关键词：公路隧道；LED照明；智能监控系统
中图分类号：U45文献标识码：A
1目前公路隧道照明现状
我国目前的隧道照明监控系统总体来说技术还比较落后，大多数地区还在使用传统的控制方式，通过时控开关或直接按排人员手动操作来实现灯的开关。传统方式在实际应用中面临以下问题：实现功能比较单一，只有开关灯控制，无法自动调节灯的亮度；亮灯率比较模糊，具体多少盏灯故障、故障率情况及影响交通程度等都无从反应；只能对灯进行集中控制，无法对每盏灯进行节能控制，在白天进行故障检修时，无故障的灯也需同时开启，严重浪费资源。落后的控制方式已远远不能满足现代化管理和节能的需求。作为公路管理部门迫切需要一种现代化的管理系统平台，使其管理效率提高的同时降低运行成本。隧道照明智能监控系统正是基于此而提出的。
2隧道照明远程智能监控系统的定义及意义
2.1隧道照明远程智能监控系统的定义
隧道照明智能监控是一种能控制某一回路灯的开关、调光、数据采集以及故障判断等功能，便于管理单位进行实时管理的系统。
2.2隧道照明远程智能监控系统的意义
提高管理部门形象。监控每路光源的工作状况和输出功率，监测失效光源并报告位置，减少人员的巡查，减少对管理部门的投诉，从而进一步提高管理部门的形象。
增强应急能力。系统具有定时控制和人工控制等多种方式，在特殊的天气情况下能通过人工控制实现应急调度功能。增加照度控制功能，可实现点、线组合式的节能控制，节能效果好。
增加安全防范功能，智能监控系统可以实现快速故障灯具的处理及灯具的预维护，以免灯故障而引发交通事故。
3隧道照明远程智能监控系统
3.1系统组成
3.1.1整体框架
图1为本次隧道照明远程智能监控系统的结构框图。采用这样的系统，能够为公路管理机构带来节能和节省维护成本的效果，同时也能够提高服务质量，并提升公共安全。
3.1.2系统组成
单灯节能监控系统主要包括以下几部分：
（1）隧道照明控制箱：
（2）信号通信控制器：
（3）光控模块：
（4）车检模块：
（5）电源节能模块：
（6）监控软件：
3.2工作原理
3.2.1硬件系统
隧道照明控制箱是该系统的核心设备，整个系统要完成的功能全部由这个设备完成。隧道照明控制箱，还可以通过gprs与网络连接，实现远程监控。信号通信控制器是实现只能开关灯和通信调光的设备，设备也分为节点通信模块和状态控制模块。光控模块是采集周围自然光的关照度。车检模块是检测是否有车辆进入隧道。电源节能模块是调光通信中的一个重要模块，保证调光信号的质量。监控软件对于中心所管理的总控制服务器发来的数据进行过滤、汇集并记录到SQL数据库中。可以在软件信息查询栏中查到相应的信息，查询后可导出报表。采集到的数据，为用户提供有意义的、专门针对灯应用的界面，实现了用户对所管理隧道路灯系统的监测和控制。
3.2.2工作原理
隧道照明分晴天、阴天和夜间等多种控制工况，按回路实现分级自动控制（保留手动控制），在隧道外安装自然光照度检测传感器，实时将采集的光照度传送到变电站主控装置，主控装置根据当前隧道外的照度自动调整LED灯调光控制器，使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。
（1）车辆检测。隧道两端安装有车辆检测装置，实时检测过往隧道的车辆，当系统工作在白昼模式下，当隧道内有车过往时，LED灯照度自动匹配隧道外自然光照度提供照明，当无车时则降功率照明，此手段有效的提高了隧道灯具照明的利用率。
（2）夜间节能模式。当系统时间进入夜间节能时间段时，则停止车辆检测功能，隧道灯具以固定功率降压工作，从而进一步提升节能效果。
（3）无级调控。LED采用可调恒流电源来驱动，可在0～100%范围内调整，因此可实现无极调光功能，在相应的工况下，光源不会满负荷运行，使光源得到了充分的“休息”，不仅能延长灯具的寿命，同时还降低光衰。
（4）回路循环切换。根据系统时间、白昼、黑夜的时间段设定和工作线路设定，系统将自动循环隔日切换照明工作线路，有效的延长灯具使用寿命并降低额外耗电。
4隧道照明远程智能监控系统应用
浙江省文成县位于浙江南部山区，俗称“八山一水一分田”，境内隧道颇多，本次改造的330省道瑞东线的上岙岭座隧道照明设施，原建于2004年，是二级（收费）公路隧道，宽10米，长分别为1105米，采用传统HID高压钠灯照明，自2008年底费改税改革变更为非收费公路以来，由于线路老化等原因导致隧道照明效果差，上述隧道曾多次发生交通事故，为保障行车安全，急需改造。经多年积极争取，在各级公路交通主管部门的大力支持下，上岙岭隧道照明设施列为节能减排项目，安装了智能监控系统并对照明设施进行LED灯节能改造。LED灯属于第四代新型光源，LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的，光源的光已经得到了“整形”（称光源配光或一次配光），整形后的光通量就是它的出射光通，也就是说，从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面，得到充分利用，利用的比例远高于传统的光源。而对于传统光源来说，从发光体发出的光线，都向空间的四面八方发散出去，部分光线可以直接利用，许多光线只能间接利用（通过发射器后才利用），光源光线的利用率自然比较低。
现将两种光源相关数据进行比较（见表1）。
从上表可以看出，高压钠灯与LED灯各有千秋，各有各的特色。但综合考虑其照明效果、节约能源的角度，且国家积极推广LED等节能灯具，因此本次改造采用LED灯。由于目前隧道LED灯照明及监控系统刚改造完成，上述相关数据目前无法正确评价，下步我们将本次改造项目与类似长度且采用高压钠灯照明的隧道进行灯具使用寿命、光衰、可靠性、维护成本、照明效果、节约电费等方面数据对比，全方位综合考评与总结。
但本次隧道改造无疑是成功的，远程智能监控系统做到了分晴天、阴天和夜间等多种控制工况，按回路实现分级自动控制，安装自然光照度检测传感器，实时将采集的光照度通过主控装置自动调整LED灯照度，使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。通过车辆检测、夜间节能模式、无级调控、回路循环切换功能正常启用，目前单从高压钠灯与LED灯功率上就能达到年节约电能约11.3万度，用电省且照明效果好，行车安全感得到较大提升，得到社会各界好评，盛赞其为“亮丽文成”添砖加瓦。
参考文献
[1]朱磊.公路隧道LED照明节能控制研究[D].西安：长安大学，2011.
关键词：隧道照明调光技术
中图分类号：TD625文献标识码：A
交通运输业是国家确定的节能减排重点行业之一，加快建设以低碳排放为特征的交通运输体系，发展资源节约型、环境友好型交通，改进隧道照明，使隧道照明节约化、智能化是一种趋势。为响应国家节能降耗政策，促进低碳环保的“两型”高速公路建设，实现高速公路建设、管理效益的最大化，目前，全国部分高速公路隧道已采用了LED隧道照明灯具，并通过调光智能控制系统，实现“安全行车与高效节能的完美结合”，以解决节能环保与安全行车的矛盾。本文通过实际案例对高速公路隧道照明调光技术作一浅探。
一、隧道照明系统现状
目前，作为光源，LED以其节能、环保和寿命长的的特点，在高速公路隧道照明领域得到了广泛的应用，在隧道照明设计时，除在隧道入口段和出口段的加强照明采用高压钠灯外，基本段的照明大量采用了LED灯具。LED不依靠灯丝发热来发光，能量转换效率非常高，因此，研究如何在基于交通流量、行车速度、可视度、驾驶员视觉特性的情况下，实现对LED灯具合理的智能照明无级控制，达到提高隧道照明质量，降低能耗与隧道运营成本，营造安全舒适的隧道行车环境，具有重要的现实意义。但在隧道照明的节能方面，所采取的主要措施是采用高功率因数的照明灯具(配高效电子镇流器)、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、集中调光控制、应用节能光源、采用合理的布灯方式、照明系统的手动控制、时序控制和自动控制等方法，还存在以下需要改进的地方：
1、目前大部分高速公路隧道照明采用分时段控制法，虽然控制简单、可靠，考虑了环境因素对隧道照明的影响，但未考虑不同交通量、车速对照度的要求，因而造成不必要的浪费。
2、控制方式智能化水平低，能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的限制，只能做到2、3级人工或自动控制，对于天气、车速、车流量等时变参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。
3、未定量研究安全和节能之间的矛盾，隧道照明最突出的矛盾就是安全和节能之间的矛盾，所有的节能措施都必须在保证隧道运营安全的基础上实施。
4、未定量考虑隧道照明的全寿命周期成本，目前，在对隧道照明方案进行经济计算时，大多数只关注初期的投入，而忽视了后期的运营电费和维护费用。
目前正在建设和已运营的高速公路隧道照明还是存在着电能的浪费现象，照明系统效率低，以及营运过程中产生的与行车安全和隧道监控之间的矛盾等问题，不能适应当今节能型社会的发展需求。
二、常用的隧道照明控制方式
隧道照明分白天、夜晚。调光控制分晴天、云天、阴天、重阴天、深夜，其控制在变配电间内根据室外亮度传感器信号按回路由PLC控制开启。
该种控制模式由于是直接输出电平信号，通过程序简单判断，达到阈值即进行控制。存在的问题是面对复杂环境的应变能力较差，不能做到随机应变，有可能还会因为频繁开关而造成线路及设备的损坏，多数情况下，会通过人工来控制，增加了人力成本。效果上由于是按回路开关控制，直接反应在路面上就是光栅效应，如果驾驶员长期在这种环境下驾车，容易引发身体不适，造成交通事故。
从照明设计的角度来看，在隧道照明设计初始计算时，设计院一般都会考虑灯具的光衰与维护系数，因此在实际应用中，隧道在初始投入时，洞内的照度实际上是超过设计要求的，如此一来，在灯具光衰至设计照度的这段时间内，其中的电能、光能都是浪费的，而且洞内照度会越来越低，因此，基于LED隧道照明的无级调光控制技术应运而生。
1、LED调光的主要控制方式
（1）电压控制电流源（VCCS）亮度控制方式
该方式为模拟信号控制电流平均值模式，就是利用直流信号电压来控制输出电流平均值变化的一种输出电流可控电源（如下图所示）。它直接将电流信号取样后经隔离放大控制电源初级开关管的占空系数，隔离变压器将不同占空系数的电能隔离后转换为直流脉冲电流，经低通滤波器滤波后转换为大小随控制信号变化的直流电流，从而控制电源的输出电流。
（2）脉冲宽度调制（PWM）亮度控制方式（PWM模式）
PWM模式的LED亮度控制方式是利用直流稳压电源先输出恒定电压，然后经过限流电阻或电感限流后，再通过PWM方式控制晶体管在单位周期内的导通时间来控制流过LED的电流，从而达到控制LED亮度的目的。与前一种相比，电源效率较低。
（3）采用电阻和晶体管限流亮度控制方式（限流模式）
采用限流模式的LED亮度控制方式是利用直流稳压电源先输出恒定电压，然后经过限流电阻限流后，再通过工作于放大区的晶体管来控制流过LED的电流，从而达到控制LED亮度的目的。这一亮度控制方式电源能耗损失较大，多用于对能耗要求不高的灯饰亮化场所，且更多地用于小功率LED的亮度控制。
因此，采用DC0～5V模拟电压信号传输的模拟信号控制电流平均值模式的亮度控制方式优于其它亮度控制方式。模拟信号控制电流平均值模式的亮度控制方式是LED隧道照明的理想控制模式。
三、隧道照明智能调光控制系统优化方案
隧道照明智能调光控制系统主要是由计算机服务器、控制端及隧道中的自动控制模块、各种信号传感设备等组成，其工作原理如下：
数据采集层的车辆检测器、洞内外光照度传感器、CO/VI检测器（可选）、风向风速检测器（可选）准确地探测洞内和洞外的光照度及洞内的其它环境参数，并输出到数据处理层，数据处理层将采集到的数据经系统分析处理，并将各种数据上传到机房控制端服务器，控制端服务器通过设定的程序及控制人员的命令，输出正确的控制信号到各个设备端，完成对各照明设备的自动控制。
系统在正常情况下分自动、手动控制，并可进行远程监控，在应急情况下会跳过控制系统直接让照明灯具全亮，保证隧道行车安全。
隧道照明智能调光控制系统图
调光控制的前提是必须满足《公路隧道通风照明设计规范》有关隧道照度的要求。在本工程照明系统优化方案中，基本照明灯具采用无级调光LED灯具，配合采用智能控制系统进行调光控制，现说明如下：
基本段照明按设定照度工作。控制器接收车辆检测器信号，得到车辆检测器提供的车流量等数据。控制器在设定的采集车检器信号时间段内没有车辆经过，控制器输出灯具调光10%的信号，全段灯具以最低功耗工作，系统进入休眠状态；控制器在设定的采集车检器信号时间段内（或历史数据）有车辆经过，但流量很小，控制器输出较低的灯具调光信号，约30%--50%（不小于2cd/㎡）；控制器在设定的采集车检器信号时间段内（或历史数据）有车辆经过，流量较小，则控制器输出较高的灯具调光信号，约50%--70%（3cd/㎡）；当达到项目设计或超过车流量时，控制器输出较高的灯具调光信号，约70%--90%(4cd/㎡)。具体的参数设定可由运营情况手动更改而定。
进入夜间照明模式时，为避免明洞效应，系统将基本段整体功率全部降至15-20%，保证基本照明需求（1cd/㎡）及洞内外视觉亮度差异的最低值。
该调光控制系统是根据实时环境来进行自动控制的智能化系统，可以做到无人值守，按需照明，并且在兼容性、安全性上都做了相应的考虑，是一套完整的自适应智能控制系统。
四、结语
采用优化后的隧道照明调光控制方案后，延长了灯具寿命，节约了电费，减少了管理人员的工作负荷，达到了降低运营成本的目的，希望对其它高速公路隧道机电工程有一定借鉴意义。
Abstract：Sincethereformandopeningup，therapiddevelopmentofsocialeconomyandtheacceleratedpaceofurbanizationhavepromotedthevigorousdevelopmentoftrafficengineeringandthecontinuousemergenceofnewconstructiontechnologies.Inordertopromoteeconomicandsocialdevelopment，improvethequalityoflifeofresidents，andfacilitatepeople'stravel，Chinahasbuiltalargenumberoftunnelprojects.Intunnelconstruction，thesprayedconcretehashighdensity，strength，andwaterprooffunction，anditalsohelpstostreamlinetheconstructionprocess，tomaketheconstructionoperationmoreflexibleandconvenient.Shotcretetechnologyiswidelyusedintheengineeringfieldduetoitstechnicalsuperiority.Inthispaper，combinedwiththeactualworkofShizishanTunnelprojectinNanpingCity，theshotcretetechnologyisanalyzedindetail，whichcanprovidereferenceforothertunnelconstruction.
P键词：隧道施工；喷射混凝土技术；湿喷混凝土
Keywords：tunnelconstruction；shotcretetechnology；wetshotcrete
中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1006-4311（2017）08-0146-02
0引言
喷射混凝土技术是目前广泛应用在隧道施工领域的一种工法。喷射混凝土具有较高的密实度、强度和防水功能，但是施工时会产生大量的粉尘，空气污染严重，在近两年国家大力治理粉尘、雾霾污染的政策控制下，该工法在实际应用中频频受限。当前，经过改良的机械手湿喷混凝土工艺方法，能够大幅度减少粉未量，工艺流程简单，且操作灵活，在工程领域展现出极强的适用性。但是严格来讲，在具体实施中，还是应该根据隧道建设要求、建设规模、现场条件以及成本控制要求来选择合适的工法，以确保施工效果达到预期要求。
1机械手湿喷混凝土施技术
1.1机械手湿喷混凝土的技术优势
①隧道施工对环境和人员劳动保护的要求越来越高，混凝土湿喷支护技术改善了工作面的作业环境。②提高混凝土质量。干喷混凝土过程中不易控制拌和用水量、外加剂量，导致配合比在施工过程中被改变，喷射混凝土强度得不到保证；新型智能一体化混凝土湿喷台车混凝土由搅拌站严格按配合比生产，混凝土强度稳定可靠。③提高工效。隧道常用普通干喷机，每台需要4～5人配合每循环3台作业至少需要12人，普通湿喷机需要约7人，每小时作业能力约6m3；而新型智能一体化混凝土湿喷台车正常施工中仅需要3人配合，作业能力约为每小时8～20m3；且相对施工准备及撤离时间更少更节约时间。④提高安全系数，保障施工安全。由于干喷或普通湿喷由全人工操作，为保证喷射过程顺利进行，施工人员离受喷面距离约3m，人员靠近掌子面易受危岩落石伤害。而新型智能一体化混凝土湿喷台车采用智能系统，操作人员可以处于相对安全的位置遥控操作，提高了施工安全。⑤降低回弹率。干喷工艺添加固体速凝剂及施工用水为人为感官，难以准确量化，且不能均匀拌和，多种因素导致回弹率较高。干喷工艺回弹量普遍超过20%，而湿喷混凝土由搅拌站统一拌制，新型智能一体化混凝土湿喷台车具有自动添加速凝剂的功能，添加量均匀，且自带空压机，风压稳定，喷射距离及角度相对容易控制，大大降低回弹量。经过多次试验边墙回弹量一般在5-8%以下，拱顶回弹量在10-15%。
1.2喷射原理
混凝土通过喷射泵的吸、送柱塞缸连续不断地输送凝土流经输送管路，与液体速凝剂混合后在自带空气压缩机的帮助下，喷向受喷面。原理图如图1所示。
1.3混凝土湿喷台车主要由5大部分组成
①混凝土泵与同步速凝剂添加系统。②喷射机械手。③空气压缩机。④电气控制箱及电缆卷筒。⑤湿喷台车整机底盘和行走系统。
1.4工作性能
①全液压伸缩和回转的混凝土喷射机械手，施工范围大，最高可达17m，宽20m，深8m的区域。②液压驱动喷射臂和喷头能轻易完成仰俯、伸缩、回转、摆动、扇动等全部喷射动作。③大小臂可相互或独立完成动作，简化操作。④独特的转台系统可完成270°的回转施工范围。臂架可缩回与底盘平行，运输尺寸小。⑤喷头有锥形回转、法向摆动、轴向转动三种方式动作，240°球面全方位转动。
1.5施工工艺流程
湿喷混凝土过程中根据喷射效果即时调整风压、分层厚度、喷头距受喷面距离、喷头角度等参数。从而得出喷射混凝土满足表面平整、喷射过程中不掉皮、喷混凝土密实等规范要求指标的相关施工参数。具体工程流程如图2所示。
2湿喷混凝土施工质量控制
2.1湿喷混凝土材料控制
①水灰比控制。与喷射混凝土的强度、耐久性、水密性、抵抗开裂性、保护钢材的性能有最大关系的是：水灰比、单位水量和单位水泥用量、速凝剂用量。在适合作业的范围内，单位水量越小，相对水泥、速凝剂用量越小，从而成本最低，同时混凝土的开裂也将减少。②骨料控制。在骨料中，细骨料是喷射混凝土构成材料中占最大容积的材料，对回弹等施工影响较大。骨料粒径越大，回弹率越大；反之，粒径过小，阻力越大，喷射中易于堵管，不利于喷射操作。粗骨料越大，水泥用量可以降低，但回弹越多。施工中骨料宜选择河砂，粗骨料率在2.3～3.1之间，粒径控制在10mm～15mm之间。
2.2施工的质量控制
①风压的控制。施工时喷射混凝土的输料管长度应该控制在规定范围以内，喷嘴与出料口的高差要控制在5m以内。要严格控制好风压的稳定性，这样可以有效控制回弹量。②喷射角度的控制。在受喷面较为平整时，喷嘴尽量与喷面垂直，如果受喷面比较不平，应该尽量与受喷面保持垂直的喷射角度。如果喷射混凝土的角度不垂直，会影响混凝土的密度，并加大回弹量，造成过多的浪费。③喷射距离。为了保证混合料的充分拌和，可以在喷头上接出一段塑料管，也可以保护操作人员不被回弹料伤到。喷嘴与喷面的距离要控制好，如果距离较远会影响喷射混凝土的强度和密度，如果喷射混凝土较近，回弹量就会增加。④喷射方法。建议采用分段、分块、分部的工法，按照“先边墙，后拱角，最后拱顶”的顺序喷射混凝土，以避免混凝土下滑、脱落。可进行。在施工中，喷头应该与受喷面对正，缓慢地、均匀地、按照螺旋移动的方式顺时针喷射，以确保喷射面的混凝土均匀、美观，避免混凝土回弹量超出限度。⑤喷射厚度控制。喷射过程中，要根据设计的温度标准严格控制喷射混凝土的厚度，可以将钢筋头焊接在钢拱架或专用支护架上来明确标示喷射混凝土厚度。如果局部喷射的部位混凝土厚度超过限度，要在挂防水板之前剔除混凝土，以免对防水板造成破坏。⑥养护质量控制。喷射混凝土的工序结束后，为了避免混凝土水化热引起温度裂缝，影响混凝土的强度，应该及时进行养护。在混凝土终凝后2小时，便可采取洒水养护的方式，养护的时间不能小于14天，可根据混凝土表面的湿润情况来确定洒水的次数和洒水量。
3工程案例
3.1隧道工程概况
某隧道位于高速城区连接线道路的中段，隧道区地形总体趋势为中间高、两端低，所穿山脊最高高程约为260m，侧地面高程在112.3～143.2m之间，地面高程为125.0～95.4m之间。隧道单洞长分别是左线1069m，右线1042m。场地覆盖层主要有人工填土、第四系冲洪积层及残坡积层，下伏基岩为燕山早期第三次黑云母花岗岩。经过工程部门勘察分析决定本隧道所有喷射混凝土采用湿喷工艺进行施工，主隧道、匝道、风井及风道等大断面地段现场采用麦斯特机械喷射手及TK-500湿喷机进行混凝土喷射施工；斜井、人行横道、车行横道等小断面人工进行喷射。
3.2效果分析
隧道工程通过工程建设人员一年多的建设已经顺利完工，本隧道的贯通加强了城市主干路之间的联系，并完善了区域路网的功能，还同时拉动了附近城乡土地利用与开发，促进了中心城区经济的发展。通过隧道施工建设，大量累计了隧道工程的施工经验，并通过对施工中所遇到的施工技术要点的探讨和研究，为今后相似类型的隧道工程建设打下坚实的基础。其中湿法喷射混凝土强度好，早期强度较高，回弹量少（湿法喷射混凝土回弹量在15%～20%，干法喷射混凝土回弹量基本在40%～50%）节约了材料且减轻了粉尘污染，使作业环境得到改善。
4结束语
改革开放以来，我国隧道建设事业蓬勃发展，目前我国隧道数量已经跃居世界第一位。但我国仅仅是一个隧道大国，而非隧道强国，与西方发达国家相比，我国隧道建设还存在着机械化施工程度不高，施工工艺不够先进，质量控制不够严格，工程事故频发等缺陷。隧道技术的发展表明，今后我国隧道技术的研究方向为：非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面。
参考文献：
[1]陈传健.浅谈湿喷混凝土在隧道中施工应用[J].河南建材，2014（04）.
[2]陈涛.隧道湿喷混凝土施工控制技术[J].科技创新与应用，2013（32）.
Abstract:Thedesignoftunnelblastingscheme,chartingandmeasuredevelopmentintheprocessofdesignandconstructionremainsintheartificialdesignundertheinfluenceofthegeologicalconditionsoftunnelsurroundingrockandcomplexityoftheexplosive,inordertoreducetheonsiteblastingdesignworkoftedious,adesignsystemoftunnelblastingbasedonVisualBasiclanguagewascameup,whichcanprovidelessonsandguidanceforsimilarprojectsdesign.
关键词：控制爆破；隧道爆破；VisualBasic语言；开发设计
Keywords:controlblasting；tunnelblasting；VisualBasiclanguage；thedevelopmentanddesign
中图分类号：TP311.1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）24-0225-02
0引言
目前及至今后很长一段时间，爆破破岩作业仍将是隧道掘进施工中最重要的先行工序，在隧道爆破中，爆破设计的合理与否将直接影响整个隧道掘进的工期，甚至会影响到整个项目投资的经济效益。随着爆炸理论和爆破技术的发展，以及计算机的普及和计算机辅助设计的出现，各种对爆破过程的模拟技术也应运而生，但是由于岩石地质条件、隧道边界条件和炸药爆炸过程的复杂性，多数模拟技术仍存在着局限性和片面性，而且由于其要求操作人员具有较高的计算机水平，所以无法得到广泛应用。因此，施工现场对隧道爆破方案设计、爆破图表绘制及安全措施编制仍停留在人工设计方面，只是在图表绘制上应用了CAD等绘图软件[1]。
文章基于隧道爆破理论，利用目前较为流行的VisualBasic语言开发软件，依托专家系统分析方法，结合AutoCAD计算机绘图技术，设计出一种基于VisualBasic语言的隧道爆破设计系统。
1理论与软件支持
1.1岩石爆破理论基础当炸药在岩体中爆炸时，炮孔四周形成爆炸应力场，在爆炸冲击波向周围扩展的瞬间，未受到破坏的岩体处于压紧状态，当爆炸冲击波抵达自由面后，在岩石表面形成反射波，在反射波拉应力作用下使岩石产生裂隙，随后，爆炸产生的气体生成物迅速地充填裂隙并急剧发展，使岩石的裂隙得以贯通，进而破碎，由此可见，炮孔中装药爆炸所产生的爆轰波及其在孔壁处的反射波作用是岩石被破坏的前提和必要条件。但是，要让岩石从破坏面抛出且不产生“冲孔”现象，对于隧道这样单自由面的掘进爆破，其关键技术就在于掏槽眼的合理布置上[2]。
1.2VisualBasic语言开发软件VisualBasic编程用一种十分巧妙地方法将windows编程的复杂性“封装”起来，综合运用了Basic语言和可视化设计工具，通过图形对象（包括窗体、控件、菜单）等控件来设计应用程序。VisualBasic语言提供了一个“工具箱”，内放若干个“控件”，程序设计者可以自由地从工具箱中取出所需控件，放到窗体中的指定位置，而不必为此编写程序，因此开发就显得十分简单，只需要为数不多的几行程序语言就可以控制这此图形对象的应用，十分容易掌握。
1.3AutoCAD计算机绘图技术CAD（ComputerAidedDesign）的含义是计算机辅助设计，AutoCAD是一个交互式绘图软件，可以用它来直观的创建、浏览、管理、打印、输出和共享设计图样。AutoCAD计算机绘图技术是将理论分析、设计计算、数据库处理及计算机图形处理技术融为一体的综合性技术，同时，它还提供了强大的二次开发和图形共享功能，世界上近75%的设计部门和施工企业在应用此软件。
1.4专家系统分析方法专家系统是人工智能科学领域中的一个重要分支，是一种以知识为基础的计算机程序系统，能应用人工智能的理论和技术，根据人类专家的知识和经验进行推理，模拟人类专家决策能力，解决只有专家才能解决的复杂问题。该系统在工程爆破领域的应用，使得具有一定爆破知识的工程设计人员，可以在专家系统分析方法的帮助下，完成只有爆破专家才能完成的设计工作，对于推广应用爆破技术具有促进作用。
2爆破设计系统功能简介
2.1设计原则
2.1.1具有良好的人机对话界面在数据输入和结果输出类人机对话界面设计上，采用了流行的、简洁的对话框或下拉菜单，避免了过多的键盘操作和命令输入，此外还提供了方便易懂的帮助文件。
【关键词】高速铁路；隧道施工；安全监控系统
1人员安全监控管理系统
1.1系统组成
人员自动登入安全管理系统由工控机及相关附属设备、通讯接口、无线数据接收器和标识卡组成。
1.1.1工控机
工控机是人员自动登入安全管理系统的操作平台，通过工控机上安装的软件可对整套系统进行操作。
1.1.2通讯接口
用以接收无线数据接收器发送的本安信号，转换成非本安信号发送给工控机；接收中心站发送的非本安信号，转换成本安信号发送给隧道内无线数据接收器。技术参数如下所述。
传输距离：>8km。
通讯速率：4800bps。
供电电压：交流220V，50Hz。
信号传输方式：双向主从半双工。
传输信号方式：CAN总线通讯方式。
1.1.3无线数据接收器
无线数据接收器采用单向传输方式接收标识卡信号，接收标识卡发射的数据并暂时保存。当工控机发出指令后，无线数据接收器通过CAN总线将数据分包上传。无线数据接收器上的绿、黄、红色信号指示灯闪烁表示读卡、警告、撤离。
1.1.4长距离无线标识卡
长距离无线标识卡采用有源射频技术，可标识进洞人员身份信息，随身佩带。多个标识卡可在50m内同时被识别，具有无线微功率、稳定可靠等优点，且体积小，便于携带或安放。
1.2系统功能
工控机、通讯接口、无线数据接收器、长距离身份无线标识卡组成一个完整的监控系统，可实现以下3个方面功能。
1.2.1系统安全报警功能
进入隧道的人员发现危险时，按下所携带标示卡的报警按钮，系统自动报警，安全管理人员可以及时处理，根据情况启动应急预案。
1.2.2重点（危险）区域监控功能
系统可对进入隧道危险区域的人员进行监控和管理。在爆破作业等危险情况下，监控人员的疏散情况。在工控机内预先输入单工序最长作业时间，对在隧道停留超时的人员自动报警，避免工作时间超长。
1.2.3应急救援辅助功能
系统能够记录隧道发生安全事故时，隧道内的具体人员及其位置，以便救援人员根据系统记录，展开相应的救援。在有互联网接入的隧道，可以实现网络查询隧道人员、人员统计、重点区域、考勤查询、报警历史等报表信息的功能。
1.3系统特点
隧道人员安全管理的常规做法是挂牌及登记制度，在隧道洞口设立警卫室和胸卡挂板，并对进洞人员进行登记。但由于员工素质参差不齐，安全意识淡薄，为了“省事，图方便”，以上方法往往难以彻底执行；同时，由于登记挂牌制度须人工统计，时效性差，管理随意性较大，在实际管理过程中所取得的效果较差。采用人员管控系统后，有效地解决了以上问题。
2围岩沉降自动监测报警系统
2.1系统组成
围岩沉降自动检测自动报警系统由静力水准仪和自动化系统两部分组成。
2.1.1RJ-50智能型电容式静力水准仪主要技术参数如下。
测量范围：50mm。
测量精度：0.1mm。
环境温度：-20℃～+60℃。
温度系数：≤0.05%F.S./℃（F.S.表示满量程）。
最小读数：≤0.05%F.S.mm（F.S.表示满量程）。
2.1.2DAMS-IV智能分布式系统
智能分布式系统数据采集单元主要性能如下。可采集对象：电容式、电阻式、压阻式、电感式、振弦式、电位器式、RS485总线式等传感器。
工作湿度：≤95%。
采样时间：（1～5）s/点。
工作温度：-10℃～+50℃。
数据存储量：≥100～300测次。
采集频次：1min～3个月/次。
系统2防雷电感应：500～1500W。测量方式：定时、单检、巡检、选测或即刻测量。
2.2系统功能
隧道施工中易造成重大安全事故的多为隧道塌方，而且坍塌事故多为突发性事件，安全隐患较大。预防塌方事故是隧道施工中安全管理的关键。在以往的安全管理中，对于塌方事故多凭经验进行判断。这种方法时效性差，难以及时作出判断。而且施工人员不能在第一时间撤离事故现场，员工的生命安全难以得到保障。
2.3系统特点
相对于传统监控量测方法，该方法具有实时性、连续、自动监测、超限报警功能、监测工作量小等显著优势，特别在不良地质、下穿既有线路等变形敏感的区段，具有以下特点：
1）实现了拱顶收敛沉降监测的需要，能够满足高频次、高精度测量的需要；
2）自动化程度提高，大大减少了人工测量工作量，减少了测量强度，提高了效率；
3）沉降监控实时性强，一旦有异常变化，能够及时地发现异常，为施工安全提供有力的保障。
3高速铁路远程视频监控系统
3.1系统组成
系统由球型摄像机、视频编码器和光收发器组成。现场由视频、音频、报警信号收集以及数据传输装置组成，支持双向语音传输。所收集数据由光收发器通过光纤传输到控制中心。
3.1.1防暴力日夜转换高速球型摄像机
该摄像机可以迅速捕捉远距离的物体，兼有36X光学变焦和12X数字变焦；内置日夜转换功能；最低照度达到0.01lux（atslowshutter）；具有最高的防护等级，抗750kg外冲击力。
3.1.2视频编码器
视频编码器将球形摄像机摄入图像转化为数据，经过光收发器连接的光纤传输至控制中心。
3.1.3光收发器
控制中心与前端监管点采用光纤连接，通过光收发器实现网络通信。控制中心由服务器和计算机构成。服务器采用世界领先的IFT智能计算架构，具备计算、储存和输入/输出功能，适用于对处理速度、运算能力较高要求的应用环境，兼具可靠的系统稳定性。
3.2系统功能及特点
该系统通过对危险作业工序及区域的可视化监控，实现了隧道施工安全实时监控及远程指挥和调度，确保施工安全信息畅通，并通过工程数据库管理信息系统，进行信息共享，满足项目业主、施工、设计、监理、质检部门等相关工程建设单位的需要，是实现隧道施工管理信息化、一体化和扁平化管理的重要手段，有助于建立现代化、科学化的管理模式，使决策更加准确、及时，施工更加可靠、安全。
4结语
新建铁路隧道施工安全监控系统的应用，从根本上改变了施工单位的隧道安全管理模式，是施工安全管理模式和理念的升级，是隧道安全管理向科学化、信息化发展的一个必然产物。
参考文献：
关键词：隧道工程；铁路隧道；公路隧道；地铁
中图分类号：U45文献标识码：A
一隧道工程的历史
中华民族最为勤劳智慧的民族，为隧道工程的发展做出了不可磨灭的贡献。“石门”隧道建于东汉明帝永平九年（公元66年），位于今陕西省汉中县褒谷口内，是我国最早采用“火烧水浇”开凿的穿山通车隧道。
同为古代四大文明发祥地的古巴比伦，修建了迄今为知最早的交通领域的隧道。即在公元前2180~2160年左右，古巴比伦人在幼发拉底河下修筑的行人隧道。此隧道，乃是隧道工程的鼻祖。
然而，古代最大的隧道建筑物，其历史可以继续追溯到公元前36，是那不勒斯与普佐利间的婆西里勃隧道，其伟大之处在于，至今仍可以使用，作为人类古代工程瑰宝的同时，依旧造福着世人。
运河时代，也催生了近代隧道。长157米、建于1666~1681年的法国兰葵达克隧道，可能也是最早采用火药开凿的隧道。
二中国隧道工程的发展
狮球隧道，于1890年修建于宝岛台湾，掀开了中国隧道发展的序幕。伴随着交通设施的大力发展，中国也迎来了隧道发展的黄金时期：
（一）铁路隧道：截止2009年底，我国已经建成铁路隧道总长度超过7000公里。
按照2008年修订的《中长期铁路网规划》，到2022年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，其中高速铁路1.6万公里。
伴随着中国铁路规划的实施，中国的铁路隧道发展突飞猛进。在建的铁路隧道2500多座，总长4600公里。中长期铁路网规划中，中国将建设铁路隧道5000座，长度超9000公里。
（二）公路隧道：
我国是一个多山的国家，75%左右的国土是山地或是重丘，因此，公路的大规模修建必然带起了公路隧道的大发展。
2003年底，我国公路通车里程181万公里，其中高速公路近3万公里。
到2010年，全国公路里程达到约230万公里，高速公路里程约5万公里。
而到了2010年底，我国的公路隧道为7384处，总长为5122公里。
在公路隧道里程增加的同时，中国的公路隧道科技水平也在加快发展中。如2002年3月施工、2007年1月20日通车的秦岭终南山隧道，总长18.020公里。其隧道内部，拥有世界上最先进的特殊灯光带，通过变化灯光和图案，可以缓解驾驶员的视角疲劳，消除驾驶员的焦虑情绪和压抑心理，为亚洲首创。再一次展现了中国公路隧道先进上的科技水平。
（三）地铁：
地铁属于城市快速轨道交通的一部分，因其运量大、快速、少污染、低能耗等优点，常被成为“绿色交通”。中国伴随着城市化的快速推进，大量人口涌上城市，向城市集中，全国的大中型城市普遍出现了人口拥挤、交通阻塞、能源匮乏、环境污染加重等问题。与此同时，地铁经过150年的发展，体现了当今科技的发展水平。借鉴国外的发展经验，大力发展地铁成为中国解决大中城市交通问题的根本途径，对于创立和谐社会具有重要意义。也大力推动了隧道工程建设的蓬勃发展。
中国的北京、天津、香港、上海、广州、深圳等城市都有了地铁，许多城市还在规划建设中，更有甚者，喊出了口号——“无地铁，不城市”。北京地铁是中国地铁的发祥地，我国于1965年在北京修建了第一条地铁，也标志着中国进入了地铁时代。
上海作为中国的经济中心，代表了中国地铁发展的最高水平。上海是中国内地第三个拥有地铁的城市，继北京、天津之后。而伴随着其经济社会的快速发展，目前上海地铁的总长度400km，跃居世界第一位。上海的近期及远期规划达到510km和970km，向人们展现了一个现代化的国际大都市。
三中国隧道工程的展望
现在，中国已经是世界上隧道工程规模最为庞大的国家。
展望未来，中国也将是世界上隧道修建里程和修建技术发展最快的国家：
（一）我国地形崎岖，山地、丘陵、高原约占全国面积的2/3,。公路或铁路穿越这些地势起伏、山峦纵横的地区时，往往会遇到高程或平面障碍，因此需要修建隧道克服高程或平面障碍。
（二）伴随着我国经济的高速发展，产生了高速增长的资源流动和速度要求，使得全国交通网路建设呈现迅猛的发展，铁路公路网中出现了大量的长大山岭隧道，隧道横穿地层的复杂程度加剧，建设难度更大；大量高速路网的兴建，使隧道设计标准有了大幅度提高，隧道修建技术面临新的挑战。
（三）中国一直坚持改革开放的政策，使得我国与世界各国间的交通联系在加强，拟建的亚欧大陆桥，将使我国东北、西北、西南三个地区与东南亚、中东、欧洲的交通运输距离大大缩短。这些连接邻国的国际大通道需要修建大量的隧道。
参考文献：
[1]刘维宁.铁路隧道.中国铁道出版社.2011.