論信息化技術在特長隧道施工管理中的應用

中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710000

1 工程概況

五指山隧道建設于五指山市沖山鎮，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。根據現場施工空間情況，行人橫洞、變電所橫洞統一采取與右線軸線正交的布設方式，行車橫洞則需要布設在與隧道右線呈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害防控技術研究為依托，建立公路隧道機械化施工設備選型和配套方案，采取高水壓突涌水和高地應力巖爆預測模型與防控措施，創建并應用安全監測系統，將其作為掌握施工現狀的工具，且提出支護結構穩定性預測模型及相配套的預警標準，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管理系統的研發，構建五指山特長公路隧道BIM-GIS三維模型，研發與現場建設環境相適應的智能化建設管理系統。該系統覆蓋面廣，包含施工信息集成管理、安全檢測預警及遠程監控等具有多種功能特性的子系統，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

隧道開挖掘進環節所用設備為三臂鑿巖臺車，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，以便實現臺車的精準就位。具體而言，臺車以預先設置好的控制點為基準，合理調整所處位置及姿態。

（2）炮眼布置：開挖斷面的各項信息需完整錄入臺車，根據設計要求和現場情況選擇合適的炮眼布設方式，生成完整的炮眼布置圖，臺車以此為依據及時跟蹤炮眼位置，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，密切關注各開眼區域的不平整情況，確定合適的鉆眼深度；根據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計方案，由臺車根據炮眼布置圖跟蹤指導司鉆人員進行炮眼定位[1]。

（4）裝藥起爆：鉆孔環節的設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：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，密切關注機械手工作狀況及混凝土質量，保證各項施工要素形成相適應的關系。

（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，以免圍巖發生大范圍松弛現象，同時與圍巖共同承受外力作用；初噴需及時完成，為此在拌制混凝土時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，最終導致混凝土密實度下降，出現黏結脫落現象，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、初期支護作業均發生于第一作業區，采取的是與仰拱襯砌、填充作業平行推進的方式；且施工方法以鉆爆法為宜，需密切關注現場地質情況，以此為參考合理調整裝藥量和循環進尺，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，再合理調節跨坑輪組，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節；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件；完成仰拱開挖、支護等相關工作，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。

3 信息化技術在隧道施工管理中的應用

3.1 視頻監控子系統

五指山隧道的現場條件錯綜復雜，為全面掌握各項生產要素的具體情況，根據隧道施工特點適配了視頻監控子系統，并借助互聯網的載體作用將采集信息傳輸至電腦終端并呈現出來。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軟件實現遠程調控，在云臺的帶動作用下使攝像頭采集特定區域的影像；攝像頭具有模擬信號轉化功能，可將其轉為數字信號，再借助視頻傳輸線將處理后的信息完整導入工控機。攝像頭如圖2所示。

圖2 攝像頭示例圖

（2）視頻傳輸線和監控終端工控機：數字信號將進入視頻傳輸線并及時傳輸至監控終端工控機，通過屏幕顯示隧道內的施工情況；在網絡線路的載體作用下，可為管理人員提供遠程圖像信息監控功能，可根據實際需求快速調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

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現場的施工情況，例如作業人數、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域，如正洞、平臺、掌子面等。

3.3 人員識別和定位子系統

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

（1）子系統設備：硬件組成中以數據接收器分站最為關鍵，將其設置在隧道進口處，數量為5臺，其作用在于接收卡載波信號，再對其執行識別和標識操作；此外，隧道進出口段洞內分別布設2臺、洞外1臺；從正洞現場布置情況來看，其包含了4臺模板臺車，經分析后將分站布設在第2臺臺車周邊，伴隨二襯施工的持續推進，其同步向前移動。

（2）子系統工作機制：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，如洞內作業人員總量、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用

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

（1）隧道襯砌檢測：應合理調整發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；在襯砌背后空洞界面處發生反射，此部分則由接收天線完全接收，相應數據將被及時傳輸至數據采集分析系統，按特定程序分析后給出相應的結果，例如發射波的行程，并綜合分析波速等方面的信息，從而判斷介質的具體情況。

（2）初期支護施工質量檢測：根據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，最終形成圖像數據，以確定初支施工是否與設計圖紙參數相符，從而判斷施工質量是否合格。

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

5 結束語

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