基于信息化系统的数字隧道施工智能化管理

黄丽

（四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司，四川 成都 610200）

0 引言

随着国内外公路、铁路隧道建设脚步的加快及互联网技术的迅猛发展，信息化施工已经成为高风险、多事故隧道建设中不可缺少的一部分。当前，我国公路、铁路隧道建设里程多年稳居世界第一，隧道建设也正向特长大深隧道方向发展，隧道建设比以往任何时刻更需要实现信息化施工；此外，国家大力提倡各行业进行数字化转型，培育相应的数字产业，隧道施工信息化、数字化建设比以往任何时刻更加迫切。因此，在互联网信息技术已融入各行各业发展的大背景下，逐步提高隧道施工信息化水平，建设数字隧道与智慧隧道，以实现隧道施工建设各环节信息化全覆盖将是隧道建设的必然发展趋势[1]。

然而，就目前隧道建设而言，隧道整个过程管控全靠有经验的项目经理和项目总工，很多宝贵经验没有得到保留，更不用说智能化集中建造。为此，公司适当超前，基于公司20 年隧道施工数据的收集与经验的积累，提出发展理念与实施方案。

1 系统介绍

基于公司丰富的隧道施工经验，以数字隧道智能建造示范基地建设为工程依托，研发智慧隧道AI 建造系统，该系统将接入多个已有和正在研发的系统，包括物资设备、技术质量、安全、绿创等多个与隧道生产管控相关的子系统，实现隧道施工、管理、质量数据的整合、分析与应用，并最终形成一套科学合理可推广的数字隧道智能建造管理系统。本文主要围绕超前地质预报管理、监控量测管理、地质管理、隐蔽工程管理进行介绍[2]。

2 超前地质预报管理

各项目部针对地勘资料显示存在不良地质的隧道，应对不良地质和特殊性岩土地段编制专项施工方案，当遇到不良地质时，应加强监控量测，及时反馈量测结果，并结合应急预案，提前做好技术、物资、机械的储备和应急演练[3]。

为保证超前地质预报数据的及时与准确性，由第三方检测单位进行数据录入地质超前预报内容（地震法、地质雷达法、钻孔法等数据），在隧道施工中，超前地质预报结果显示掌子面前方存在不良地质时，第三方检测单位人员输入预报内容，智慧隧道AI 建造系统识别不良地质桩号，同时公司不定期在系统抽查各项目录入系统的内容进行监督检查，当系统发现有预警时，及时将该信息推送至公司管理层，使得项目及公司层级均提前掌握即将面临的不良地质施工风险，从而采取措施，降低施工风险，确保安全施工。超前地质预报查看界面如表1 所示。

表1 超前地质预报

3 监控量测管理

在隧道道施工中，为掌握围岩和支护的工作状态，判断围岩稳定性、支护结构的合理性和隧道整体安全性，确定二衬的合理施作时间，需进行监控量测。隧道现场监控量测的必测项目有：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉、拱脚下沉[4]。

监控量测由第三方检测单位进行数据录入，根据每日输入的监控量测数据，系统自动生成位移时间曲线，自动计算变形速率并与0 进行比较，当测量数据显示围岩变形快、结构变形快，或者累计变形量达到一定值时，智慧隧道AI 建造系统将实测值与设定值进行比较，若实测值超过设定值，则自动将预警信息以短信的方式发送至项目及公司相关人员手机上。实现公司层级实时掌握各项目隧道施工监控量测异常信息，便于公司与项目共同按照位移管理等级进行隧道施工管理。

实测位移值不应大于隧道的极限位移、并按表2位移管理等级管理。一般情况下，将隧道设计的预留变形量作为极限位移，设计变形量应根据检测结果不断修正。管理位移在Ⅲ、Ⅱ级时，通知到项目相关管理人员，当位移管理在Ⅰ级或位移速率逐渐增大时，系统将相关信息以短信的方式发送至项目及公司相关人员手机上。（预警值U＞（2U0/3））

表2 位移管理等级

监控量测位移正常曲线和异常曲线如图1、图2所示。

图1 监控量测位移正常曲线

图2 监控量测位移异常曲线

根据位移速率变化趋势判断：当围岩位移速率不断下降时，围岩处于稳定状态；当围岩位移速率保持不变时，围岩尚不稳定，应加强支护；当围岩位移速率上升时，围岩处于危险状态，必须立即停止掘进，采取应急措施。

根据位移速率变化趋势来判断：由于岩体的流变特性，岩体破坏前变形时程曲线可分为3 个阶段：①基本稳定区：主要标志为位移速率逐渐下降，表明围岩处于稳定状态；②过渡区：位移速率保持不变，表明围岩向不稳定状态发展，需发出警告，加强支护系统（以等于0 的参数为预警值）；③破坏区：位移速率逐渐增大，表明围岩进入危险状态，要立即停止施工，采取有效手段，控制其变形。监控量测位移实际填报曲线如图3所示。

图3 监控量测位移曲线

4 地质管理

项目部由技术员负责上报地质照片，项目总工对照片进行审核。在每一循环施工结束后，技术员登录账号进入所属项目地质工程版块，上传地质工程照片，包括拱顶照片、左边墙照片、右边墙照片、掌子面照片，且要求照片清晰可判识。项目总工对照片上传的质量、及时性、准确性进行把关，实施监督，项目领导根据掌子面地质图及AI 系统自动判识结果判别施工风险，保证现场施工安全。地质工程情况填报如图4所示。

图4 地质情况

公司分管责任人以管理员身份登录系统地质工程管理模块，查看各项目不同工作部位不同循环所上报的地质情况照片，通过查看掌子面地质图及AI 系统自动判识结果，实现远程管控；对于复杂/不良地质情况，邀请地质专家进行现场指导。

通过AI 建造系统，形成整个掌子面地质图，自动判识当前掌子面围岩岩性、发育程度、裂隙等。

5 隐蔽工程管理

为牢固树立公司“百年大计、质量第一”的思想，全面贯彻落实“以人为本、健康安全、保护环境、持续发展、诚信守法、质量至上”的管理方针，进一步加强公司对工程项目重点工序隐蔽工程管理，避免重点工序隐蔽工程可能造成的质量隐患，确保各项目各分项工程中重点工序隐蔽工程严格按照设计图纸、施工技术规范和检评标准进行施工，检验和中间交工验收，实现工程项目交工验收质量合格、竣工验收质量优良的目标，公司开发了隐蔽工程管理模块，不定期对各项目重点工序隐蔽工程管理情况进行检查[5]。

项目部由技术员负责上报隐蔽工程照片，项目总工对照片进行审核。在每一循环施工结束后，技术员登录账号进入所属项目隐蔽工程版块，上传隐蔽工程照片，包括拱顶（120°范围）照片、左侧拱脚照片、右侧拱脚照片、光面爆破效果图，且要求照片清晰可判识。项目部总工对照片上传的质量、及时性、准确性进行把关，实施监督。隐蔽工程情况填报如图5 所示。

图5 隐蔽工程情况

公司分管责任人以管理员身份登录系统隐蔽工程模块，查看各项目不同工作部位不同循环所上报的照片，通过照片识别钢拱架数量、间距是否满足设计要求；超前小导管/超前锚杆数量是否满足，是否存在偷工减料行为；锁脚锚杆安装是否规范，拱脚是否脱空；是否采用光面爆破开挖，残孔率是否满足要求，是否存在严重的超欠挖。

通过AI 建造系统，形成整个支护全景图，可反映整个循环支护情况，对于发现的现场施工问题，管理员及时对接施工现场，实施监督并纠偏，保证现场施工安全。

6 结语

通过“智慧隧道AI 建造”的实施，利用物联网、大数据分析、AI 算法等信息技术，固化隧道建造工序库和定额库，形成标准化、流程化、数字化的隧道建造方案，从而实现隧道智能化集中建造，为隧道施工的信息化、智慧化转型赋能。通过实践应用，数字隧道智能建造管理系统的应用可形成庞大数据库，进行数据存储和整合应用，进行施工指导，让使用者全面掌握施工动态，实时监控现场施工，大大提高施工安全与质量。