高速鐵路隧道施工信息化管理措施

汪 靜

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司， 重慶 400030）

1 工程概況

黃石隧道建設(shè)于重慶市云陽(yáng)縣棲霞鎮(zhèn)、夜合鄉(xiāng)與黃石鎮(zhèn)境內(nèi)，進(jìn)出口里程為DK773+764～DK782+013，總長(zhǎng)8255.62m，屬雙線大斷面隧道，區(qū)域內(nèi)最大埋深509m。本項(xiàng)目引入信息化管理方式，包含超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、各施工環(huán)節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)等多方面工作，以期營(yíng)造安全的施工環(huán)境。

2 隧道施工信息化現(xiàn)存問題

（1）隧道施工除了技術(shù)方法的支持外，監(jiān)控量測(cè)也占據(jù)重要地位，其并非狹義層面的監(jiān)控量測(cè)，需要覆蓋至與施工有關(guān)的各項(xiàng)要素中，但礙于資金不充足等方面的問題，信息化管理所涉及到的要素缺乏全面性，在不可預(yù)見的施工環(huán)境下易加大風(fēng)險(xiǎn)[1]。

（2）系統(tǒng)體系運(yùn)行機(jī)制缺乏適應(yīng)性。信息化系統(tǒng)的全流程工作包含三個(gè)環(huán)節(jié)，首先是面向各類信息的采集和管理，隨后是基于所得信息創(chuàng)建模型，最后則是作針對(duì)性的分析。但從現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r來看，信息采集和管理的機(jī)制不夠成熟，所選用的方法較為滯后，依然未引入先進(jìn)的技術(shù)手段。信息化管理的關(guān)鍵要點(diǎn)在于針對(duì)各項(xiàng)信息展開全方位的分析，從中提取有價(jià)值意義的信息，將其作為施工的基本依據(jù)，此舉對(duì)于施工作業(yè)的高效、高品質(zhì)推進(jìn)具有積極意義?，F(xiàn)階段，施工信息化依然停留在某些特定的工序中，普遍存在單向信息化的局面，常見有掌子面監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等，其覆蓋范圍依然有待擴(kuò)寬。

3 工程案例

本項(xiàng)目中，為創(chuàng)建安全的施工環(huán)境而引入信息化管理手段，重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)控測(cè)量與地質(zhì)預(yù)報(bào)兩方面工作，將其作為工序管理的核心環(huán)節(jié)。實(shí)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)模式，其特點(diǎn)在于綜合性較強(qiáng)，其信息覆蓋面相對(duì)較廣，集TSP、超前鉆孔等多種技術(shù)于一體，全程實(shí)行“先探后挖”的方式；監(jiān)控測(cè)量方式得以改進(jìn)，選用的是無(wú)尺測(cè)量方式，以便高效且準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。結(jié)合多途徑所取得的測(cè)量結(jié)果，以此為依據(jù)評(píng)定掌子面、支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工中所表現(xiàn)出的具體狀況，發(fā)現(xiàn)異常則及時(shí)優(yōu)化施工方案，確保其可行性[2]。

3.1 監(jiān)控量測(cè)

伴隨各工序的推進(jìn)，對(duì)應(yīng)的監(jiān)控量測(cè)工作也需同步進(jìn)行，選擇合適的區(qū)域埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，采取支護(hù)措施并從中讀取初始數(shù)據(jù)。測(cè)點(diǎn)布設(shè)的位置合理與否在很大程度上決定了檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，不可在鋼架、脫空回填區(qū)域布設(shè)測(cè)點(diǎn)，要求所有測(cè)點(diǎn)都被打入圍巖內(nèi)。凈空變化測(cè)點(diǎn)的布設(shè)工作中需綜合考慮拱頂下沉測(cè)點(diǎn)的布設(shè)情況，要求兩者共處相同斷面上，具體見表1。

表1 監(jiān)控量測(cè)斷面間距、測(cè)點(diǎn)數(shù)量

選用全站儀設(shè)備，在其作用下完成拱頂下沉量測(cè)工作。選取隧道拱頂周邊區(qū)域預(yù)埋測(cè)點(diǎn)，各斷面分別布設(shè)一點(diǎn)。以規(guī)格為φ8mm 的鋼筋為原材，經(jīng)特定工藝加工后使其呈三角形，將其作為預(yù)埋測(cè)點(diǎn)使用。

要求測(cè)點(diǎn)埋入圍巖，在此部分的深度至少達(dá)20cm；部分情況下圍巖處于較破碎的狀態(tài)，此時(shí)需在原測(cè)點(diǎn)埋入深度的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大。若存在不良地質(zhì)，為確保測(cè)量結(jié)果的可靠性應(yīng)加大監(jiān)控量測(cè)頻率。

圖1 拱頂下沉量測(cè)示意圖（非接觸測(cè)量）

以位移管理等級(jí)為基本依據(jù)，在此基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的安全性評(píng)價(jià)方式：若級(jí)別達(dá)到Ⅲ級(jí)需將實(shí)際情況上報(bào)監(jiān)理工程師，再會(huì)同技術(shù)主管等相關(guān)負(fù)責(zé)人就實(shí)際結(jié)果作針對(duì)性分析；若為Ⅱ級(jí)需將情況上報(bào)總工程師，再依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步上報(bào)給設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及業(yè)主，就具體問題商討管理措施；若為Ⅰ級(jí)則必須隨即暫停施工作業(yè)，業(yè)主單位全方位分析實(shí)際情況和探尋解決對(duì)策。

圍巖和支護(hù)兩部分的穩(wěn)定性對(duì)于施工作業(yè)具有重要影響，應(yīng)以時(shí)態(tài)曲線形態(tài)為主要依據(jù)作出正確的判斷。二次襯砌施工中隧道的主要質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)有：水平收斂＜0.2mm/d，拱頂下沉＜0.15mm/d；以總相對(duì)位移為基準(zhǔn)，要求現(xiàn)階段已發(fā)生的位移相對(duì)值占其90%或更多。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本項(xiàng)目選擇綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方式，同步采取了TSP、地質(zhì)雷達(dá)行業(yè)內(nèi)較為典型的技術(shù)手段，首先完成探測(cè)作業(yè)，無(wú)誤后再正式開挖。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中選用的是TSP203，對(duì)接專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理與分析。做好數(shù)據(jù)處理前的準(zhǔn)備工作，首先根據(jù)隧道輪廓描述工作的需求設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，導(dǎo)入軟件進(jìn)一步處理，由此生成掌子面前方的地質(zhì)信息，如剖面圖、地震參數(shù)等，在此基礎(chǔ)上通過人工解譯的方式掌握反射界面的綜合情況，如巖性參數(shù)、產(chǎn)狀，從中深挖隱含信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方地質(zhì)情況的綜合預(yù)測(cè)。正常情況下，TSP 系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力可達(dá)120～150m，該區(qū)域內(nèi)的巖層性質(zhì)、斷層等方面的信息都能得到較為全面的呈現(xiàn)；若遇到圍巖完整性欠佳的情況預(yù)測(cè)范圍相對(duì)縮小，普遍為100～120m。

考慮到部分區(qū)域地質(zhì)條件較差的問題，除了TSP 系統(tǒng)外輔以加深炮孔的方式，在開挖工作面上選擇合適的區(qū)域鉆小徑淺孔，以便更加全面地掌握地質(zhì)信息。以隧道斷面情況為準(zhǔn)在每個(gè)循環(huán)上分別設(shè)適量的加深探孔，通常以3～8 個(gè)為宜，所處位置以斷面輪廓線處為宜，各坍孔外插角為1～3°，深度均按6m 控制。

加強(qiáng)對(duì)已揭露巖層的分析，經(jīng)過地質(zhì)素描后再定名，全面掌握其實(shí)際情況，如巖層產(chǎn)狀、厚度。以地層剖面圖和柱狀圖為基本依據(jù)，將實(shí)際巖層情況與之對(duì)比分析，明確巖層所處的具體位置，再綜合考慮TSP 探測(cè)結(jié)果，經(jīng)多次對(duì)比分析后預(yù)判掌子面前方地質(zhì)情況，幫助施工人員較準(zhǔn)確地掌握巖層的規(guī)模以及具體分布位置。

每完成一次爆破作業(yè)后及時(shí)安排地質(zhì)工程師根據(jù)實(shí)際情況完成地質(zhì)素描，含掌子面穩(wěn)定狀況、節(jié)理裂隙、巖層產(chǎn)狀、水質(zhì)情況等方面。此外，定期做好地表水文監(jiān)測(cè)工作，采取科學(xué)防控措施維持各項(xiàng)地質(zhì)要素的穩(wěn)定性，創(chuàng)造安全施工環(huán)境。

4 結(jié)束語(yǔ)

隧道工程施工復(fù)雜度較高，信息化施工是創(chuàng)造安全工程環(huán)境、提高施工品質(zhì)的關(guān)鍵，可幫助工程人員更為全面地掌握前方地質(zhì)情況，以合理的技術(shù)手段完成施工作業(yè)，創(chuàng)造高品質(zhì)工程項(xiàng)目。