论信息化技术在特长隧道施工管理中的应用

中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安 710000

1 工程概况

五指山隧道建设于五指山市冲山镇，左线最大埋深于ZK38+500处，约383m；右线隧道最大埋深于ZK38+520处，约370m。根据现场施工空间情况，行人横洞、变电所横洞统一采取与右线轴线正交的布设方式，行车横洞则需要布设在与隧道右线呈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长公路隧道机械化快速施工与灾害防控技术研究为依托，建立公路隧道机械化施工设备选型和配套方案，采取高水压突涌水和高地应力岩爆预测模型与防控措施，创建并应用安全监测系统，将其作为掌握施工现状的工具，且提出支护结构稳定性预测模型及相配套的预警标准，以便提高隧道施工管控的智能化水平。

除此之外，该项目基于对BIM特长公路隧道智能化建设管理系统的研发，构建五指山特长公路隧道BIM-GIS三维模型，研发与现场建设环境相适应的智能化建设管理系统。该系统覆盖面广，包含施工信息集成管理、安全检测预警及远程监控等具有多种功能特性的子系统，能够为智能化管理工作的开展提供可靠的支持。

2.1 三臂凿岩台车施工

隧道开挖掘进环节所用设备为三臂凿岩台车，辅以光面爆破措施，最大限度地降低周边围岩的受扰程度。其工艺流程具体如图1所示。

图1 工艺流程图

（1）台车就位：每循环开挖前做好准备工作，在掌子面周边放出3个控制点，以便实现台车的精准就位。具体而言，台车以预先设置好的控制点为基准，合理调整所处位置及姿态。

（2）炮眼布置：开挖断面的各项信息需完整录入台车，根据设计要求和现场情况选择合适的炮眼布设方式，生成完整的炮眼布置图，台车以此为依据及时跟踪炮眼位置，司钻人员合理完成炮眼布置工作。

（3）钻眼：确定合适的开眼位置，密切关注各开眼区域的不平整情况，确定合适的钻眼深度；根据凿岩台车的工作特性，开挖掏槽时以楔形水平斜眼掏槽的方式较为合适，正式钻眼前需编制爆破设计方案，由台车根据炮眼布置图跟踪指导司钻人员进行炮眼定位[1]。

（4）装药起爆：钻孔环节的设备选用的是三臂凿岩台车，钻φ45mm的孔，选择φ32mm的乳化炸药；加强对炮孔眼口的密封处理，可使用炮泥（由砂和黏土两类材料经充分混合后制得）有效堵塞。

2.2 湿喷机操作手施工

（1）机械手作业：机械手就位后,按照批准的工艺要求对混凝土受面进行测试，割作取样试件，判断喷射效果，密切关注机械手工作状况及混凝土质量，保证各项施工要素形成相适应的关系。

（2）喷射量和速短剂：初喷的作用在于有效封闭岩面的微小裂隙，以免围岩发生大范围松弛现象，同时与围岩共同承受外力作用；初喷需及时完成，为此在拌制混凝土时需提高速凝剂的掺量，比例约为4%，边墙处喷射量为18m3/h；喷射拱部时需要适时调整喷射量，约15m3/h，以确保喷射效率和一次层厚度的同时，最大限度地节省速凝剂用量。

（3）喷射距离：喷头与受喷面间距过小时，所形成的压缩空气将携带新喷射的混凝土，导致粗骨料回弹量明显增加；由于距离过大会降低射料击打力，最终导致混凝土密实度下降，出现黏结脱落现象，因此喷射距离需控制在1.2～ 1.5m。

2.3 全自动液压栈桥施工

（1）隧道的开挖、出碴、初期支护作业均发生于第一作业区，采取的是与仰拱衬砌、填充作业平行推进的方式；且施工方法以钻爆法为宜，需密切关注现场地质情况，以此为参考合理调整装药量和循环进尺，条件允许时需快速封闭。

（2）全自动液压栈桥跨坑前需准确确定隧道中线、仰拱端头法向线等各类控制线的位置，使用白灰标记，再合理调节跨坑轮组，若无误则提升另外6组主动轮的油缸，确保垫梁能够有效脱离地面，在栈桥维持稳定性后方可行走。

（3）栈桥到位后，可进入钢拱衬砌钢筋的安装环节；做好钢筋绑扎前的准备工作，对于横向有弧度的钢筋，需对其采取预加工措施；钢筋安装期间需及时施作排水盲沟等各类辅助构件；完成仰拱开挖、支护等相关工作，且实测的混凝土强度满足要求后，可移动栈桥，使其进入下一循环。

3 信息化技术在隧道施工管理中的应用

3.1 视频监控子系统

五指山隧道的现场条件错综复杂，为全面掌握各项生产要素的具体情况，根据隧道施工特点适配了视频监控子系统，并借助互联网的载体作用将采集信息传输至电脑终端并呈现出来。各装置的具体配置情况如下。

（1）1M-CV-2060IR型摄像头：各工区均安装了8台摄像头，同时为之配套了云台，管理人员可通过系统软件实现远程调控，在云台的带动作用下使摄像头采集特定区域的影像；摄像头具有模拟信号转化功能，可将其转为数字信号，再借助视频传输线将处理后的信息完整导入工控机。摄像头如图2所示。

图2 摄像头示例图

（2）视频传输线和监控终端工控机：数字信号将进入视频传输线并及时传输至监控终端工控机，通过屏幕显示隧道内的施工情况；在网络线路的载体作用下，可为管理人员提供远程图像信息监控功能，可根据实际需求快速调取特定阶段的录像资料，以提高隧道施工管理的便捷性。

3.2 LED子系统

信息显示模块选择的是10m×2.08m的LED屏，通过该装置完整呈现现场的施工情况，例如作业人数、各岗位员工的姓名及工种等信息。其中，信息的显示可细分为各施工区域，如正洞、平台、掌子面等。

3.3 人员识别和定位子系统

以进出洞、掌子面的人员识别为核心，兼并现场突发情况下的报警和呼叫。同时，系统的信息可通过LED大屏显示，以更好地为管理者提供监控、查询、考核、信息统计功能，使日常管理工作更为便捷[2]。

（1）子系统设备：硬件组成中以数据接收器分站最为关键，将其设置在隧道进口处，数量为5台，其作用在于接收卡载波信号，再对其执行识别和标识操作；此外，隧道进出口段洞内分别布设2台、洞外1台；从正洞现场布置情况来看，其包含了4台模板台车，经分析后将分站布设在第2台台车周边，伴随二衬施工的持续推进，其同步向前移动。

（2）子系统工作机制：分站接收卡载波信号，与此同时以工控机和LED大屏为载体将信息进行完整呈现，如洞内作业人员总量、具体姓名及其工种等；考虑到工控机安装的便捷性要求，选择分离式安装方式，共建设2个房间，将其分别用于工控主机和计算机显示屏的安装。

4 雷达检测在隧道检査中的应用

雷达检测系统的核心组成包含天线和数据采集处理系统。其中，发射天线可以向被测物发射脉冲雷达波，其在传播途中将遇到性质各异的介质，从而发生反射和折射现象，接收天线及时获取此类脉冲雷达波，根据雷达波在各类介质中波速具有差异性的特点，可以分析介质的具体情况。

（1）隧道衬砌检测：应合理调整发射天线和接收天线的位置，其必须紧密贴合于衬砌的表面，雷达波将穿透混凝土、围岩等各类介质；在衬砌背后空洞界面处发生反射，此部分则由接收天线完全接收，相应数据将被及时传输至数据采集分析系统，按特定程序分析后给出相应的结果，例如发射波的行程，并综合分析波速等方面的信息，从而判断介质的具体情况。

（2）初期支护施工质量检测：根据隧道初支钢格栅与喷射混凝土及隧道围岩，空洞通过不同的反射回波，最终形成图像数据，以确定初支施工是否与设计图纸参数相符，从而判断施工质量是否合格。

（3）二期施工质量控制：利用雷达检测隧道二次衬砌并找出存在的问题，及时采取相应的质量控制措施，以免因二衬厚度不合理而出现质量问题或是埋下大量安全隐患。

5 结束语

隧道施工复杂性较高，人员、材料、环境等因素均会对施工效果造成影响。通过应用信息化技术，能够高效采集现场信息，并借助LCD屏等方式完整呈现，给施工现场管理工作提供重要依据，从而达到无死角管理的效果。信息化技术已然是隧道施工管理领域的主要发展方向，施工单位必须准确认识该技术的重要性，以合理的方式应用该项技术，给隧道施工管理工作提供技术支撑，从而推动隧道建设工作的有序开展。