隧道和地下工程的信息化施工-建筑设计论文发表

[摘要][关键词] 隧道工程地下工程信息化施工
1 隧道和地下工程现状及信息化发展
隧道工程在土木工程领域占着重要地位。我国自从1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上修建中国第一个铁路隧道—狮球岭隧道(总长216 m)以来，截止2002年底，累计完成铁路和公路隧道8 658座，总长度4 374 km，其中铁路隧道6876座，总长度3670 km，总长度为世界第一；公路隧道1782座，总长度704 km ,总数量为世界第一。其复杂多变的地质条件、传统固定的管理结构、专业各异的参与人员等在很大程度上代表了土木工程的典型特点。
受工作条件的限制，我国隧道施工已被视为环境条件差、危险程度高、技术含量高、质量事故高、工作效率低的传统行业，但其相对桥涵工程较高的利润率对施工企业仍有较大的吸引力，因此，如何提供隧道施工整体水平是许多企业考虑的重要问题。近年来隧道工程的施工方法虽然有了较大的改进，但与其它行业相比，先进技术(尤其是高新技术)的开发、研究和应用程度远远滞后。部分新技术的转化和应用，也大多应用于测量(如地质超前预报)、爆破(如液体**)、开挖(如电脑台车)等单个环节。目前文献中出现了隧道施工技术专家系统，其实指的是上海隧道股份公司周文波牵头开发并研制的“盾构法隧道施工专家系统”，其核心是对盾构机功能的改进与完善，其结果并不适用于一般隧道的施工与管理程序。
2 施工力学及基本原理
为了维护地下工程的稳定，有许多可供采用的工程措施，基于地下工程的开挖施工存在分期、分块的特点，在各项措施中，以采取合理的开挖顺序、适时有效的支护力案最为经济有效，这就是施工力学的基本思想。
岩体动态力学具备6条基本原理：
(1)复杂岩体中的工程施工受到自然不确定性因素的影响，是个开放的系统，使得围岩稳定性及经济的估价判断和分析成为一个复杂的系统工程，要全面而正确地认识各种因素的影响，不仅要研究自然因素如地质条件、初始应力、岩体的力学物性等)，还需要研究人为的工程因素。
(2)在岩体工程的施工期和竣工后的运行期间 ,围岩稳定性及有关的经济效益不仅和其最终状态有关，而且和达到竣工最终状态所采取的开挖途径和力法有关，这是因为施工中若干岩体边界在时空域中是不断变化的。从力学角度来说，这是个非线性过程，不只与其最终状态有关，而且和应力路径与应力历史相关。
( 3)对这类工程的稳定性评价及施工支护设计，要运用上述观点在施工前进行岩体动态施工力学的优化分析，寻求最优或几个较优的方案，以供决策。在分析中应把施工支护因素也包括在施工内容中。
(4)对复杂条件的岩体工程，要特别注意施工过程的设计与控制，科学地遵循围岩的动态影响规律，在经济合理的前提下，因地制宜地运用开挖和支护手段，把有害的影响及隐患控制在较低的限度内。
(5)根据优化方案进行施工时，要不断深入和修正原有认识，做好围岩动态影响的观察和监测工作。用这些新的资料与原来预计情况进行对比，以判断现有方案的合理性，必要时应及时调整现有的施工和支护方案，保证后续工程进程的安全及经济性。
(6)强调勘察、设计、施工、科研4个环节紧密结合，互相渗透，不能刻板遵循前环节的结论安排，不顾条件的变化照图施工，应在施工过程中不断修改、调整原有的结论或设计，使之符合实际情况。
3 信息化施工技术
3.1地下工程施工顺序优化分析
在隧道和地下工程的开挖施工全过程中，进行三维数值模拟，按不同施工阶段和施工工序以及各个施工工况就三维问题分析研究，找出在最不利施工条件下围岩结构系统各部分的变形位移，进而针对周围环境的各个被保护对象做出有理论依据的工程险情预报和变形控制决策。
3.2地下工程的施工监控与反馈设计
地下工程施工过程中，明挖深基坑会对周围的土体、建筑物、道路、管线等造成影响，因此必须选择合适的基坑围护结构。地下连续墙是一种较为有效的力法。
基坑开挖过程中，有必要借助仪器设备和其他一些手段对围护结构、周围环境进行综合监测。根据前段开挖期间监测到的各种变化，预测下阶段施工过程中可能出现的新动态，对后期开挖方案与开挖步骤提出建议，对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报。
基坑开挖之前，应结合本工程的实际情况，做出系统的开挖监测方案，对于不同的工程，其监测内容、使用的仪器、监测的频率、警戒值、监测方法、监测点布置、精度要求应根据工程实际进行相应的确定。
虽然隧道和地下工程的设计是建立在地质研究的基础之上，但地质条件千变万化，在隧道和地下工程的开挖中，常常发现实际地质条件与设计时会有出入，加上工程岩体的复杂性，人们对地质情况的把握往往很难准确，因此，隧道和地下工程的信息化施工监控与反馈设计是必不可少的关键环节，目的是为了做到信息化施工，并及时发现问题，马上进行处理，并及时更改设计和施工中的不足，为下一步安全施工做准备，杜绝工程事故，确保工程的安全。其核心内容为：以量测数据为依据，制定和修改施工方案，确定支护参数，达到工程目标。
4 隧道施工安全管理技术
近年来，新奥法施工技术在高速公路隧道施工中得到了广泛应用，量测信息的价值越来越重要，在某种程度上，量测信息是反映隧道施工过程中围岩与支护结构稳定安全与否的晴雨表。它对指导隧道施工过程中的设计变更、维护隧道安全施工等具有十分重要的意义。
首先，按照设计方案进行隧道断面的开挖，随着掌子面的不断推进，利用各种量测仪表在隧道工程施工现场进行量测获取各种信息，如用各类收敛仪量测获得的洞室收敛位移、多点位移计量测获得隧道围岩域内的位移、应力盒量测获得支护结构及围岩应力等。
进而根据各类量测信息对隧道围岩与支护变形等进行预测分析，同时依据隧道施工规范和隧道工程的具体条件，分析确定围岩与支护结构变形的安全阈值。
最后分析比较预测值与安全阈值之间的接近度，判定隧道围岩与支护结构是否安全稳定，如果满足安全条件则可进行下一道工序施工，否则应通知施工人员立即停比施工，并会同相关部门对隧道施工安全性进行综合评估，必要时应及时调整隧道开挖的施工工序，甚至变更隧道的设计方案，以确保隧道工程的施工安全。
5 结语
隧道和地下工程的施工信息化能跟踪检查施工并能指导施工，较好地解决了隧道和地下工程施工过程的安全性问题，可以避免施工过程中重大事故的发生，是安全施工的保障。由于在施工中实行多种监测手段和信息化施工，使基坑周边的环境安全有了可靠保证，是在周围建筑物密集的地区进行施工的关键，值得今后在大型地下工程中推广应用。
参考文献
[1]王忠勋.隧道围岩变形监控量测的实践[J].铁道建筑，2000, (2) ：7-10
[2]朱永全，景诗庭，张清.时间序列分析在隧道施工监测中的应用[J].岩石力学与工程学报，1996,15 (4) ：353-359