論信息化技術(shù)在特長隧道施工管理中的應(yīng)用

中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710000

1 工程概況

五指山隧道建設(shè)于五指山市沖山鎮(zhèn)，左線最大埋深于ZK38+500處，約383m；右線隧道最大埋深于ZK38+520處，約370m。根據(jù)現(xiàn)場施工空間情況，行人橫洞、變電所橫洞統(tǒng)一采取與右線軸線正交的布設(shè)方式，行車橫洞則需要布設(shè)在與隧道右線呈60°角的方向。

2 隧道信息化施工

海南省五指山隧道工程以特長公路隧道機械化快速施工與災(zāi)害防控技術(shù)研究為依托，建立公路隧道機械化施工設(shè)備選型和配套方案，采取高水壓突涌水和高地應(yīng)力巖爆預(yù)測模型與防控措施，創(chuàng)建并應(yīng)用安全監(jiān)測系統(tǒng)，將其作為掌握施工現(xiàn)狀的工具，且提出支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性預(yù)測模型及相配套的預(yù)警標準，以便提高隧道施工管控的智能化水平。

除此之外，該項目基于對BIM特長公路隧道智能化建設(shè)管理系統(tǒng)的研發(fā)，構(gòu)建五指山特長公路隧道BIM-GIS三維模型，研發(fā)與現(xiàn)場建設(shè)環(huán)境相適應(yīng)的智能化建設(shè)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)覆蓋面廣，包含施工信息集成管理、安全檢測預(yù)警及遠程監(jiān)控等具有多種功能特性的子系統(tǒng)，能夠為智能化管理工作的開展提供可靠的支持。

2.1 三臂鑿巖臺車施工

隧道開挖掘進環(huán)節(jié)所用設(shè)備為三臂鑿巖臺車，輔以光面爆破措施，最大限度地降低周邊圍巖的受擾程度。其工藝流程具體如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

（1）臺車就位：每循環(huán)開挖前做好準備工作，在掌子面周邊放出3個控制點，以便實現(xiàn)臺車的精準就位。具體而言，臺車以預(yù)先設(shè)置好的控制點為基準，合理調(diào)整所處位置及姿態(tài)。

（2）炮眼布置：開挖斷面的各項信息需完整錄入臺車，根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場情況選擇合適的炮眼布設(shè)方式，生成完整的炮眼布置圖，臺車以此為依據(jù)及時跟蹤炮眼位置，司鉆人員合理完成炮眼布置工作。

（3）鉆眼：確定合適的開眼位置，密切關(guān)注各開眼區(qū)域的不平整情況，確定合適的鉆眼深度；根據(jù)鑿巖臺車的工作特性，開挖掏槽時以楔形水平斜眼掏槽的方式較為合適，正式鉆眼前需編制爆破設(shè)計方案，由臺車根據(jù)炮眼布置圖跟蹤指導(dǎo)司鉆人員進行炮眼定位[1]。

（4）裝藥起爆：鉆孔環(huán)節(jié)的設(shè)備選用的是三臂鑿巖臺車，鉆φ45mm的孔，選擇φ32mm的乳化炸藥；加強對炮孔眼口的密封處理，可使用炮泥（由砂和黏土兩類材料經(jīng)充分混合后制得）有效堵塞。

2.2 濕噴機操作手施工

（1）機械手作業(yè)：機械手就位后,按照批準的工藝要求對混凝土受面進行測試，割作取樣試件，判斷噴射效果，密切關(guān)注機械手工作狀況及混凝土質(zhì)量，保證各項施工要素形成相適應(yīng)的關(guān)系。

（2）噴射量和速短劑：初噴的作用在于有效封閉巖面的微小裂隙，以免圍巖發(fā)生大范圍松弛現(xiàn)象，同時與圍巖共同承受外力作用；初噴需及時完成，為此在拌制混凝土?xí)r需提高速凝劑的摻量，比例約為4%，邊墻處噴射量為18m3/h；噴射拱部時需要適時調(diào)整噴射量，約15m3/h，以確保噴射效率和一次層厚度的同時，最大限度地節(jié)省速凝劑用量。

（3）噴射距離：噴頭與受噴面間距過小時，所形成的壓縮空氣將攜帶新噴射的混凝土，導(dǎo)致粗骨料回彈量明顯增加；由于距離過大會降低射料擊打力，最終導(dǎo)致混凝土密實度下降，出現(xiàn)黏結(jié)脫落現(xiàn)象，因此噴射距離需控制在1.2～ 1.5m。

2.3 全自動液壓棧橋施工

（1）隧道的開挖、出碴、初期支護作業(yè)均發(fā)生于第一作業(yè)區(qū)，采取的是與仰拱襯砌、填充作業(yè)平行推進的方式；且施工方法以鉆爆法為宜，需密切關(guān)注現(xiàn)場地質(zhì)情況，以此為參考合理調(diào)整裝藥量和循環(huán)進尺，條件允許時需快速封閉。

（2）全自動液壓棧橋跨坑前需準確確定隧道中線、仰拱端頭法向線等各類控制線的位置，使用白灰標記，再合理調(diào)節(jié)跨坑輪組，若無誤則提升另外6組主動輪的油缸，確保墊梁能夠有效脫離地面，在棧橋維持穩(wěn)定性后方可行走。

（3）棧橋到位后，可進入鋼拱襯砌鋼筋的安裝環(huán)節(jié)；做好鋼筋綁扎前的準備工作，對于橫向有弧度的鋼筋，需對其采取預(yù)加工措施；鋼筋安裝期間需及時施作排水盲溝等各類輔助構(gòu)件；完成仰拱開挖、支護等相關(guān)工作，且實測的混凝土強度滿足要求后，可移動棧橋，使其進入下一循環(huán)。

3 信息化技術(shù)在隧道施工管理中的應(yīng)用

3.1 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

五指山隧道的現(xiàn)場條件錯綜復(fù)雜，為全面掌握各項生產(chǎn)要素的具體情況，根據(jù)隧道施工特點適配了視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，并借助互聯(lián)網(wǎng)的載體作用將采集信息傳輸至電腦終端并呈現(xiàn)出來。各裝置的具體配置情況如下。

（1）1M-CV-2060IR型攝像頭：各工區(qū)均安裝了8臺攝像頭，同時為之配套了云臺，管理人員可通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)遠程調(diào)控，在云臺的帶動作用下使攝像頭采集特定區(qū)域的影像；攝像頭具有模擬信號轉(zhuǎn)化功能，可將其轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，再借助視頻傳輸線將處理后的信息完整導(dǎo)入工控機。攝像頭如圖2所示。

圖2 攝像頭示例圖

（2）視頻傳輸線和監(jiān)控終端工控機：數(shù)字信號將進入視頻傳輸線并及時傳輸至監(jiān)控終端工控機，通過屏幕顯示隧道內(nèi)的施工情況；在網(wǎng)絡(luò)線路的載體作用下，可為管理人員提供遠程圖像信息監(jiān)控功能，可根據(jù)實際需求快速調(diào)取特定階段的錄像資料，以提高隧道施工管理的便捷性。

3.2 LED子系統(tǒng)

信息顯示模塊選擇的是10m×2.08m的LED屏，通過該裝置完整呈現(xiàn)現(xiàn)場的施工情況，例如作業(yè)人數(shù)、各崗位員工的姓名及工種等信息。其中，信息的顯示可細分為各施工區(qū)域，如正洞、平臺、掌子面等。

3.3 人員識別和定位子系統(tǒng)

以進出洞、掌子面的人員識別為核心，兼并現(xiàn)場突發(fā)情況下的報警和呼叫。同時，系統(tǒng)的信息可通過LED大屏顯示，以更好地為管理者提供監(jiān)控、查詢、考核、信息統(tǒng)計功能，使日常管理工作更為便捷[2]。

（1）子系統(tǒng)設(shè)備：硬件組成中以數(shù)據(jù)接收器分站最為關(guān)鍵，將其設(shè)置在隧道進口處，數(shù)量為5臺，其作用在于接收卡載波信號，再對其執(zhí)行識別和標識操作；此外，隧道進出口段洞內(nèi)分別布設(shè)2臺、洞外1臺；從正洞現(xiàn)場布置情況來看，其包含了4臺模板臺車，經(jīng)分析后將分站布設(shè)在第2臺臺車周邊，伴隨二襯施工的持續(xù)推進，其同步向前移動。

（2）子系統(tǒng)工作機制：分站接收卡載波信號，與此同時以工控機和LED大屏為載體將信息進行完整呈現(xiàn)，如洞內(nèi)作業(yè)人員總量、具體姓名及其工種等；考慮到工控機安裝的便捷性要求，選擇分離式安裝方式，共建設(shè)2個房間，將其分別用于工控主機和計算機顯示屏的安裝。

4 雷達檢測在隧道檢査中的應(yīng)用

雷達檢測系統(tǒng)的核心組成包含天線和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。其中，發(fā)射天線可以向被測物發(fā)射脈沖雷達波，其在傳播途中將遇到性質(zhì)各異的介質(zhì)，從而發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，接收天線及時獲取此類脈沖雷達波，根據(jù)雷達波在各類介質(zhì)中波速具有差異性的特點，可以分析介質(zhì)的具體情況。

（1）隧道襯砌檢測：應(yīng)合理調(diào)整發(fā)射天線和接收天線的位置，其必須緊密貼合于襯砌的表面，雷達波將穿透混凝土、圍巖等各類介質(zhì)；在襯砌背后空洞界面處發(fā)生反射，此部分則由接收天線完全接收，相應(yīng)數(shù)據(jù)將被及時傳輸至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，按特定程序分析后給出相應(yīng)的結(jié)果，例如發(fā)射波的行程，并綜合分析波速等方面的信息，從而判斷介質(zhì)的具體情況。

（2）初期支護施工質(zhì)量檢測：根據(jù)隧道初支鋼格柵與噴射混凝土及隧道圍巖，空洞通過不同的反射回波，最終形成圖像數(shù)據(jù)，以確定初支施工是否與設(shè)計圖紙參數(shù)相符，從而判斷施工質(zhì)量是否合格。

（3）二期施工質(zhì)量控制：利用雷達檢測隧道二次襯砌并找出存在的問題，及時采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，以免因二襯厚度不合理而出現(xiàn)質(zhì)量問題或是埋下大量安全隱患。

5 結(jié)束語

隧道施工復(fù)雜性較高，人員、材料、環(huán)境等因素均會對施工效果造成影響。通過應(yīng)用信息化技術(shù)，能夠高效采集現(xiàn)場信息，并借助LCD屏等方式完整呈現(xiàn)，給施工現(xiàn)場管理工作提供重要依據(jù)，從而達到無死角管理的效果。信息化技術(shù)已然是隧道施工管理領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，施工單位必須準確認識該技術(shù)的重要性，以合理的方式應(yīng)用該項技術(shù)，給隧道施工管理工作提供技術(shù)支撐，從而推動隧道建設(shè)工作的有序開展。