基于信息化技術的高速公路隧道機械化施工

摘 要：高速公路作為連接城市與區域的重要紐帶，其建設效率與質量直接關系到國家經濟的發展與民眾出行的便捷性。隨著信息化技術的飛速進步，將這一高科技手段融入高速公路隧道機械化施工中，已成為提升施工效率、保障作業安全、優化資源配置的關鍵路徑。本文首先對高速公路隧道機械化施工進行簡要介紹，接著重點研究信息化技術在隧道機械化施工中的應用以及具體的施工措施，為推動高速公路隧道建設行業的現代化轉型提供理論依據與實踐指導。

關鍵詞：信息化技術 高速公路 隧道施工 機械化

隨著信息技術的飛速發展，其在各行各業的應用日益廣泛，特別是在基礎設施建設領域，信息化技術正逐步成為提升施工效率與質量的關鍵驅動力。高速公路作為現代交通網絡的重要組成部分，其建設質量直接關系到國家經濟的發展與民眾出行的安全便捷。隧道作為高速公路建設中的難點與重點，其機械化施工面臨著地質復雜、作業環境惡劣、施工精度要求高等諸多挑戰。因此，探索基于信息化技術的高速公路隧道機械化施工模式，對于優化施工流程、提高作業安全性、降低建設成本具有重要意義。

1 高速公路隧道機械化施工概述

1.1 機械化施工設備

在高速公路隧道機械化施工中，主要設備包括鑿巖臺車、濕噴機、襯砌臺車、裝載機和運輸車等。

鑿巖臺車是隧道開挖作業中的關鍵設備，能夠通過自動定位和鉆孔技術高效完成巖壁的鉆孔任務[1]。其自動化系統可以根據地質條件實時調整鉆孔參數，確保作業精準且高效，并且具備高效排渣系統，減少了排渣時間，提升了整體施工效率。濕噴機主要用于通過噴射混凝土對隧道的巖壁進行加固。濕噴機具有噴射效率高、混凝土質量均勻、回彈率低等優點。襯砌臺車能夠實現隧道的二次襯砌作業，采用先進的自動化控制系統，能夠精準控制襯砌的厚度和均勻性，有效提高襯砌施工的精度，減少人工誤差。此外，襯砌臺車還具備自動化澆筑和振動功能，確保了混凝土襯砌的密實度和整體質量。裝載機和運輸車在隧道施工過程中負責廢渣的清理和物料的運輸。裝載機通過高效的裝載系統迅速清除隧道內的廢渣，運輸車則將其運送至隧道出口，為后續施工提供了順暢的作業環境。

1.2 機械化施工流程

地質勘探是隧道施工的基礎，通過地質雷達、鉆孔取樣等手段，全面分析巖層結構、地下水分布及地震活躍度，為后續施工提供詳實的數據支持，確保施工過程中的安全性與穩定性。進入開挖作業階段，隧道開挖采用鑿巖臺車、爆破作業及后續清渣設備相結合的方式。鑿巖臺車通過高效的鉆孔作業為爆破提供精準的孔位，爆破作業精確控制爆破參數，減少巖體破壞，確保隧道開挖的精準度和安全性。開挖過程中，裝載機和運輸車高效配合，確保隧道內部的廢渣及時清除，為后續支護作業提供暢通的作業空間。支護作業通常通過濕噴機進行噴射混凝土支護，形成穩定的巖壁支護結構。在此過程中，根據巖體類型、地下水情況等進行支護設計，保證支護強度與穩定性，防止開挖后的巖壁坍塌和水流滲漏。機械化操作大大提高了噴射混凝土的均勻性和施工速度。襯砌作業通過襯砌臺車進行精準的二次襯砌施工。襯砌臺車具備自動化澆筑、振動和切割等功能，確保襯砌層的均勻性和堅固性，為隧道提供長久的穩定性和防護。襯砌作業需嚴格控制混凝土澆筑的厚度和密實度，以應對長時間的使用過程中可能遭遇的壓力和外力，確保隧道結構的安全和耐久性。

2 信息化技術在高速公路隧道機械化施工中的應用

2.1 地質勘探信息化

信息化技術的引入，尤其是地質雷達和TSP超前地質預報系統，極大地改善了傳統勘探手段的局限性。地質雷達作為一種無損檢測技術，通過電磁波探測地下巖層結構，能夠對地質層的密實度、裂隙、地下水等進行實時監測。與傳統的鉆探方法相比，地質雷達能夠在不破壞地下結構的情況下，快速獲取周邊地質的詳細數據，并且其實時性使得施工人員能夠及時掌握地質變化的情況，提前采取應對措施。TSP超前地質預報系統則通過監測隧道開挖過程中地質體的應力變化，提前預警可能出現的巖爆、塌方等危險情況，為施工提供實時動態的地質預報。這些信息化技術通過精確探測、動態監控和數據分析，為施工方案的優化提供了數據支持。與此同時，信息化技術的應用不僅提高了勘探數據的處理效率，還降低了人為誤差的可能性，確保了地質數據的準確性。通過先進的數據處理和分析系統，可以實現對大量勘探數據的自動化整理、分析和可視化展示，為工程技術人員提供直觀、可靠的地質信息。

2.2 施工監控信息化

隧道施工機械化設備配備的監測系統能夠實時采集設備的運行狀態數據，包括機械負荷、動力輸出、振動強度、溫度變化等信息。這些數據通過物聯網技術傳輸至集中監控平臺，為工程管理人員提供了全面的設備運行狀態，確保設備在最佳工況下運行，減少了因設備故障或超負荷工作而導致的停工風險。此外，通過對施工環境的實時監控，信息化系統能夠及時獲取隧道內的溫濕度、氣體濃度等環境數據，確保施工區域的安全性。例如，在隧道掘進過程中，信息化技術能夠實時監測隧道內是否存在有害氣體，并及時提醒操作人員進行通風處理，從而有效避免中毒事件的發生。其次，施工監控信息化通過結合GPS、激光掃描和無人機等技術，能夠對隧道開挖的進度和地質變化進行精確測量，生成實時的三維模型和工程進度圖。通過數據分析，系統能夠為施工方案的優化提供決策支持，實現精準的資源調度與人員管理，提高了整體施工的科學性和精確性。同時，施工監控信息化還為工程質量控制提供了有力保障，施工過程中每一環節的數據都能夠實時記錄并存檔，形成完整的施工數據鏈條，為后期的質量驗收與維護提供可靠依據[2]。

2.3 施工管理信息化

通過搭建集成化的管理平臺，信息化技術將隧道施工過程中的各個環節實現了全面的數字化和自動化管理。具體應用體現在施工現場資源調度、進度控制、質量監控和安全管理等多個方面。

施工管理信息化平臺能夠實時監控工程進度。借助物聯網技術與無線傳感器，平臺對施工機械、人員以及材料的實時位置和狀態進行跟蹤，確保各項工作有序進行。系統通過GPS定位與GIS地圖結合，精準獲取機械設備、材料運輸車和施工人員的實時位置，從而實現高效的調度與資源配置。通過對施工計劃與實際進度的比對，管理人員可以及時調整施工方案，避免延誤和資源浪費。

信息化平臺在質量管理中的應用，主要體現在通過傳感器采集機械設備運行參數和施工環境數據，實時監測施工過程中的關鍵質量指標。例如，混凝土噴射質量、隧道支護效果等重要數據通過實時反饋，幫助施工團隊及時發現問題并調整作業方式，確保工程質量符合標準。

此外，信息化系統還可將質量數據與歷史數據進行分析，利用大數據技術發現潛在的質量風險，進行智能預警，避免工程中途出現質量問題。安全管理方面，信息化技術通過在機械設備和作業區域內布設傳感器，監控施工環境中的溫濕度、氣體濃度等重要指標，實時預警施工現場可能發生的安全隱患。

3 基于信息化技術的高速公路隧道機械化施工措施

3.1 超前地質預報與信息化監測

施工過程中，超前地質預報主要依托地質雷達、鉆孔取樣、遙感技術、三維建模等多種技術手段，進行隧道前方地質條件的實時監測與預測。通過地質雷達探測隧道前方巖體的結構和構造，結合鉆孔取樣數據，能夠準確判斷地下的巖土性質、含水層分布以及可能的破碎帶或不良地質體。遙感技術則通過對隧道周邊區域進行監測，獲取更大范圍的地質信息，為施工決策提供有力支持。此外，三維地質建模技術可以將采集到的地質數據進行可視化處理，生成精確的三維地質模型，施工人員可以在施工前進行虛擬仿真與風險分析，提前識別潛在的危險區域，從而優化施工方案和進度安排。

信息化監測則通過構建完善的傳感器網絡，實時采集并傳輸隧道施工過程中的各類數據，為施工提供動態的監控與決策支持。隧道壁、支護結構及關鍵作業區域布設的傳感器能夠實時監測巖體變形、氣體濃度、溫濕度等環境參數，保證施工過程中的數據采集完整與準確。通過數據融合與大數據分析，信息化監測系統不僅可以對施工環境進行實時分析，還能夠基于歷史數據進行趨勢預測，提前識別潛在的地質災害風險。智能算法在處理監測數據時，可以分析地下水位波動、巖體變形、支護結構應力等因素，綜合評估施工過程中的安全風險，確保提前預警和及時干預。例如，在遇到高壓水層或軟弱巖層時，信息化系統能夠通過實時數據與預測模型，調整施工方法，優化機械配置，確保安全作業并減少機械故障的發生[3]。

3.2 開挖作業機械化與智能化控制

采用隧道掘進機（TBM）作為主力設備，通過精準控制機械刀盤的轉速與切削深度，能夠在復雜地質條件下保持高效穩定的開挖速度，避免因地質突變而導致的施工中斷。此外，采用頂管機、盾構機等專用機械設備，可以實現大斷面、深埋深度的隧道施工，確保隧道內外環境不受影響，同時提升施工的連續性與穩定性。智能化控制則通過信息技術實時監控機械設備的狀態與施工環境，自動調節設備運行參數，從而優化施工過程。具體措施包括利用地質雷達、激光掃描、傳感器等設備實時采集施工區域的地質信息與設備狀態數據，通過數據分析預測施工進度與潛在風險。通過與施工設備的智能控制系統聯動，能夠自動調整開挖機械的切削速度、刀盤角度以及推進力等關鍵參數，適應不同地質條件的變化，保證開挖作業在最優參數下運行，從而提高施工效率與精度。在高風險區域，如軟弱地層或涌水地區，智能化系統能夠實時監測到不良地質體的出現，通過調整施工方案、優化開挖路徑，確保隧道的開挖作業不受影響。此外，智能化控制系統還可通過人工智能算法分析地質數據與施工環境信息，自動預警潛在的風險點，如巖體變形、氣體泄漏等異常情況，提供決策支持，指導現場操作人員進行及時干預。與此同時，信息化技術的應用使得遠程控制成為可能，在惡劣或危險的環境中，施工人員無需直接參與危險作業，可通過遠程終端實時監控設備狀態，進行操作控制。

3.3 支護作業自動化與高效噴射技術

在具體施工中，支護作業通常采用了液壓支架、鋼拱架等設備，通過智能控制系統進行自動調節，確保支護力與開挖進度匹配，避免因人為操作導致的施工誤差和時間延誤。通過集成傳感器技術，可以實時監測隧道內的地質變化、支護力的分布及其變化情況，從而自動調整支架位置、支護力大小和支撐時間，最大程度地提高支護效果并減少人工干預[4]。支護系統的自動化還能夠有效應對不良地質條件，在軟弱地層或破碎巖體中，自動化支護系統通過快速響應與實時反饋機制，調整支護方案，確保隧道施工的安全性與穩定性。與支護作業密切相關的是噴射技術，噴射混凝土（即噴漿）技術在高速公路隧道施工中得到了廣泛應用，尤其是在隧道開挖初期，噴射混凝土能夠為隧道提供臨時支護，防止圍巖變形和塌方。高效噴射技術在施工過程中，通過采用高壓噴射設備和自動化噴漿機器人，能夠實現精準的噴射量與噴射角度控制，從而大大提高噴射效果與效率。自動化噴射系統通過集成傳感器和監控系統，能夠根據圍巖的實際情況自動調節噴射壓力、噴射速率和混凝土配比，確保噴射作業的均勻性和穩定性。此技術不僅可以減少人工操作的風險，還能夠提高施工速度，縮短施工周期，降低施工成本。此外，噴射作業過程中，智能化監測系統能夠實時監控噴射層的質量，通過圖像識別技術和厚度檢測系統，自動評估噴射層的均勻性與厚度，確保噴漿質量達到設計要求。

3.4 施工資源配置與信息化管理

在施工資源配置方面，信息化技術為各類施工設備的調度和管理提供了精準的數據支持。通過引入物聯網技術，將隧道施工設備、機械、材料、人員等資源進行數字化管理，實現資源的實時監控和動態調配。例如，可以通過信息化系統實時獲取隧道掘進機的位置、掘進進度、刀盤磨損情況等數據，為機械設備的維護保養和資源調度提供依據。此外，信息化技術還可以對施工現場的物料進行自動化管理，結合物料追蹤系統，能夠實時掌握各類施工材料的庫存情況、使用進度以及施工現場的物料需求，避免物資浪費或供應不足，確保施工過程的順暢進行。施工人員的管理同樣是信息化技術應用的重要組成部分。通過信息化手段，可以實現施工人員的實時定位、考勤管理、工作任務安排等，為施工隊伍的高效協作提供保障[5]。

信息化技術在隧道施工中的具體應用也涵蓋了多個方面。例如，在隧道開挖階段，可以通過BIM（建筑信息模型）技術建立三維施工模型，對隧道結構進行虛擬仿真，預測施工過程中可能出現的問題，從而采取相應的預防措施。BIM技術還能在施工過程中提供實時數據支持，幫助施工人員快速定位問題并進行調整。在隧道內的通風、排水、電力等系統施工中，信息化技術通過建立施工管理平臺，可以對施工進度、資源消耗、人員安全等信息進行實時監控和分析。通過集成系統，施工人員可以即時獲取各類參數，做出快速響應，避免了傳統施工方法中由于信息滯后而造成的施工問題。

4 結語

綜上所述，基于信息化技術的高速公路隧道機械化施工，不僅是對傳統施工模式的革新，更是對未來智慧交通建設的一次重要探索。通過本文的研究，我們深刻認識到信息化技術在提升施工效率、優化資源配置、保障作業安全等方面的巨大潛力。隨著技術的不斷進步與應用的深化，高速公路隧道施工將變得更加智能化、高效化，為建設更加安全、便捷、綠色的交通網絡奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]張保勇，許展飛.信息技術在高速公路管理中的應用[J].交通科技與管理，2024，5（21）：163-165.

[2]向琦.隧道施工數字化管理研究與應用[J].汽車周刊，2024（08）：148-150.

[3]向琦.公路隧道施工的安全信息化監控技術探究[J].汽車周刊，2024（06）：232-234.

[4]郝勁鑫.隧道襯砌信息化與機械化施工工藝研究[J].交通建設與管理，2023（01）：122-123.

[5]祝鑫.超大跨公路隧道機械化施工不等厚初支方案研究[J].山西建筑，2024，50（24）：149-155.