隧道工程的動態(tài)設(shè)計與信息化施工解析

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摘要：本文主要是對我國按新奧法原理設(shè)計施工的山嶺隧道工程的動態(tài)設(shè)計以及信息化施工進行分析研究，在此基礎(chǔ)之上提出了如下觀點，希望能夠為同行業(yè)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程；動態(tài)設(shè)計；信息化；分析

引言

隧道工程建設(shè)受地形、地質(zhì)環(huán)境影響因素較大，受勘測技術(shù)限制或前期投入不足等方面影響，通常不能完全揭示地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，從而增加了隧道施工的高風(fēng)險及復(fù)雜性。目前隧道工程設(shè)計理念通常采用類比以及經(jīng)驗設(shè)計，計算機輔助驗算，同時強調(diào)動態(tài)設(shè)計以及信息化的施工。

1.動態(tài)的設(shè)計分析

1.1隧道支護結(jié)構(gòu)分析

隧道支護參數(shù)的調(diào)整主要是施工階段變更設(shè)計最為常見的情形，通常情況下基于保證安全以及經(jīng)濟合理性的原則，施工過程中根據(jù)開挖揭示的地質(zhì)條件，在考慮工點特殊性的前提下，調(diào)整圍巖級別，相應(yīng)的調(diào)整支護參數(shù)。在進行支護的過程中調(diào)整大致分為三種情況：

一是地質(zhì)圍巖出現(xiàn)變化，比如原設(shè)計隧道圍巖為IV級，經(jīng)現(xiàn)場判別能夠達(dá)到V級或只是Ⅲ級，支護應(yīng)進行調(diào)整。

二是圍巖沒有出現(xiàn)明顯變化，但是監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示支護變形量較大或很小，甚至變形量微小可以忽略，支護也應(yīng)該要作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。變形較大應(yīng)加強支護，變形很小可以減弱支護。

三是由于沒有按圖施工，存在質(zhì)量缺陷，需要通過初期支護補強或后續(xù)二次襯砌加強，以滿足受力要求。比如二次襯砌厚度不足，通過結(jié)構(gòu)驗算采用增加配筋以及提高混凝土強度等措施來處理。

針對前兩種一般并沒有異議，第三種情況設(shè)計單位并不認(rèn)可，認(rèn)為是施工不當(dāng)所致。但也是施工過程中出現(xiàn)了變化，可以根據(jù)實際情況來對其進行補強。支護結(jié)構(gòu)調(diào)整主要改變支護厚度，對鋼架的間距以及類型進行調(diào)整，同時也可以采取增減鋼筋等措施改變支護強度，對于特殊地質(zhì)段，不僅僅需要采用特殊設(shè)計，特別是需要提高信息的反饋，對其進行及時的修正設(shè)計。

1.2隧道的長度及斷面尺寸分析

預(yù)設(shè)計通常是根據(jù)地形及地質(zhì)條件確定隧道的長度，同時根據(jù)結(jié)構(gòu)受力、限界要求等因素來確定隧道斷面形式。隧道的長度調(diào)整相對來說比較少，通常在地形及地質(zhì)條件與設(shè)計不符或者是洞門仰坡開挖過高等情況下，可以考慮對隧道洞口位置進行調(diào)整，或者改變洞門型式。斷面尺寸調(diào)整情況比較多，然而一般不調(diào)整內(nèi)輪廓尺寸，多數(shù)調(diào)整初期支護的尺寸，調(diào)整施工方法、基于施工誤差因素來對施工預(yù)留變形量進行調(diào)整等。

1.3施工的方法分析

施工方法的選擇是隧道設(shè)計及施工過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)，施工方法是否得當(dāng)，直接的影響到隧道施工安全?，F(xiàn)階段隧道施工開挖方法有全斷面法、臺階法、CD法以及CRD法等，通常情況下根據(jù)隧道的斷面大小以及地質(zhì)條件來選擇合適的施工方法，同時施工方法和支護形式存在著直接的關(guān)系。施工方法的選用首先應(yīng)該要考慮安全，其次便是要考慮方便進行施工，一些施工單位出于成本或者以往經(jīng)驗對設(shè)計建議的施工方法進行改動，比如將CRD法改成CD法，把CD法改成臺階法，把臺階法改成為全斷面法等。工法的改變應(yīng)符合工程的實際情況，否則會導(dǎo)致風(fēng)險增加，出現(xiàn)安全隱患。

1.4輔助施工措施分析

輔助施工措施主要是指地層穩(wěn)定措施以及涌水處理措施，同時也是隧道施工的必要措施。地層穩(wěn)定措施主要有管棚、小導(dǎo)管注漿以及錨桿等超前支護以及地表加固措施。涌水處理的措施主要是注漿止水以及超前排水和降水等。通常情況下應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)環(huán)境特點來進行選用。施工過程中根據(jù)圍巖變化情況補充或者改變輔助施工措施。如當(dāng)圍巖變得破碎時，應(yīng)增加注漿錨桿支護。在松散地層以及破碎巖體段設(shè)置超前小導(dǎo)管注漿支護，小導(dǎo)管長度以及漿液類型，則根據(jù)地質(zhì)情況的變化進行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

2.信息的反饋內(nèi)容

信息化施工主要是施工單位根據(jù)設(shè)計要求制定超前地質(zhì)預(yù)報方案和監(jiān)控量測方案，根據(jù)預(yù)報和監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整及優(yōu)化施工方案，或是采取必要的安全措施，并且把預(yù)報和監(jiān)測信息以及需要采取有關(guān)的措施意見反饋給設(shè)計單位，設(shè)計單位對其進行修正以及變更設(shè)計。

2.1地質(zhì)條件分析

地質(zhì)條件是隧道施工最為不確定的因素，同時也是工程最大的風(fēng)險源，必須在施工中進行監(jiān)測，根據(jù)地質(zhì)的變化采取相應(yīng)的措施。比如掌子面坍方前存在先兆：超前探孔顯示掌子面前方或者是拱頂以上圍巖突然變得破粹、掌子面出水量劇增、掌子面出水由清變渾濁等。隧道地質(zhì)條件動態(tài)變化是信息化施工最為重要的一個原因，是修正設(shè)計的依據(jù)，在特殊地質(zhì)地段尤其重要。地質(zhì)信息主要是包括超前預(yù)報信息以及實時記錄。超前地質(zhì)預(yù)報可以采用地質(zhì)調(diào)查的方法、超前鉆探法、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外線法等。實時記錄包括掌子面地質(zhì)觀察以及記錄等。

2.2變形監(jiān)測分析

變形監(jiān)測是隧道施工安全的重要保證，同時也是設(shè)計文件要求必測的項目之一。通常情況下變形監(jiān)測項目有地表沉降、收斂變形、地表臨近建筑物沉降以及支護沉降等。地下工程出現(xiàn)坍塌的先兆有圍巖開裂或者是錯動以及沉降等，這些都可以通過監(jiān)測來及時發(fā)現(xiàn)并且做出預(yù)警。變形監(jiān)測不能完全依賴于儀器，現(xiàn)場人員的經(jīng)驗也很重要。比如對于開挖支護的變形，儀器可以測出微小的變化，肉眼觀察則更加直接，如果看到出現(xiàn)了異常情況立即可以采取避險措施。此外，施工單位可對沉降以及收斂變形的數(shù)據(jù)進行分析，從而找出其變形的發(fā)展趨勢，及早的采取相應(yīng)的措施。

2.3地形環(huán)境的分析

在工程設(shè)計過程中，很多時候地勘報告并不能完全反映工程范圍的地形環(huán)境，如地下管線、埋藏物等開挖后才被發(fā)現(xiàn)。在施工過程中，首先應(yīng)調(diào)查環(huán)境，復(fù)測地形并及時的反饋，根據(jù)實際情況作出修正以及調(diào)整。

3.動態(tài)設(shè)計以及信息化的施工流程分析

動態(tài)設(shè)計以及信息化施工是一個辯證的綜合體，兩者緊密結(jié)合、相輔相成。指導(dǎo)思想是以預(yù)設(shè)計為基礎(chǔ)，通過對地質(zhì)條件變化進行超前預(yù)報和對已實施的段落進行監(jiān)測，判別結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)，用于指導(dǎo)設(shè)計及施工，修正設(shè)計或者是對施工進行改善。實施動態(tài)設(shè)計以及信息化施工，一方面要求設(shè)計單位建立起對應(yīng)的動態(tài)設(shè)計體系，與施工現(xiàn)場建立有效的聯(lián)動機制，其最主要特點是快速反應(yīng)，另一個方面也需要施工單位及時對現(xiàn)場相關(guān)信息進行完整、準(zhǔn)確、真實的反饋，包括超前地質(zhì)預(yù)報信息和監(jiān)控量測信息。超前地質(zhì)預(yù)報信息是修正設(shè)計的基礎(chǔ)，監(jiān)控量測則是對修正進行驗證，建立：預(yù)報→修正→驗證→再修正的循環(huán)，從而保證工程能夠安全有序的實施。先進、適用、經(jīng)濟的預(yù)報手段和監(jiān)測技術(shù)是動態(tài)設(shè)計以及信息化施工的基礎(chǔ)，計算機技術(shù)及現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用能夠提供可靠的保證。建設(shè)方的支持、現(xiàn)場監(jiān)理的嚴(yán)格監(jiān)督都是必不可少的條件，最重要的是要有整套機制的建立健全和職能部門的監(jiān)管實施，真正意義的動態(tài)設(shè)計以及信息化施工才能實現(xiàn)，

總結(jié)：通過上述分析可看出，動態(tài)設(shè)計以及信息化的施工是一個很好的理念，切實的落實可以大大的提高隧道的整體建設(shè)水平，與此同時也能夠提高投資效率以及效益，全面的提高我國社會經(jīng)濟水平不斷的發(fā)展。

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