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摘要：為提高隧道工程施工質(zhì)量和施工效率，有必要強(qiáng)化隧道工程動態(tài)設(shè)計和信息化施工。基于此，簡述了動態(tài)設(shè)計和信息化施工的含義，探討了隧道工程動態(tài)設(shè)計中隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、隧道涌水量計算、隧道長度及斷面尺寸的確定等內(nèi)容，并介紹了信息化施工在隧道工程中的應(yīng)用，有效保障了設(shè)計質(zhì)量、施工質(zhì)量和施工效率，提高了隧道工程的投資效益和綜合效益。

關(guān)鍵詞：隧道工程；動態(tài)設(shè)計；信息化施工

1動態(tài)設(shè)計與信息化施工概述

動態(tài)設(shè)計，是指將設(shè)計劃分為兩個階段：預(yù)設(shè)計和修正設(shè)計。其中，預(yù)設(shè)計用于對工程施工進(jìn)行指導(dǎo)，通常參照工程類比套圖，其決策具有較強(qiáng)的模糊性；修正設(shè)計是在具體施工過程中，基于暴露的相關(guān)地質(zhì)狀況和各類實(shí)際情況變化，對預(yù)設(shè)計實(shí)施科學(xué)修正和有效完善。信息化施工，是指施工單位遵循工程設(shè)計各項要求制定工程施工和監(jiān)測的具體方案并予以實(shí)施，以監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，對施工方案和相關(guān)工藝進(jìn)行及時調(diào)整和科學(xué)優(yōu)化，并根據(jù)信息反饋對設(shè)計進(jìn)行科學(xué)修正和合理變更[1]。動態(tài)設(shè)計與信息化施工二者具有相輔相成的緊密關(guān)系，其具體流程如下：對工程進(jìn)行預(yù)設(shè)計→對工程開展施工檢驗→對工程地質(zhì)進(jìn)行判別→獲取工程監(jiān)測信息→實(shí)施修正設(shè)計→開展施工檢驗。

2隧道工程的動態(tài)設(shè)計

2.1隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整是隧道工程動態(tài)設(shè)計的常見內(nèi)容，要遵循經(jīng)濟(jì)性和安全性原則。在施工過程中，要綜合考慮地質(zhì)、圍巖等因素，對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。若地質(zhì)、圍巖出現(xiàn)變化，例如隧道工程勘查設(shè)計相應(yīng)文件描述地質(zhì)圍巖為Ⅳ級，但現(xiàn)場判別地質(zhì)圍巖為Ⅴ級，則需對支護(hù)結(jié)構(gòu)作出調(diào)整。若地質(zhì)圍巖未發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測信息對支護(hù)做適當(dāng)調(diào)整。若支護(hù)出現(xiàn)較大變形，需增強(qiáng)支護(hù)；若支護(hù)未變形或者變形較小，可減少支護(hù)。若因施工原因?qū)е挛茨馨凑請D紙施工，也需對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整[2]。對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，通常需改變支護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度和強(qiáng)度，調(diào)整格柵鋼架的尺寸、間距等，或者調(diào)整錨桿的設(shè)置。此外，還能通過增減鋼筋來調(diào)整支護(hù)的厚度和強(qiáng)度。

2.2隧道涌水量計算

隧道涌水量計算通常采用以下兩種方法。（1）地下水動力法采用非完整井的柯斯嘉科夫公式：式（1）中：Q表示預(yù)測涌水量（m3/d）；a表示入滲系數(shù)；H表示隧道路肩算起的含水層厚度（m）；R表示隧道排水影響寬度（m）；B表示隧道通過含水層的長度（m）；r表示隧道半寬度；k表示圍巖滲透系數(shù)（m/s）。采用佐藤邦明非穩(wěn)定流公式：式（2）~（3）中：q0表示隧道通過含水體地段的單位長度可能最大涌水量（m3•s-1•m-1）；k表示圍巖滲透系數(shù)（m/s）；m為洞身橫斷面換算成等價圓時的換算系數(shù)，一般取0.86；h2表示靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離（m）；r0表示等價圓半徑（m）；hc表示洞頂上部靜止水位至洞底下部隔水層距離，即含水體厚度（m）；B表示隧道通過含水層的長度（m）。（2）降水入滲系數(shù)法降水入滲系數(shù)法計算公式為：式（4）中：Q表示計算涌水量（m3/d）；a表示入滲系數(shù)；ω表示年降水量（mm/a）；A表示隧道集水面積（km2）。

2.3隧道長度及斷面尺寸

預(yù)設(shè)計通常以地形、地質(zhì)為依據(jù)來確定隧道長度，并綜合考慮結(jié)構(gòu)受力等因素來確定隧道斷面尺寸。若地形、地質(zhì)等相關(guān)條件不符合設(shè)計要求，可調(diào)整隧道長度，甚至對洞門型式進(jìn)行調(diào)整。通常無需調(diào)整隧道斷面內(nèi)輪廓尺寸，而主要對開挖以及初期支護(hù)的尺寸進(jìn)行調(diào)整，例如對預(yù)留變形量和施工預(yù)留量進(jìn)行調(diào)整。隧洞中應(yīng)設(shè)置車行橫洞。車行橫洞斷面可設(shè)計為直墻斷面。例如，某隧道工程為方便車輛駛?cè)胲囆袡M洞，將車行橫洞軸線與主洞軸線夾角設(shè)置為60°，建筑限界凈寬為4.50m，凈高為5.0m。

2.4施工方法選擇

隧道施工方法主要有全斷面法、眼鏡法、臺階法、CRD法、中洞法以及CD法等。通常，要綜合考慮地質(zhì)圍巖、隧道斷面等因素來選擇施工方法。選擇施工方法時，首先要注重施工安全，同時考慮施工的便捷性。部分施工單位為降低施工成本或者提高施工便捷性，會改變施工方法。對工法的改變要基于隧道工程的實(shí)際狀況，避免安全隱患，降低施工風(fēng)險。例如，為加快隧道施工速度，采用臺階法開展大跨度隧道施工，并推廣V級圍巖施工法。臺階法便于實(shí)施機(jī)械化施工，大幅度提高施工效率，但在實(shí)際應(yīng)用中還要考慮其適用性。臺階法不適用于淺埋、斷面較大、地質(zhì)狀況相對較差的隧道。若不考慮隧道實(shí)際狀況，盲目采用臺階法，極易導(dǎo)致隧道變形，甚至引發(fā)隧道坍塌。要有序改變施工方法，不能突變。例如，不能直接將眼鏡法改變?yōu)榕_階法，可基于CD法驗證，確保可行時，再逐步過渡為臺階法。若圍巖缺乏穩(wěn)定性且存在較大變形，宜將臺階法變?yōu)镃D法，或?qū)D法變?yōu)檠坨R法等。

2.5輔助工程措施

輔助工程措施主要包括兩類：（1）地層穩(wěn)定措施，包括地表加固以及各類超前支護(hù)，如管棚、錨桿、小導(dǎo)管注漿等；（2）涌水處理措施，包括降水、超前排水以及注漿止水等。在實(shí)際施工中，要根據(jù)隧道工程的地質(zhì)狀況來選擇輔助工程措施，例如：對于破碎圍巖，應(yīng)適當(dāng)增加錨桿支護(hù)；對于破碎巖體或者松散地層，應(yīng)設(shè)置超前小導(dǎo)管支護(hù)。

3隧道工程的信息化施工

3.1地質(zhì)狀況

對隧道工程實(shí)施信息化施工，要加強(qiáng)對地質(zhì)狀況的監(jiān)測，并將地質(zhì)狀況變化作為依據(jù)，采取具有較強(qiáng)針對性的施工措施。例如，隧道工程掌子面在發(fā)生塌方前，會有如下預(yù)兆：超前探孔發(fā)現(xiàn)隧道拱頂以上或者前方圍巖變得軟弱破碎，掌子面大量出水，掌子面出水逐漸渾濁等。地質(zhì)信息對于隧道工程動態(tài)設(shè)計以及信息化施工非常重要，為隧道工程修正設(shè)計提供了必要的參考依據(jù)，有助于保障隧道工程施工安全。地質(zhì)信息主要有兩類：一類是超前預(yù)報信息，一類是實(shí)時記錄信息。前者主要通過地質(zhì)調(diào)查法、超前導(dǎo)坑預(yù)報法、物探法以及超前鉆探法等獲取。后者主要是在隧道開挖過程中，對掌子面地質(zhì)狀況進(jìn)行實(shí)時觀察和詳細(xì)記錄。

3.2變形監(jiān)測

隧道工程信息化施工要強(qiáng)化變形監(jiān)測，以保障施工安全。變形監(jiān)測的常見項目包括地表沉降、支護(hù)沉降、建筑物沉降等。地下工程坍塌一般有如下預(yù)兆：圍巖開裂、圍巖錯動、沉降加劇、收斂變形加劇等。變形監(jiān)測可發(fā)現(xiàn)此類預(yù)兆并及時發(fā)出報警。不能僅靠儀器實(shí)施變形監(jiān)測，還要充分發(fā)揮人員作用，例如對隧道開挖支護(hù)進(jìn)行觀察和記錄。儀器能對微小變化進(jìn)行清晰顯示，而肉眼目測則具有較強(qiáng)的直觀性。一旦發(fā)現(xiàn)異常，要及時采取有針對性的避險措施。另外，施工單位要科學(xué)分析沉降變形以及收斂變形相關(guān)數(shù)據(jù)，把握變形發(fā)展趨勢，及時采取行之有效的應(yīng)對措施。

3.3考慮施工需求

隧道工程設(shè)計方通常會考慮建設(shè)方的各項要求，但在建設(shè)體制以及合同管理等因素影響下，施工需求通常難以納入隧道工程合同中，設(shè)計方通常不予認(rèn)可。這就導(dǎo)致隧道工程的設(shè)計與施工極易發(fā)生脫節(jié)。為此，要深入分析隧道工程的具體特點(diǎn)，采取最優(yōu)的施工技術(shù)。同時，要將信息反饋納入隧道工程設(shè)計中，促進(jìn)隧道設(shè)計、施工的良好融合，有效保障隧道工程施工安全。例如，受前期誤工影響，施工方增設(shè)施工通道、斜井等；基于施工誤差，對預(yù)留量進(jìn)行改變；基于施工組織需要，對施工順序進(jìn)行改變等。要將此類臨時工程納入信息反饋中，為隧道工程設(shè)計方提供完整信息。

4結(jié)語

綜上所述，隧道工程中強(qiáng)化動態(tài)設(shè)計與信息化施工能有效保障施工質(zhì)量和施工效率，避免各類施工事故，提高隧道工程的投資效益和綜合效益。隧道工程動態(tài)設(shè)計，要注重隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、隧道涌水量計算、隧道長度及斷面尺寸的確定、施工方法的選擇、輔助工程措施的選用等內(nèi)容；隧道工程信息化施工要注重地質(zhì)狀況、變形監(jiān)測以及施工要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]方昱.山嶺隧道動態(tài)設(shè)計與施工智能輔助決策系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

[2]傅瓊閣.巖溶隧道側(cè)部溶腔偏壓效應(yīng)及信息化處治研究[J].中外公路，2016（3）：221-224.

作者：張良 單位：中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司