淺談隧道工程動態設計與信息化施工范文

本站小編為你精心準備了淺談隧道工程動態設計與信息化施工參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：為提高隧道工程施工質量和施工效率，有必要強化隧道工程動態設計和信息化施工?；诖耍喪隽藙討B設計和信息化施工的含義，探討了隧道工程動態設計中隧道支護結構調整、隧道涌水量計算、隧道長度及斷面尺寸的確定等內容，并介紹了信息化施工在隧道工程中的應用，有效保障了設計質量、施工質量和施工效率，提高了隧道工程的投資效益和綜合效益。

關鍵詞：隧道工程；動態設計；信息化施工

1動態設計與信息化施工概述

動態設計，是指將設計劃分為兩個階段：預設計和修正設計。其中，預設計用于對工程施工進行指導，通常參照工程類比套圖，其決策具有較強的模糊性；修正設計是在具體施工過程中，基于暴露的相關地質狀況和各類實際情況變化，對預設計實施科學修正和有效完善。信息化施工，是指施工單位遵循工程設計各項要求制定工程施工和監測的具體方案并予以實施，以監測結果為依據，對施工方案和相關工藝進行及時調整和科學優化，并根據信息反饋對設計進行科學修正和合理變更[1]。動態設計與信息化施工二者具有相輔相成的緊密關系，其具體流程如下：對工程進行預設計→對工程開展施工檢驗→對工程地質進行判別→獲取工程監測信息→實施修正設計→開展施工檢驗。

2隧道工程的動態設計

2.1隧道支護結構調整

隧道支護結構調整是隧道工程動態設計的常見內容，要遵循經濟性和安全性原則。在施工過程中，要綜合考慮地質、圍巖等因素，對隧道支護結構進行調整。若地質、圍巖出現變化，例如隧道工程勘查設計相應文件描述地質圍巖為Ⅳ級，但現場判別地質圍巖為Ⅴ級，則需對支護結構作出調整。若地質圍巖未發生變化，應根據監測信息對支護做適當調整。若支護出現較大變形，需增強支護；若支護未變形或者變形較小，可減少支護。若因施工原因導致未能按照圖紙施工，也需對支護結構進行調整[2]。對隧道支護結構進行調整，通常需改變支護結構的厚度和強度，調整格柵鋼架的尺寸、間距等，或者調整錨桿的設置。此外，還能通過增減鋼筋來調整支護的厚度和強度。

2.2隧道涌水量計算

隧道涌水量計算通常采用以下兩種方法。（1）地下水動力法采用非完整井的柯斯嘉科夫公式：式（1）中：Q表示預測涌水量（m3/d）；a表示入滲系數；H表示隧道路肩算起的含水層厚度（m）；R表示隧道排水影響寬度（m）；B表示隧道通過含水層的長度（m）；r表示隧道半寬度；k表示圍巖滲透系數（m/s）。采用佐藤邦明非穩定流公式：式（2）~（3）中：q0表示隧道通過含水體地段的單位長度可能最大涌水量（m3•s-1•m-1）；k表示圍巖滲透系數（m/s）；m為洞身橫斷面換算成等價圓時的換算系數，一般取0.86；h2表示靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離（m）；r0表示等價圓半徑（m）；hc表示洞頂上部靜止水位至洞底下部隔水層距離，即含水體厚度（m）；B表示隧道通過含水層的長度（m）。（2）降水入滲系數法降水入滲系數法計算公式為：式（4）中：Q表示計算涌水量（m3/d）；a表示入滲系數；ω表示年降水量（mm/a）；A表示隧道集水面積（km2）。

2.3隧道長度及斷面尺寸

預設計通常以地形、地質為依據來確定隧道長度，并綜合考慮結構受力等因素來確定隧道斷面尺寸。若地形、地質等相關條件不符合設計要求，可調整隧道長度，甚至對洞門型式進行調整。通常無需調整隧道斷面內輪廓尺寸，而主要對開挖以及初期支護的尺寸進行調整，例如對預留變形量和施工預留量進行調整。隧洞中應設置車行橫洞。車行橫洞斷面可設計為直墻斷面。例如，某隧道工程為方便車輛駛入車行橫洞，將車行橫洞軸線與主洞軸線夾角設置為60°，建筑限界凈寬為4.50m，凈高為5.0m。

2.4施工方法選擇

隧道施工方法主要有全斷面法、眼鏡法、臺階法、CRD法、中洞法以及CD法等。通常，要綜合考慮地質圍巖、隧道斷面等因素來選擇施工方法。選擇施工方法時，首先要注重施工安全，同時考慮施工的便捷性。部分施工單位為降低施工成本或者提高施工便捷性，會改變施工方法。對工法的改變要基于隧道工程的實際狀況，避免安全隱患，降低施工風險。例如，為加快隧道施工速度，采用臺階法開展大跨度隧道施工，并推廣V級圍巖施工法。臺階法便于實施機械化施工，大幅度提高施工效率，但在實際應用中還要考慮其適用性。臺階法不適用于淺埋、斷面較大、地質狀況相對較差的隧道。若不考慮隧道實際狀況，盲目采用臺階法，極易導致隧道變形，甚至引發隧道坍塌。要有序改變施工方法，不能突變。例如，不能直接將眼鏡法改變為臺階法，可基于CD法驗證，確?？尚袝r，再逐步過渡為臺階法。若圍巖缺乏穩定性且存在較大變形，宜將臺階法變為CD法，或將CD法變為眼鏡法等。

2.5輔助工程措施

輔助工程措施主要包括兩類：（1）地層穩定措施，包括地表加固以及各類超前支護，如管棚、錨桿、小導管注漿等；（2）涌水處理措施，包括降水、超前排水以及注漿止水等。在實際施工中，要根據隧道工程的地質狀況來選擇輔助工程措施，例如：對于破碎圍巖，應適當增加錨桿支護；對于破碎巖體或者松散地層，應設置超前小導管支護。

3隧道工程的信息化施工

3.1地質狀況

對隧道工程實施信息化施工，要加強對地質狀況的監測，并將地質狀況變化作為依據，采取具有較強針對性的施工措施。例如，隧道工程掌子面在發生塌方前，會有如下預兆：超前探孔發現隧道拱頂以上或者前方圍巖變得軟弱破碎，掌子面大量出水，掌子面出水逐漸渾濁等。地質信息對于隧道工程動態設計以及信息化施工非常重要，為隧道工程修正設計提供了必要的參考依據，有助于保障隧道工程施工安全。地質信息主要有兩類：一類是超前預報信息，一類是實時記錄信息。前者主要通過地質調查法、超前導坑預報法、物探法以及超前鉆探法等獲取。后者主要是在隧道開挖過程中，對掌子面地質狀況進行實時觀察和詳細記錄。

3.2變形監測

隧道工程信息化施工要強化變形監測，以保障施工安全。變形監測的常見項目包括地表沉降、支護沉降、建筑物沉降等。地下工程坍塌一般有如下預兆：圍巖開裂、圍巖錯動、沉降加劇、收斂變形加劇等。變形監測可發現此類預兆并及時發出報警。不能僅靠儀器實施變形監測，還要充分發揮人員作用，例如對隧道開挖支護進行觀察和記錄。儀器能對微小變化進行清晰顯示，而肉眼目測則具有較強的直觀性。一旦發現異常，要及時采取有針對性的避險措施。另外，施工單位要科學分析沉降變形以及收斂變形相關數據，把握變形發展趨勢，及時采取行之有效的應對措施。

3.3考慮施工需求

隧道工程設計方通常會考慮建設方的各項要求，但在建設體制以及合同管理等因素影響下，施工需求通常難以納入隧道工程合同中，設計方通常不予認可。這就導致隧道工程的設計與施工極易發生脫節。為此，要深入分析隧道工程的具體特點，采取最優的施工技術。同時，要將信息反饋納入隧道工程設計中，促進隧道設計、施工的良好融合，有效保障隧道工程施工安全。例如，受前期誤工影響，施工方增設施工通道、斜井等；基于施工誤差，對預留量進行改變；基于施工組織需要，對施工順序進行改變等。要將此類臨時工程納入信息反饋中，為隧道工程設計方提供完整信息。

4結語

綜上所述，隧道工程中強化動態設計與信息化施工能有效保障施工質量和施工效率，避免各類施工事故，提高隧道工程的投資效益和綜合效益。隧道工程動態設計，要注重隧道支護結構調整、隧道涌水量計算、隧道長度及斷面尺寸的確定、施工方法的選擇、輔助工程措施的選用等內容；隧道工程信息化施工要注重地質狀況、變形監測以及施工要求。

參考文獻：

[1]方昱.山嶺隧道動態設計與施工智能輔助決策系統研究[D].北京：北京交通大學，2016.

[2]傅瓊閣.巖溶隧道側部溶腔偏壓效應及信息化處治研究[J].中外公路，2016（3）：221-224.

作者：張良 單位：中交第一公路勘察設計研究院有限公司