高速公路隧道施工安全信息化监控技术研究

引言：

现在交通基础设施建设快速发展，高速公路隧道工程的数量一直在增加，这让施工过程中的安全管理面临很严峻的挑战，以往依靠人工巡检和经验判断的管理模式，已经很难适应复杂地质条件和动态施工环境的风险防控需求。

一、隧道施工安全信息化监控技术基础

（一）核心技术体系构建

隧道施工安全信息化监控技术核心体系构建以动态风险感知为导向，把多维度技术模块进行整合进而形成协同架构，以实时数据采集层作为基础，依靠分布式传感网络达成对施工环境地质参数、设备运行状态和人员行为的全面感知，着重覆盖围岩变形、瓦斯浓度、支护结构应力等关键安全指标。数据融合层采用边缘计算和云计算协同的模式，对异构数据开展标准化处理以及时空配准工作，结合机器学习算法构建起动态风险评估模型，实现从原始数据到安全状态的智能转化。

决策支持层依托可视化平台给出分级预警机制，借助三维地质建模和施工进度模拟把监控数据跟工程实体关联，形成“感知-分析-预警-处置”这种闭环管理流程，技术体系构建要兼顾兼容性与扩展性，支持不同品牌传感器接入以及新增监控指标动态配置。

（二）关键设备与传感器选型

在进行环境参数监测的时候优先选用本质安全型传感器，对于围岩变形监测采用高精度光纤光栅传感器，这种传感器具备抗电磁干扰和长期稳定性强的特点，能够实现对隧道周边位移的分布式测量，瓦斯浓度监测设备需要满足防爆认证相关要求，采用红外光谱吸收原理来确保检测精度[1]。同时集成温湿度补偿功能用以消除环境干扰，设备部署要考虑施工干扰等方面的因素，传感器外壳采用高强度合金材质制作，防护等级不低于IP65以适应粉尘振动潮湿的恶劣环境。

数据采集终端选用工业级边缘计算网关，它能支持多协议转换与边缘节点数据预处理，还内置备用电源模块保障突发断电时数据连续性，传感器布设方案要结合隧道断面特征与施工工法，在掌子面、二次衬砌等关键区域形成立体监测网络，以此确保监测数据空间覆盖完整性与时间序列连续性，为安全分析提供高质量数据源。

（三）数据传输与处理机制

传输层运用“无线 +, 有线”这种混合组网的模式，在隧道内部部署 5G专网以及LoRa物联网技术，其中 5G网络承担高清视频流和大容量监测数据实时传输任务，LoRa技术适用于低功耗传感器间歇性数据上报工作。通过多信道复用技术来避免信号干扰情况发生，在数据传输过程中实施分级加密相关策略，采用国密算法对敏感数据进行端到端加密处理，以此确保传输链路的安全性与合规性要求。

数据处理环节运用分层架构来进行设计，边缘节点承担起数据清洗和异常值过滤工作，借助滑动窗口算法达成实时数据压缩目的，以此减少云端的计算压力，云端平台基于分布式计算框架开展深度分析工作，集成时间序列数据库和空间索引技术，从而支持海量监测数据的高效存储与快速检索。

二、安全监控指标与技术应用

（一）多维度监控指标体系设计

多维度监控指标体系设计要依据隧道施工全周期风险特征开展，构建起一个覆盖环境、结构、设备、人员这四大维度的立体化指标框架，环境维度指标主要着重于对施工空间物理参数进行监测，其中包含瓦斯浓度、粉尘含量、温湿度以及通风风速等要素，需通过实时捕捉环境参数的异常波动来识别潜在安全隐患。结构维度指标是以围岩稳定性与支护结构受力情况作为核心内容，涵盖围岩收敛变形、支护应力分布以及掌子面前方地质条件变化等参数，设备维度指标重点关注施工机械具体运行状态的实际情况，涵盖设备振动幅度、动力系统温度以及关键部件磨损程度等内容，要借助设备参数趋势分析来达成故障预警与性能评估工作，人员维度指标主要围绕施工人员行为安全与定位管理方面，包含人员位置分布、进入危险区域时长以及个人防护装备佩戴状态等情况，需通过行为数据分析识别违规操作与安全漏洞问题。

（二）信息化技术在风险预警中的应用

信息化技术在风险预警里的应用得依靠数据融合与智能算法，从而实现从被动监测到主动防控的转变，借助物联网技术构建的分布式传感网络，能够实现对施工环境与结构参数的实时采集。多源异构数据会被传输到云端平台进行标准化处理与时空配准，大数据分析技术通过建立风险预警模型对历史监测数据和实时数据做对比分析，以此识别数据序列里的异常模式与趋势变化[2]。

引入机器学习算法能进一步提升预警的精准程度，基于神经网络和支持向量机等模型对复杂工况下的风险特征展开深度学习，实现对潜在风险进行早期识别与分级预警。三维可视化技术给预警信息的直观呈现提供有力支持，通过构建隧道施工场景的数字孪生模型把监测数据和工程实体进行动态关联，让管理人员能够清晰掌握风险点的空间分布与发展态势，预警信息的传递采用多级推送的机制，结合移动终端与现场声光报警装置实现预警信号的全方位覆盖，确保相关人员能够及时接收并采取相应的处置措施。

（三）实时监测与动态响应机制

构建实时监测与动态响应机制是保障隧道施工安全的关键环节，要实现监测数据实时采集分析和应急处置高效联动，监测系统借助部署在关键部位的传感器对施工全过程开展连续监测，运用高频采样技术保证数据时间分辨率满足动态分析需求[3]。同时依靠边缘计算节点对原始数据进行实时预处理，过滤噪声干扰和异常值来提升数据质量，数据传输环节采用低延迟通信协议，确保监测数据从采集到分析时间间隔控制在秒级范围，为快速响应提供时间保障。

动态响应机制是按照预设的风险处置流程和分级响应策略来运行的，一旦监测指标超出了设定的阈值就会自动触发相应级别的预警响应，并且启动对应的处置预案。响应流程的设计要涵盖从预警发布一直到隐患排除的全链条管理工作，要明确各个参与主体的职责分工以及协作机制，以此确保应急处置能够高效且有序地开展[4]。系统还拥有自适应调整的能力，可以依据预警事件的处置效果以及工程条件的变化来优化响应策略，还能动态调整监测频率和预警阈值。

三、结语

参考文献

[1]于淼,祝玉巍,臧波.高速公路隧道施工安全信息化监控技术与质量防控[J].中国品牌与防伪,2025,(04):223-225.

[2]任宇浪.高速公路隧道机电工程施工安全信息化管理分析[J].中国机械,2024,(11):87-91.

[3]王相宾.高速公路隧道机电工程施工安全信息化管理措施[J].运输经理世界,2023,(24):140-142.

[4]胡亮亮.完善高速公路隧道机电工程施工安全信息化管理对策研究[J].自动化应用,2023,64(08):153-155.