隧道施工機(jī)械化、裝配化與信息化

馮志謙

【摘要】隧道施工工程是處在地質(zhì)環(huán)境中的一種地下結(jié)構(gòu)物，地質(zhì)環(huán)境的未知因素決定了隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)以及復(fù)雜性。當(dāng)前的隧道設(shè)計(jì)理論還不夠成熟，為此需要采用工程類(lèi)比和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以及信息化的施工。本文對(duì)隧道工程設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，同時(shí)建立了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工的體系，以期形成一個(gè)對(duì)項(xiàng)目綜合效率有利的評(píng)價(jià)機(jī)制。

【關(guān)鍵詞】隧道工程;動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì);信息化施工

【中圖分類(lèi)號(hào)】U455

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）08-0046-02

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平在快速發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了建筑施工的發(fā)展。但當(dāng)前的工程建設(shè)過(guò)程中常有事故發(fā)生，這和地質(zhì)環(huán)境以及施工人員對(duì)技術(shù)的掌握程度有關(guān)，在很大程度上反映了建設(shè)過(guò)程中存在施工脫節(jié)的情況。如何進(jìn)一步做好動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，提升建設(shè)項(xiàng)目的效率以及效益，是當(dāng)前相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)著手解決的難題[1]。

1.隧道工程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工

由于對(duì)其技術(shù)的早期調(diào)查，其主要手段、缺乏投資等因素往往無(wú)法完全了解到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。環(huán)境的地質(zhì)研究非常重要且可預(yù)測(cè)，這決定了隧道中主要項(xiàng)目的高潛在風(fēng)險(xiǎn)和多樣性。隧道中的工程甚至被認(rèn)為是施工中最困難，最危險(xiǎn)的工程。當(dāng)前用于長(zhǎng)隧道建設(shè)的理論基礎(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)尚未成熟，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及主要項(xiàng)目之間的比較仍然是一種方法。主要隧道項(xiàng)目的高難度和高風(fēng)險(xiǎn)需要高科技和高水平的日常管理。這些項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)方法和施工單位也有更高的要求。實(shí)際上，生命動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)匹配，即設(shè)計(jì)匹配，在初始階段迅速完成：第一階段是預(yù)詳細(xì)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)之前快速完成，以系統(tǒng)地指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)。設(shè)計(jì)前的搭配大多是指工程項(xiàng)目的隱喻，也具有模糊決策過(guò)程的特點(diǎn)。中間階段是修改設(shè)計(jì)的一部分，即在施工過(guò)程中，通過(guò)各種方式來(lái)揭示地質(zhì)環(huán)境條件和工地施工中的這些變化，修改并逐步改進(jìn)預(yù)先獨(dú)特的設(shè)計(jì)，然后繼續(xù)進(jìn)行。

2.隧道設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)況

2.1預(yù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工

實(shí)際上，長(zhǎng)大隧道工程是由詳細(xì)設(shè)計(jì)單位確定的，然后才進(jìn)行設(shè)計(jì)。個(gè)別的設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查文件和工程項(xiàng)目的類(lèi)比以及相應(yīng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)施工單位圖紙。組織單位審查預(yù)設(shè)計(jì)后，完成預(yù)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)并將其交付給現(xiàn)場(chǎng)的施工單位，往往強(qiáng)調(diào)了由主體組成的結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度和耐用性以及重要的功能設(shè)計(jì)，通常缺乏對(duì)施工工作條件的系統(tǒng)模擬或簡(jiǎn)單的模糊后續(xù)處理。大多數(shù)的支護(hù)措施都采用標(biāo)準(zhǔn)的參考實(shí)例法，甚至機(jī)械復(fù)制照片集來(lái)分析圍巖開(kāi)挖施工和支護(hù)的相對(duì)穩(wěn)定性。對(duì)相應(yīng)措施的適用性的綜合分析較少。施工單位需要考慮圍堰、支座和關(guān)鍵小環(huán)段。現(xiàn)場(chǎng)施工單位收到的施工圖和文件應(yīng)視為合同的最終文件之一。進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)后，價(jià)格應(yīng)按圖紙計(jì)算。施工過(guò)程中，地質(zhì)環(huán)境發(fā)生明顯變化或發(fā)生突發(fā)情況的，建設(shè)工程單位應(yīng)當(dāng)提出變更后的獨(dú)特設(shè)計(jì)方案。

2.2設(shè)計(jì)圖與實(shí)施存在差距

此外，隧道中的項(xiàng)目工程通常以預(yù)設(shè)計(jì)為指導(dǎo)，從而擴(kuò)展了整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程。因此，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)部門(mén)非常重視預(yù)設(shè)計(jì)，因此需要大量資金。經(jīng)過(guò)更多獨(dú)特的設(shè)計(jì)，計(jì)算和審查過(guò)程后，它也可能是內(nèi)部和外部非強(qiáng)制性審查過(guò)程和工程圖的一種方式。因?yàn)樗哂泻芨叩难b配性，而且還保留了一定的安全保證穩(wěn)定性因子。但是，某些設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之間通常存在很大的差距，并且與實(shí)際操作不同。這也是水文地質(zhì)環(huán)境中最常見(jiàn)的明顯變化與突發(fā)惡劣條件之間的區(qū)別。

2.2.1預(yù)設(shè)計(jì)和施工實(shí)施的隧道斷面存在差距

預(yù)先設(shè)計(jì)的隧道國(guó)家控制段根據(jù)新建筑規(guī)范的概念考慮了一定幅度的裕度，并由于經(jīng)濟(jì)原因限制了裕度，并根據(jù)相關(guān)工作文件的法律規(guī)定，整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)件之間的尺寸和數(shù)量數(shù)據(jù)的計(jì)算方法將考慮到基坑開(kāi)挖過(guò)多，基坑開(kāi)挖不足和擠壓變形，并且限制了施工作業(yè)和精確測(cè)量的最大誤差。盡管在證書(shū)中將估算圍巖的變形，并且將要求施工單位進(jìn)一步擴(kuò)大考慮施工工作和直接測(cè)量誤差率的需求，也就是說(shuō)，唯一的設(shè)計(jì)圖僅清楚地定義結(jié)構(gòu)形式和內(nèi)輪座，以及對(duì)圍巖的開(kāi)挖和支撐。當(dāng)施工方無(wú)法獲得圖紙后無(wú)法使用它時(shí)。施工誤差要根據(jù)制造企業(yè)強(qiáng)大的項(xiàng)目施工能力和整體水平來(lái)確定。

2.2.2預(yù)設(shè)計(jì)未考慮具體施工方機(jī)械、工藝特點(diǎn)

預(yù)先的詳細(xì)設(shè)計(jì)通常在施工方進(jìn)入和離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)之前很快完成，因此對(duì)特定項(xiàng)目施工的考慮有限。沒(méi)有充分考慮施工方法，相應(yīng)措施和面積規(guī)模，或未考慮具體內(nèi)容。沒(méi)有考慮施工方各種機(jī)械和施工過(guò)程的最大特征。隨后，他們大多可以根據(jù)一些設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)施工負(fù)責(zé)人進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的具體方案進(jìn)行相關(guān)研究。另一方面，有必要選擇最合適的金屬機(jī)械和制造工藝;同時(shí)，有必要根據(jù)綜合成本或建設(shè)項(xiàng)目的方便性來(lái)調(diào)整零件尺寸。應(yīng)該與獨(dú)特的設(shè)計(jì)師溝通如何進(jìn)行微調(diào)。為了方便現(xiàn)場(chǎng)施工，允許某些項(xiàng)目的施工單位調(diào)整尺寸和大小，這可能會(huì)完全改變應(yīng)力特性，導(dǎo)致變形過(guò)小，并可能導(dǎo)致安全事故。

2.3動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)施工不足

迅速進(jìn)入項(xiàng)目建設(shè)的第三階段，科學(xué)合理的情況應(yīng)該是生命動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和生命動(dòng)態(tài)項(xiàng)目建設(shè)的細(xì)節(jié)。根據(jù)裸露的地質(zhì)環(huán)境條件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的內(nèi)容和施工單位的各種重大變化，應(yīng)及時(shí)修改和不斷完善前期設(shè)計(jì)，或及時(shí)處理后再進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)化施工單位的方案選擇和生產(chǎn)工藝，或者對(duì)施工單位采取各種安全保障措施。

3.目前動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工未落實(shí)的原因分析

3.1建設(shè)體制的影響

中國(guó)建筑系統(tǒng)長(zhǎng)期全面實(shí)施獨(dú)特設(shè)計(jì)和建筑的完全分離。每個(gè)行業(yè)的發(fā)展都建立了一個(gè)法定代表實(shí)體，專(zhuān)門(mén)從事專(zhuān)業(yè)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)或建造。并且，嚴(yán)格按照資格和行業(yè)發(fā)展前景來(lái)制定管理模式[2]。項(xiàng)目建設(shè)的各方以多種方式終止了公開(kāi)招標(biāo)并簽訂了合同，并根據(jù)實(shí)際情況成功完成了詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員提供了完整的施工圖，現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了施工。當(dāng)前的合同基本框架是在促進(jìn)單位綜合中心建設(shè)的相互協(xié)調(diào)下完成的。

3.2動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工的體系沒(méi)有有效形成

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法和相關(guān)信息構(gòu)建是有機(jī)集成的整體表現(xiàn)。由于當(dāng)前的詳細(xì)設(shè)計(jì)和構(gòu)造分離，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獨(dú)特設(shè)計(jì)和相關(guān)信息構(gòu)造系統(tǒng)的構(gòu)造尚未更有效地形成。首先，行業(yè)發(fā)展和建筑實(shí)踐不需要或敦促細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)者建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)信息細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通常對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)方法抱有太大期望;可以預(yù)期的是，早期的獨(dú)特設(shè)計(jì)可以在施工單元中包含各種條件，從而反映出重型建筑工程圖紙和中后期的輕型條件。該系統(tǒng)在承運(yùn)人的支持下形成明確的支持系統(tǒng);持續(xù)實(shí)施過(guò)程中的理想情況是獲得支持，這可以將非常有利的條件轉(zhuǎn)化為負(fù)載，并且不受設(shè)計(jì)和匹配需求的法律約束。僅通過(guò)建設(shè)工程進(jìn)行的圍巖開(kāi)挖就可以有效地控制支護(hù)，從而達(dá)到部分設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)。這些措施需要持續(xù)有效的對(duì)策，這些對(duì)策可能會(huì)整體上調(diào)整錨索的所有參數(shù)，或者重新調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工的幾種方法和過(guò)程。

4.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工建議

4.1管理機(jī)制上促進(jìn)設(shè)計(jì)和施工一體化

設(shè)計(jì)不僅要注意其功能和整體結(jié)構(gòu)，而且要大力干預(yù)建設(shè)項(xiàng)目以繼續(xù)實(shí)施。它為科學(xué)理論和各種技術(shù)提供了全面的支持。項(xiàng)目建設(shè)單位不僅注重項(xiàng)目建設(shè)的全面實(shí)施，而且還擴(kuò)展到設(shè)計(jì)方法上。新產(chǎn)品的現(xiàn)狀是從各個(gè)角度對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，同時(shí)注重成本性能和投資生產(chǎn)效率。例如，繼續(xù)實(shí)施工程建設(shè)部分的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目建設(shè)的合同，并結(jié)合社區(qū)業(yè)主將項(xiàng)目獨(dú)特的設(shè)計(jì)與施工工作相結(jié)合的方式啟動(dòng)合同，使設(shè)計(jì)匹配和項(xiàng)目各方的約束力可以共同維護(hù)各方的利益和社會(huì)利益以及潛在的風(fēng)險(xiǎn)，以促進(jìn)設(shè)計(jì)匹配和施工工作的融合，在技術(shù)上相互協(xié)調(diào)，更好地將各種理論與理論實(shí)踐相結(jié)合，并更好地完成任務(wù)。

4.2促進(jìn)建立動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工體系

部分設(shè)計(jì)和各種信息化建設(shè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所有動(dòng)態(tài)獨(dú)特設(shè)計(jì)和信息化建設(shè)理念，具體指導(dǎo)所有動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和信息內(nèi)容建設(shè)的不良行為。所有動(dòng)態(tài)獨(dú)特的設(shè)計(jì)都意味著設(shè)計(jì)配置涵蓋了現(xiàn)場(chǎng)施工的全過(guò)程，更需要考慮地質(zhì)環(huán)境以及建筑的明顯變化。采用調(diào)整支護(hù)兩種方法，充分考慮本工程施工工藝及現(xiàn)場(chǎng)施工條件差。為了能夠有效地實(shí)施所有動(dòng)態(tài)的、獨(dú)特的設(shè)計(jì)，在管理的早期階段對(duì)管理工作計(jì)劃設(shè)計(jì)方法和施工單位措施計(jì)劃進(jìn)行了劃分，并重新考慮了設(shè)計(jì)方案。將列出所有動(dòng)態(tài)詳細(xì)信息。在人工施工圖的詳細(xì)設(shè)計(jì)中，一種調(diào)整支護(hù)參數(shù)值或現(xiàn)場(chǎng)施工微調(diào)的方法和過(guò)程，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)情況的綜合評(píng)價(jià)，以便基本確定最佳方案。

5.結(jié)束語(yǔ)

由上可知，將動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工緊密地聯(lián)合到一起能夠提升到隧道的建設(shè)技術(shù)水平，為此相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)不斷增強(qiáng)對(duì)其的完善以及開(kāi)發(fā)，才能切實(shí)提高投資效率以及收益，為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 施工技術(shù). 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在鐵路隧道動(dòng)態(tài)信息化施工中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2105， 52（1）：197-202.

[2] 吳夢(mèng)軍， 吳慶良. 山嶺公路隧道機(jī)械化施工現(xiàn)狀與展望[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020， 39（03）：14-21.

（作者單位：中交一公局橋隧工程有限公司）