浅谈隧道工程动态设计与信息化施工范文

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摘要：为提高隧道工程施工质量和施工效率，有必要强化隧道工程动态设计和信息化施工。基于此，简述了动态设计和信息化施工的含义，探讨了隧道工程动态设计中隧道支护结构调整、隧道涌水量计算、隧道长度及断面尺寸的确定等内容，并介绍了信息化施工在隧道工程中的应用，有效保障了设计质量、施工质量和施工效率，提高了隧道工程的投资效益和综合效益。

关键词：隧道工程；动态设计；信息化施工

1动态设计与信息化施工概述

动态设计，是指将设计划分为两个阶段：预设计和修正设计。其中，预设计用于对工程施工进行指导，通常参照工程类比套图，其决策具有较强的模糊性；修正设计是在具体施工过程中，基于暴露的相关地质状况和各类实际情况变化，对预设计实施科学修正和有效完善。信息化施工，是指施工单位遵循工程设计各项要求制定工程施工和监测的具体方案并予以实施，以监测结果为依据，对施工方案和相关工艺进行及时调整和科学优化，并根据信息反馈对设计进行科学修正和合理变更[1]。动态设计与信息化施工二者具有相辅相成的紧密关系，其具体流程如下：对工程进行预设计→对工程开展施工检验→对工程地质进行判别→获取工程监测信息→实施修正设计→开展施工检验。

2隧道工程的动态设计

2.1隧道支护结构调整

隧道支护结构调整是隧道工程动态设计的常见内容，要遵循经济性和安全性原则。在施工过程中，要综合考虑地质、围岩等因素，对隧道支护结构进行调整。若地质、围岩出现变化，例如隧道工程勘查设计相应文件描述地质围岩为Ⅳ级，但现场判别地质围岩为Ⅴ级，则需对支护结构作出调整。若地质围岩未发生变化，应根据监测信息对支护做适当调整。若支护出现较大变形，需增强支护；若支护未变形或者变形较小，可减少支护。若因施工原因导致未能按照图纸施工，也需对支护结构进行调整[2]。对隧道支护结构进行调整，通常需改变支护结构的厚度和强度，调整格栅钢架的尺寸、间距等，或者调整锚杆的设置。此外，还能通过增减钢筋来调整支护的厚度和强度。

2.2隧道涌水量计算

隧道涌水量计算通常采用以下两种方法。（1）地下水动力法采用非完整井的柯斯嘉科夫公式：式（1）中：Q表示预测涌水量（m3/d）；a表示入渗系数；H表示隧道路肩算起的含水层厚度（m）；R表示隧道排水影响宽度（m）；B表示隧道通过含水层的长度（m）；r表示隧道半宽度；k表示围岩渗透系数（m/s）。采用佐藤邦明非稳定流公式：式（2）~（3）中：q0表示隧道通过含水体地段的单位长度可能最大涌水量（m3•s-1•m-1）；k表示围岩渗透系数（m/s）；m为洞身横断面换算成等价圆时的换算系数，一般取0.86；h2表示静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离（m）；r0表示等价圆半径（m）；hc表示洞顶上部静止水位至洞底下部隔水层距离，即含水体厚度（m）；B表示隧道通过含水层的长度（m）。（2）降水入渗系数法降水入渗系数法计算公式为：式（4）中：Q表示计算涌水量（m3/d）；a表示入渗系数；ω表示年降水量（mm/a）；A表示隧道集水面积（km2）。

2.3隧道长度及断面尺寸

预设计通常以地形、地质为依据来确定隧道长度，并综合考虑结构受力等因素来确定隧道断面尺寸。若地形、地质等相关条件不符合设计要求，可调整隧道长度，甚至对洞门型式进行调整。通常无需调整隧道断面内轮廓尺寸，而主要对开挖以及初期支护的尺寸进行调整，例如对预留变形量和施工预留量进行调整。隧洞中应设置车行横洞。车行横洞断面可设计为直墙断面。例如，某隧道工程为方便车辆驶入车行横洞，将车行横洞轴线与主洞轴线夹角设置为60°，建筑限界净宽为4.50m，净高为5.0m。

2.4施工方法选择

隧道施工方法主要有全断面法、眼镜法、台阶法、CRD法、中洞法以及CD法等。通常，要综合考虑地质围岩、隧道断面等因素来选择施工方法。选择施工方法时，首先要注重施工安全，同时考虑施工的便捷性。部分施工单位为降低施工成本或者提高施工便捷性，会改变施工方法。对工法的改变要基于隧道工程的实际状况，避免安全隐患，降低施工风险。例如，为加快隧道施工速度，采用台阶法开展大跨度隧道施工，并推广V级围岩施工法。台阶法便于实施机械化施工，大幅度提高施工效率，但在实际应用中还要考虑其适用性。台阶法不适用于浅埋、断面较大、地质状况相对较差的隧道。若不考虑隧道实际状况，盲目采用台阶法，极易导致隧道变形，甚至引发隧道坍塌。要有序改变施工方法，不能突变。例如，不能直接将眼镜法改变为台阶法，可基于CD法验证，确保可行时，再逐步过渡为台阶法。若围岩缺乏稳定性且存在较大变形，宜将台阶法变为CD法，或将CD法变为眼镜法等。

2.5辅助工程措施

辅助工程措施主要包括两类：（1）地层稳定措施，包括地表加固以及各类超前支护，如管棚、锚杆、小导管注浆等；（2）涌水处理措施，包括降水、超前排水以及注浆止水等。在实际施工中，要根据隧道工程的地质状况来选择辅助工程措施，例如：对于破碎围岩，应适当增加锚杆支护；对于破碎岩体或者松散地层，应设置超前小导管支护。

3隧道工程的信息化施工

3.1地质状况

对隧道工程实施信息化施工，要加强对地质状况的监测，并将地质状况变化作为依据，采取具有较强针对性的施工措施。例如，隧道工程掌子面在发生塌方前，会有如下预兆：超前探孔发现隧道拱顶以上或者前方围岩变得软弱破碎，掌子面大量出水，掌子面出水逐渐浑浊等。地质信息对于隧道工程动态设计以及信息化施工非常重要，为隧道工程修正设计提供了必要的参考依据，有助于保障隧道工程施工安全。地质信息主要有两类：一类是超前预报信息，一类是实时记录信息。前者主要通过地质调查法、超前导坑预报法、物探法以及超前钻探法等获取。后者主要是在隧道开挖过程中，对掌子面地质状况进行实时观察和详细记录。

3.2变形监测

隧道工程信息化施工要强化变形监测，以保障施工安全。变形监测的常见项目包括地表沉降、支护沉降、建筑物沉降等。地下工程坍塌一般有如下预兆：围岩开裂、围岩错动、沉降加剧、收敛变形加剧等。变形监测可发现此类预兆并及时发出报警。不能仅靠仪器实施变形监测，还要充分发挥人员作用，例如对隧道开挖支护进行观察和记录。仪器能对微小变化进行清晰显示，而肉眼目测则具有较强的直观性。一旦发现异常，要及时采取有针对性的避险措施。另外，施工单位要科学分析沉降变形以及收敛变形相关数据，把握变形发展趋势，及时采取行之有效的应对措施。

3.3考虑施工需求

隧道工程设计方通常会考虑建设方的各项要求，但在建设体制以及合同管理等因素影响下，施工需求通常难以纳入隧道工程合同中，设计方通常不予认可。这就导致隧道工程的设计与施工极易发生脱节。为此，要深入分析隧道工程的具体特点，采取最优的施工技术。同时，要将信息反馈纳入隧道工程设计中，促进隧道设计、施工的良好融合，有效保障隧道工程施工安全。例如，受前期误工影响，施工方增设施工通道、斜井等；基于施工误差，对预留量进行改变；基于施工组织需要，对施工顺序进行改变等。要将此类临时工程纳入信息反馈中，为隧道工程设计方提供完整信息。

4结语

综上所述，隧道工程中强化动态设计与信息化施工能有效保障施工质量和施工效率，避免各类施工事故，提高隧道工程的投资效益和综合效益。隧道工程动态设计，要注重隧道支护结构调整、隧道涌水量计算、隧道长度及断面尺寸的确定、施工方法的选择、辅助工程措施的选用等内容；隧道工程信息化施工要注重地质状况、变形监测以及施工要求。

参考文献：

[1]方昱.山岭隧道动态设计与施工智能辅助决策系统研究[D].北京：北京交通大学，2016.

[2]傅琼阁.岩溶隧道侧部溶腔偏压效应及信息化处治研究[J].中外公路，2016（3）：221-224.

作者：张良 单位：中交第一公路勘察设计研究院有限公司