隧道施工要点(10)

隧道动态施工是一个老生常谈的问题

施工要点1·降低工程造价

    地下结构，如果仅仅从初期投资的土木工程的造价上看，是比较昂贵的。但如综合考虑其投资效果（初期投资、工程的社会效益等）或从可持续发展的观点出发，是比较有发展前景的。

     但不管怎么说，土木工程的造价是很可观的。因此，目前许多国家都非常注意如何降低土木工程，当然也包括地下工程的造价问题。例如日本在比较了与美国在一些工程领域中的工程费后，明确指出：平均来说，日本的工程费约比美国高出28％－45％。因此，日本建设省，提出削减工程费的提示。提出：从设计阶段开始就采取缩小结构物断面、结构物形状单纯化、构件预制化、材料规格化和标准化及施工技术标准化等5大基本措施。以地下工程为例，在盾构隧道中，减薄衬砌，缩小断面可降低工程费约30％，在山岭隧道中，缩小断面也取得较好的效果，例如新干线隧道，净空内半径，从4.80m减小到4.75m ，东名高速公路隧道将建筑限界的宽度缩小1.5m，使开挖断面积从230m2减小到195m2 使工程费减小15％－16％。而降低工程费最显著的是东京都的12号线的小断面地铁，降低工程费达30％以上。又如在山岭隧道中，如能控制好隧道断面的超欠挖，就可把隧道工程费降低3～5％等等。

     因此，要从根本上去关注降低土木工程的工程费问题，要有经济观念。特别是地下工程，这一问题尤为突出。降低造价必需有可靠的技术保证，否则就是一句空话。

     因此，从施工一开始，就关注这个问题，会得到事半功倍的效果。

解决措施和途径

     从目前技术发展的趋势看，降低隧道工程造价的途径，可从以下几方面进行：

1·减少和控制超欠挖技术；

      2·采用高强喷混凝土、或纤维混凝土技术、减少永久衬砌厚度 或取消二次衬砌的技术；

      3·施工方法模式化，辅助施工措施标准化技术；

      4·减少施工中的灾害事故的发生和发展，加强施工地质的预测技术；

      5·施工中控制施工质量的技术等。

  良好的施工管理是保证工程质量、降低过程造价水平

施工要点2·文明施工的标志

     我们考察一支施工队伍的技术管理水平的标志是什么？大家应该有一个明确而一致的认识。

      其标志是：

       施工现场整洁、有序；

       工程质量上乘；

       施工速度均衡、高速；

       施工成本不断降低；

       施工中无灾害性事故发生等。

要满足这些要求，是一个艰巨而困难的任务。而最主要的是：要不断地提高我们的施工管理水平。

解决措施和途径

提高施工管理水平应从以下几方面做起：  

      (1) 人才发现与培养;

      隧道施工技术人员必需是“机械、地质、隧道工程、管理”四者具备的人才，要改变”懂地质、不懂隧道“或”懂隧道、不懂机械“或”懂隧道、不懂地质“或”懂工程、不懂管理“等片面发展的人才。这既是学校的任务，也是现场的任务。

      (2) 从劳务型向技术密集型的转化，提高工厂化施工水平;

       大量的民工，已成为施工的主力，在这种情况下，管理好、使用好、培养好这支队伍，就是技术主管部门的重要任务。否则，提高施工技术水平就是一句空话。

      (3) 把计算机管理引入现场施工管理;

      (4) 均衡施工,各作业环节的协调;

      (5) 避免灾害的发生和预防；

(6) 尽量使工地成为文明施工的场所。

施工要点3·加强隧道施工的动态管理

“动态设计施工”的概念，很早就已经出现了，过去我们在隧道施工中，基本上，也是按照“动态设计”的思想，进行设计和施工的。但因获取信息手段发展的迟缓、信息传输系统的不完善以及隧道施工环境和管理的等等原因，并没有实现，也不可能实现真正意义上的“动态设计”。但最近一段时期，由于信息技术、通信技术以及各种获取信息手段和方法的迅速发展，特别是设计施工的改革，给真正实现隧道的“动态设计”创造了良好的条件和基础。

例如，在新建的渝怀铁路的一些隧道中，就强调了实现真正的“动态设计”的管理，并建立了相应的“动态设计组”。意大利在修建长Vaglia 隧道中，采用了ADECO-RS（Analysis  of Controlled Deformation  in Rocks and Soils）系统进行隧道的设计和施工。该系统是一个控制岩土变形的系统，对该隧道的围岩从调查阶段的地质调查信息，来正确地掌握地质条件的变化，在设计阶段则根据地质条件的工程划分级别，给出基准。最后根据开挖时发生的应力、应变的特性给出适合地质条件的施工方法和支护结构。

最近日本建设省对动态设计系统，给出的定义是：在工程建设的调查、设计、施工、维修管理的实施过程中，以施工为重点，利用在各过程中获得的与施工有关的电子情报和从各种作业中获得的电子情报，根据使用机械和电子仪器、量测仪器的组合加以连动控制或实现电子网络的一元化施工管理，以提高整个施工的生产性。这是一个立足于电子技术和信息技术的建设工程生产管理系统。它监控了设计、施工及运营管理全过程。

在这个思想的指导下，日本的一些会社，都在开发“动态设计”的应用系统。例如佐藤工业（株）开发的“SIT系统”，是一个 把洞内的量测数据、测量数据、机械和运输车辆的运行数据、通信数据等情报信号，用单一的通信线路进行传输，实现洞内施工的一元化管理。而西松建设（株）也开发了“隧道综合管理系统”。该系统是由情报化施工、设计支援和质量管理、隧道形状管理四个子系统构成的。其中情报化系统是由TSP（弹性波探查）、DRISS（钻孔探查）、TDEM（电磁探查）三个掌子面地质超前预报技术组合而成。设计支援系统则由过去的施工实绩和支护模式、辅助工法等构成。同样地，在TBM 的掘进管理中也开发了类似的系统。总之，欧洲、日本等国已纷纷开始隧道工程动态设计系统的开发和研制，有的已开始产业化应用。对促进产业现代化，提高生产效率、降低成本、减少风险都起着十分重要的作用。

由此可见，“动态设计方法”的研究是迫切而必要的。

解决措施和途径

1·系统的构成

从目前已经开发的系统看，一个完整的信息化设计、施工、管理系统应该是一个能够收集传输信息、分析·评价、决策以及实施作业的系统。即由以下子系统构成。

1）信息收集和通信子系统；

2）信息整理、分析和评价子系统；

3）决策及实施子系统；

这几个子系统，有机地构成了一个用电子网络联系在一起的大系统。

该系统的概念图示于图1。

            图 1  信息化管理系统的功能

2·分别建立各子系统

如前所述，大系统是由3个子系统构成的，因此，要地建立各个子系统。各子系统的概况如下。

·信息收集、通信子系统

信息形式及内容：应包括隧道设计、施工文件、竣工文件及各种图表、超前地质预报、施工监控量测、掌子面地质素描、地下水及掌子面涌水量、施工管理（质量、进度、材料消耗、成本核算等）、工程实验及试验、运营过程的病害监控及整治等信息。信息采集尽可能采用信息技术，如数码相机、自动采集等，以便能够及时可靠地、原样地传递到计算机中。

信息的形式是多种多样的，它包括：声音、画像、数据、文字、图表等。应以最简洁、方便计算机处理的形式表示。

信息通信：将各种信息传送到计算机程序系统的通信系统是本系统的关键技术之一。信息通信系统的功能示于图2。

图 2   情报化通信系统的功能

·分析、评价子系统

对各种信息进行分析，根据分析结果做出评价的系统。重点在：

超前地质预报信息的分析和评价；

·量测数据的分析和评价；

·设计变更的分析和评价；

·施工管理数据的分析和评价；

·隧道病害监控数据的分析和评价等。

    分析、评价子系统的概貌示于图3。

图3  分析、评价子系统功能

·决策、实施子系统

在分析、评价的基础上，作出决策并予以实施的系统。此系统在某些情况下，可能要采用专家系统的方法编制。

系统的实施部分应包括：

设计反馈系统和施工反馈系统2部分。前者是把决策建议，反馈到设计中的系统。而后者则是根据决策建议，反馈到施工中实施的系统。因为有的需要设计后，才能实施的，有的可以直接反馈到施工中实施的。这2种情况应分别予以考虑。

决策、实施系统的功能示于图4。

图4  决策、实施系统的功能

3·信息获取方法

为了能够实现信息的公共性，应该对获取信息的方法做出规定，例如：

超前地质预报信息由以下方法获取。

·TSP方法；

·超前钻孔方法

·掌子面地质雷达方法

·数值相机超前地质预测、掌子面围岩级别判定等。

监控量测信息由以下方法获取。

·隧道断面激光测试仪；

·数值相机断面位移测试方法；

·空隙水压计；

·一般测试方法，如数值收敛计；

·有可能的话，建议对光纤维量测衬砌应力、应变的技术进行研究。

实验或试验数据

·掌子面取样进行室内试验；

·掌子面直接进行试验的方法，如回弹仪、射钉等方法；

·空隙水压计、涌水量测试等；

质量控制数据

·衬砌厚度检测、喷混凝土厚度检测；

·混凝土、喷混凝土的强度试验；

·锚杆密实度测试仪；

·背后空洞检测方法，如锤击法等。

隧道施工中的病害数据；

·隧道开裂的测绘；

·开裂数据的采集；

·背后空洞的测试；

·衬砌厚度的测试等。

但不管采用何种方法，最好首选电子仪器测试方法，以便能够在计算机上进行信息的通信、传输、处理等作业。

4·分析、评价及决策方法

同样地，在本子系统中，应该对采用的解析方法、评价方法及基准以及决策方法做出统一规定。以便能够进行比较和分析。

解析方法

·位移、应力的反分析方法

·荷载—结构模式解析方法

·2维、3维FEM分析方法

决策方法

·专家系统方法

·病害、施工事故诊断方法

·类比方法

评价方法

·模式化方法

·基准对应方法

·标准模式方法等。

应该说，要统一上述方法是有一定困难的。