东区间右线泥水盾构突然遭遇未事先堪明微风化安山岩基岩凸起造成盾构刀盘刀具严重磨损停机达6月处海底压力高遂决定采带压进仓辅助工法进行换刀作业减压舱减压程中操作发生起火导致3烧伤抢救效死亡造成重损失恶劣社会影响案例三：成铁1号线南延线华阳站～广北站右线区间盾构施工程中项目部1～56环片姿态进行复测发现17～56环均出现程度超限中56环垂直偏差达+2010mm水偏差+52mm盾构测量导系统56环处显示盾构垂直偏差盾首29mm盾尾25mm水偏差盾首+41mm盾尾+35mm成型隧道实测偏差盾构测量导系统显示偏差严重符调查确认操作员误操作导致盾构VMT系统中输入错误盾构推进计划线数文件致盾构错误计划线推进导致盾构隧道轴线偏差加项目部未测量规定频次（20环工复测次）进行工复核致偏差断扩未时发现造成直接济损失273万余元[3]
2数分析台设计
21数采集传输
实现效数远程实时提取传输整信息系统基础盾构TBM装备数特点：①数庞杂类型样②生产厂家PLC品牌型号样化数格式统③项目分散环境恶劣数采集困难数包括盾构施工参数数盾构姿态（测量）数监测数质数等分结构化数非结构化数两部分结构化数源设备传感器动采集格式统易存储非结构化数盾构隧道原始数信息贯穿盾构隧道整全生命周期包括勘察阶段勘察成果报告设计阶段设计图纸施工阶段运营养护阶段手工记录片等盾构隧道数重组成部分结构化差数量较适合直接存储[4]数采集传输程中应根实际情况采方法方式工者动数字输入者图形化输入满足信息采集全面求图1示数提取传输流程图
22数分析架构流程设计
通配置专业高性服务器基Hadoop集群生态架构数技术综合采Kafka消息服务器+Redis存数库服务器+Spark计算框架集群服务器建立ZooKeeper分布式协作服务实时处理元异构数解决数分布致性问题保证系统高效序运行数分析架构组成图2示包括数源层数获取层数导入层数加工层数核心存储层数分析处理层数服务存储层数接口层
23数台风险防控功设计
通系统功开发完善建立套针盾构群项目实施作业进行集群化视化智化理远程监控系统该系统围绕掘进项目实施设备技术状态进行远程监控信息化理提供项目掘进设备项目实施远程实时理业务改变现项目实施现场员项目理分领导单线路理项目理机制变成公司领导层项目理公司总部职部门时解监督项目实施现场状况交叉理机制实现项目实施进度安全质量成协保障进图3示基数分析风险防控功结构图
3项目应
31掘进参数实时监控
数监控功目实现盾构施工关键数进行远程监控根掘进装备类型监控容相界面土压衡盾构泥水衡盾构TBM区根项目类型动进入应界面通数监控模块实现厂家类型盾构TBM施工状态进行远程线实时监测提高施工信息化程度理水效保证施工安全满足理员专家时通计算机手机查盾构TBM工作状态掘进参数运行记录施工进行指导减少误操作提高施工效率通关键掘进参数实时监控预警发现异常时处理减少施工风险
32面沉降片姿态风险防控
盾构法施工避免会带面沉降严重面沉降具极危害性时片姿态盾构法施工质量直接体现掘进控制质原注浆控制片质量拼装质量等原面沉降片姿态总会少设计出现偏差利数分析技术动计算分析传台项目面沉降监测点沉降量沉降速率片水轨迹位移片垂直轨迹位移生成曲线方便技术员查分析出现较偏差实时提醒项目责员进行处理补救发生指标超限实时提醒项目责员进行时处理补救避免更事发生图4图5分福州某建项目面沉降片姿态风险防控
33盾构施工参数预警
盾构施工参数保证盾构施工利进行根素注浆系统土仓压力等重参数直接关系片姿态面沉降保证盾构施工参数预警盾构施工风险防控重环利数分析技术动计算盾构施工参数阈值动设定修正参数阈值盾构施工参数超设置阈值时会发出报警推送消息项目技术员做施工风险早发现早提醒早预防达降低施工风险保证施工安全效果
34盾构姿态预警
盾构施工程中受穿越层特性物理指标隧道设计轴线盾构施工参数影响姿态会出现偏差尤软硬均基岩凸起岩洞孤石等特殊工况盾构姿态控制更加困难利数分析技术动设置项目盾构姿态报警阈值动设定修正参数阈值盾构实时姿态参数超设置阈值时会发出报警推送消息项目技术员提醒项目时采取调整掘进参数加强测量等措施进行纠偏保证隧道施工质量
35设备障监测预警
盾构配置设备数量结构复杂导致障发生率较高盾构障具复杂性样性耦合性特点旦发生障导致盾构停机导致施工效率降低工期风险增加施工成加现场限条件快速效定位障部位原进行排盾构施工难题利数分析技术实时监测盾构设备传感器数实时出相应障位置障时间做第时间发现第时间解决障达提高设备完率率减少障停机时间风险防控目
36关联参数预警
盾构施工程中质变化装备障等原会引起参数变化时通参数反映出某项目发生刀盘刀具严重损毁分析历史数发现刀盘扭矩持续增推进速度显著降低呈现出明显反异差图示现场未事前发现问题导致事演变造成较损失利数分析技术解决类似问题通设置关联参数限阈值台监测关联数持续超设阈值5min会时反馈预警信息项目技术理员提醒户进行结泥饼刀具损坏等相关性检查防控更严重风险发生利数分析技术实时检测佛莞城际铁路项目某时间段推进速度已总推力刀盘扭矩严重匹配时发出预警提醒项目参数异常应检查否发生刀盘结泥饼者刀盘刀具损坏等情况
4结语
利数分析技术实现施工现场生产素进行识定位踪监控建立起集监控分析障预警参数预警体维度综合立体风险防控体系时发现危险素发出预警报警显著降低施工风险外利数分析应技术行业域层装备施工数收集起通交互分析力推进盾构掘进技术行业数资源整合开放享利充分发挥数基础资源作创新引擎作盾构TBM安全快速高效文明施工提供强助力
[参考文献]
[1]洪开荣．TBM施工风险应措施[J]．科技导报201836(10）：93100．
[2]陈馈冯欢欢．TBM施工风险应措施[J]．隧道建设2013（33）：9197．
[3]张恒睿．铁超限盾构隧道暗挖改造设计[J]．铁道勘察2015（2）：5962．
[4]郑路．数字化盾构隧道数组织理研究[D]海：济学2008
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[摘]详细介绍基数分析技术盾构风险防控方法针数分析方案设计架构原理功设计等进行系统阐述结合具体项目开展应研究表明利数分析技术辅助施工单位建立立体综合盾构施工风险防控体系效降低盾构施工生产程中风险发生概率具显著社会效益济效益
[关键词]盾构数分析风险防控
着国基础建设深入发展盾构法施工面特殊质情况越越隧道开挖直径长距离埋深方发展工程质环境特殊性复杂变性预测性施工程中灾害事突发性环境影响控制难度加特国家批超超深埋水高风险隧道间距坡度等特殊质条件隧道掘进工程陆续规划开工建设盾构连续高效智文明安全施工提出巨挑战传统盾构施工风险理模式方法已远远满足目前施工建设需隧道建设特殊性复杂性物联网技术够成熟机交互力弱数采集传困难尤高频次数动化采集分析满足求[1]前信息化发展已达新阶段工智数互联网+等技术快速发展盾构TBM风险防控提供载体利数技术开展盾构TBM施工风险防控已成种高效手段
1盾构施工风险案例
盾构TBM身结构复杂设备工作环境恶劣失误等素导致盾构TBM施工程中常出现异常情况轻影响工程进度重造成重事盾构施工风险纳质风险设备风险风险相关数统计占例分约40％30％30％[2]典型案例案例：天津铁2号线建国道～天津站区间右线盾构螺旋输送机水泥土固结块卡死法运转开启观察孔进行处理时发生突沙涌水事件该段质异常复杂突泥涌水量较导致面塌陷左线掘进快右线35环左线线路高右线致左右线隧道均发生局部片变形破损开裂终封堵回填重新改线施工2台盾构埋造成极恶劣社会影响事调查发现装备掘进参数控制造成次事原类似原造成2007年11月南京铁2号线施工事案例二：2017年2月12日厦门铁2号线海段海东区间右线泥水盾构突然遭遇未事先堪明微风化安山岩基岩凸起造成盾构刀盘刀具严重磨损停机达6月处海底压力高遂决定采带压进仓辅助工法进行换刀作业减压舱减压程中操作发生起火导致3烧伤抢救效死亡造成重损失恶劣社会影响案例三：成铁1号线南延线华阳站～广北站右线区间盾构施工程中项目部1～56环片姿态进行复测发现17～56环均出现程度超限中56环垂直偏差达+2010mm水偏差+52mm盾构测量导系统56环处显示盾构垂直偏差盾首29mm盾尾25mm水偏差盾首+41mm盾尾+35mm成型隧道实测偏差盾构测量导系统显示偏差严重符调查确认操作员误操作导致盾构VMT系统中输入错误盾构推进计划线数文件致盾构错误计划线推进导致盾构隧道轴线偏差加项目部未测量规定频次（20环工复测次）进行工复核致偏差断扩未时发现造成直接济损失273万余元[3]
2数分析台设计
21数采集传输
实现效数远程实时提取传输整信息系统基础盾构TBM装备数特点：①数庞杂类型样②生产厂家PLC品牌型号样化数格式统③项目分散环境恶劣数采集困难数包括盾构施工参数数盾构姿态（测量）数监测数质数等分结构化数非结构化数两部分结构化数源设备传感器动采集格式统易存储非结构化数盾构隧道原始数信息贯穿盾构隧道整全生命周期包括勘察阶段勘察成果报告设计阶段设计图纸施工阶段运营养护阶段手工记录片等盾构隧道数重组成部分结构化差数量较适合直接存储[4]数采集传输程中应根实际情况采方法方式工者动数字输入者图形化输入满足信息采集全面求图1示数提取传输流程图
22数分析架构流程设计
通配置专业高性服务器基Hadoop集群生态架构数技术综合采Kafka消息服务器+Redis存数库服务器+Spark计算框架集群服务器建立ZooKeeper分布式协作服务实时处理元异构数解决数分布致性问题保证系统高效序运行数分析架构组成图2示包括数源层数获取层数导入层数加工层数核心存储层数分析处理层数服务存储层数接口层
23数台风险防控功设计
通系统功开发完善建立套针盾构群项目实施作业进行集群化视化智化理远程监控系统该系统围绕掘进项目实施设备技术状态进行远程监控信息化理提供项目掘进设备项目实施远程实时理业务改变现项目实施现场员项目理分领导单线路理项目理机制变成公司领导层项目理公司总部职部门时解监督项目实施现场状况交叉理机制实现项目实施进度安全质量成协保障进图3示基数分析风险防控功结构图
3项目应
31掘进参数实时监控
数监控功目实现盾构施工关键数进行远程监控根掘进装备类型监控容相界面土压衡盾构泥水衡盾构TBM区根项目类型动进入应界面通数监控模块实现厂家类型盾构TBM施工状态进行远程线实时监测提高施工信息化程度理水效保证施工安全满足理员专家时通计算机手机查盾构TBM工作状态掘进参数运行记录施工进行指导减少误操作提高施工效率通关键掘进参数实时监控预警发现异常时处理减少施工风险
32面沉降片姿态风险防控
盾构法施工避免会带面沉降严重面沉降具极危害性时片姿态盾构法施工质量直接体现掘进控制质原注浆控制片质量拼装质量等原面沉降片姿态总会少设计出现偏差利数分析技术动计算分析传台项目面沉降监测点沉降量沉降速率片水轨迹位移片垂直轨迹位移生成曲线方便技术员查分析出现较偏差实时提醒项目责员进行处理补救发生指标超限实时提醒项目责员进行时处理补救避免更事发生图4图5分福州某建项目面沉降片姿态风险防控
33盾构施工参数预警
盾构施工参数保证盾构施工利进行根素注浆系统土仓压力等重参数直接关系片姿态面沉降保证盾构施工参数预警盾构施工风险防控重环利数分析技术动计算盾构施工参数阈值动设定修正参数阈值盾构施工参数超设置阈值时会发出报警推送消息项目技术员做施工风险早发现早提醒早预防达降低施工风险保证施工安全效果
34盾构姿态预警
盾构施工程中受穿越层特性物理指标隧道设计轴线盾构施工参数影响姿态会出现偏差尤软硬均基岩凸起岩洞孤石等特殊工况盾构姿态控制更加困难利数分析技术动设置项目盾构姿态报警阈值动设定修正参数阈值盾构实时姿态参数超设置阈值时会发出报警推送消息项目技术员提醒项目时采取调整掘进参数加强测量等措施进行纠偏保证隧道施工质量
35设备障监测预警
盾构配置设备数量结构复杂导致障发生率较高盾构障具复杂性样性耦合性特点旦发生障导致盾构停机导致施工效率降低工期风险增加施工成加现场限条件快速效定位障部位原进行排盾构施工难题利数分析技术实时监测盾构设备传感器数实时出相应障位置障时间做第时间发现第时间解决障达提高设备完率率减少障停机时间风险防控目
36关联参数预警
盾构施工程中质变化装备障等原会引起参数变化时通参数反映出某项目发生刀盘刀具严重损毁分析历史数发现刀盘扭矩持续增推进速度显著降低呈现出明显反异差图示现场未事前发现问题导致事演变造成较损失利数分析技术解决类似问题通设置关联参数限阈值台监测关联数持续超设阈值5min会时反馈预警信息项目技术理员提醒户进行结泥饼刀具损坏等相关性检查防控更严重风险发生利数分析技术实时检测佛莞城际铁路项目某时间段推进速度已总推力刀盘扭矩严重匹配时发出预警提醒项目参数异常应检查否发生刀盘结泥饼者刀盘刀具损坏等情况
4结语
利数分析技术实现施工现场生产素进行识定位踪监控建立起集监控分析障预警参数预警体维度综合立体风险防控体系时发现危险素发出预警报警显著降低施工风险外利数分析应技术行业域层装备施工数收集起通交互分析力推进盾构掘进技术行业数资源整合开放享利充分发挥数基础资源作创新引擎作盾构TBM安全快速高效文明施工提供强助力
[参考文献]
[1]洪开荣．TBM施工风险应措施[J]．科技导报201836(10）：93100．
[2]陈馈冯欢欢．TBM施工风险应措施[J]．隧道建设2013（33）：9197．
[3]张恒睿．铁超限盾构隧道暗挖改造设计[J]．铁道勘察2015（2）：5962．
[4]郑路．数字化盾构隧道数组织理研究[D]海：济学2008
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