吳 昆

山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261206

1 引言

交通運(yùn)輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，根據(jù)“2018 年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)”數(shù)據(jù)顯示，截至2018年末我國(guó)公路通車總里程已達(dá)484.65 萬(wàn)km，其中公路隧道已有17738 處，共計(jì)1723.61 萬(wàn)m。交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在巨大的市場(chǎng)需求中正在追求更高質(zhì)量的發(fā)展，而隧道施工相關(guān)建設(shè)管理水平、技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高與完善，新興信息技術(shù)手段與傳統(tǒng)施工的有益互補(bǔ)也在日趨凸顯。

2 工程概況

G220 陶莊至平陰東平界段改建工程黑風(fēng)口隧道項(xiàng)目地處濟(jì)南市平陰縣，具體位于平陰縣玫瑰鎮(zhèn)、東阿鎮(zhèn)與刁山坡鎮(zhèn)交界地帶的山坳里，北面是山坡，東、西面是山體，南面是山溝。黑風(fēng)口隧道分左右兩幅，長(zhǎng)度均為440m。兩幅隧道間凈距約13m，為小凈距短隧道，左、右幅均位于直線段上。隧道V 級(jí)圍巖共有116m，Ⅳ級(jí)圍巖共有476m，Ⅲ級(jí)圍巖共有288m。

3 信息技術(shù)手段的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著深度學(xué)習(xí)的興起，信息技術(shù)迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展熱潮，許多新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)并應(yīng)用到了社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。交通土建行業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)的體量巨大的支柱型行業(yè)，也必將在信息技術(shù)的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與升級(jí)。

3.1 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是在隧道施工過(guò)程中，采用專用儀器和工具對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、受力以及相互關(guān)系進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)其穩(wěn)定性、安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。監(jiān)控量測(cè)是確保隧道施工安全、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定的重要預(yù)警手段，可及時(shí)收集圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為優(yōu)化施工方法、調(diào)整支護(hù)參數(shù)，研判關(guān)鍵工序開(kāi)展時(shí)間提供了有力依據(jù)。通過(guò)開(kāi)展有效的隧道監(jiān)控量測(cè)，建立并完善相應(yīng)預(yù)警機(jī)制能夠最大程度地降低隧道開(kāi)挖的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少坍塌、冒頂?shù)葞?lái)的施工損失。在監(jiān)控量測(cè)過(guò)程中，如何對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確地變形識(shí)別、變形定位及變形量化是施工的難點(diǎn)之一，監(jiān)控量測(cè)的目的就是要提出準(zhǔn)確可靠的監(jiān)控量測(cè)方法，從而及時(shí)地掌握隧道變形狀態(tài)，為采取合理有效的防護(hù)加固措施提供科學(xué)依據(jù)。信息技術(shù)的深化應(yīng)用，為隧道施工監(jiān)控量測(cè)提供了物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)手段。在黑風(fēng)口隧道監(jiān)控量測(cè)中基于BIM 和GIS 平臺(tái)開(kāi)展了隧道信息化施工技術(shù)研究，技術(shù)方法是在監(jiān)控量測(cè)環(huán)節(jié)充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)全方位采集信息的能力，將所采信息導(dǎo)入BIM 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)警與協(xié)同管理，依靠GIS 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備的定位追蹤，提高工程管理水平。相比于人工采集數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的連續(xù)性與可靠性，降低了施工成本與風(fēng)險(xiǎn)。隨著科技發(fā)展和信息化時(shí)代的來(lái)臨，使用智慧平臺(tái)進(jìn)行工程管理也是大勢(shì)所趨，蘇州科技大學(xué)的錢(qián)程利用機(jī)器視覺(jué)與無(wú)線通訊技術(shù)設(shè)計(jì)了一套基于機(jī)器視覺(jué)的無(wú)線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁應(yīng)變、裂縫、位移、索力的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有助于建立全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理體系［1］。

3.2 全過(guò)程管理

BIM 技術(shù)可以構(gòu)建一個(gè)虛擬建造環(huán)境，搭建了實(shí)時(shí)溝通的便利平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)信息共享，優(yōu)化施工過(guò)程控制與管理，提高利潤(rùn)［2］。在G220 黑風(fēng)口隧道的施工過(guò)程中，依托合肥工業(yè)大學(xué)BIM 技術(shù)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)課題組的團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，采用BIM 技術(shù)開(kāi)展了施工全過(guò)程管理，主要完成了以下九項(xiàng)工作：隧道主體結(jié)構(gòu)三維可視化查看與技術(shù)交底（不同圍巖等級(jí)主體結(jié)構(gòu)等）、施工工藝模擬（CRD 法、CD 法及臺(tái)階法等）、施工進(jìn)度模擬及控制、基于模型的施工資料與信息集成平臺(tái)（質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、主體結(jié)構(gòu)信息、二維圖紙等）、隧道主體質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)樣板（大管棚、各圍巖等級(jí)主體結(jié)構(gòu)、配筋構(gòu)造等）、工程量統(tǒng)計(jì)（開(kāi)挖工程量、工程量自動(dòng)計(jì)算等）、移動(dòng)端模型信息查看與注釋（隧道主體結(jié)構(gòu)、質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)樣板等）、施工協(xié)同平臺(tái)（基于云平臺(tái)的PC 端、網(wǎng)頁(yè)端、移動(dòng)端模型）、VR 審閱與查看（隧道主體區(qū)、虛擬樣板區(qū)、進(jìn)度和工藝模擬區(qū)）。黑風(fēng)口隧道施工協(xié)同平臺(tái)的搭建集成了隧道施工全部工程信息（如設(shè)計(jì)參數(shù)、生產(chǎn)安裝、養(yǎng)護(hù)管理、工序驗(yàn)收等），協(xié)同平臺(tái)歸納研判，移動(dòng)終端一線貫穿，共同實(shí)現(xiàn)黑風(fēng)口隧道施工全過(guò)程的智慧管控和質(zhì)量追溯，有效解決現(xiàn)有施工過(guò)程調(diào)度管控不力、信息溝通不暢、責(zé)任界定不明、補(bǔ)救措施不當(dāng)?shù)默F(xiàn)狀。

3.3 通風(fēng)分析

無(wú)論是隧道施工過(guò)程還是運(yùn)營(yíng)階段，均對(duì)其通風(fēng)性能提出了較高的要求。近日來(lái)交通運(yùn)輸部先后頒布了兩項(xiàng)重要規(guī)范，《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3374-2020）與《公路工程節(jié)能規(guī)范》（JTG/T 2340-2020），兩項(xiàng)規(guī)范均對(duì)通風(fēng)指標(biāo)作出了相關(guān)要求。由于隧道施工中瓦斯涌出的不可預(yù)見(jiàn)性和突發(fā)性，導(dǎo)致公路瓦斯隧道勘察難度較大、施工風(fēng)險(xiǎn)較高，因此其施工過(guò)程及正常運(yùn)營(yíng)均需考慮瓦斯?jié)舛鹊挠绊?，這決定了公路瓦斯隧道的防控與檢測(cè)不可能一勞永逸。公路瓦斯隧道施工運(yùn)營(yíng)期間通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)算具有特殊性，一方面要滿足普通隧道正常通風(fēng)的要求，另外尚應(yīng)考慮瓦斯積聚的特殊工況，因此規(guī)范要求風(fēng)速不應(yīng)小于1.0m/s。施工通風(fēng)是合理控制洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?，確保施工安全及工人新鮮空氣供應(yīng)的根本手段，因此需要對(duì)有害氣體濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，避免出現(xiàn)通風(fēng)盲區(qū)，確保通風(fēng)能力滿足各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量要求，即瓦斯?jié)舛仍礁叩乃淼缹?duì)風(fēng)速的要求就越高［3］。在隧道運(yùn)營(yíng)階段，通風(fēng)與照明是運(yùn)營(yíng)能耗的主要構(gòu)成部分，通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)模并不是隧道通車才最后決定的，而是與隧道場(chǎng)址和結(jié)構(gòu)方案的選擇等環(huán)節(jié)均息息相關(guān)。《公路工程節(jié)能規(guī)范》指出，隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)要選擇經(jīng)濟(jì)節(jié)能的通風(fēng)方案和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)控制策略，應(yīng)綜合考慮公路技術(shù)等級(jí)、工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)交通量、自然條件等因素，同時(shí)要充分利用自然通風(fēng)［4］。因此要采用相應(yīng)的信息技術(shù)手段，模擬預(yù)測(cè)隧道通風(fēng)需求，為工程設(shè)計(jì)及通風(fēng)方案的優(yōu)化調(diào)整提供建議。黑風(fēng)口隧道工程施工不存在瓦斯這一危險(xiǎn)氣體，技術(shù)人員研究的重點(diǎn)集中在爆破粉塵等有害氣體的擴(kuò)散及通風(fēng)方案的節(jié)能優(yōu)化上。技術(shù)人員以ICEM 軟件建立了隧道洞身模型，并進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）專業(yè)軟件FLUENT，發(fā)揮多種湍流模型的優(yōu)勢(shì)，對(duì)隧道通風(fēng)狀況進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)爆破粉塵、汽車尾氣等污染物擴(kuò)散的精準(zhǔn)模擬，并對(duì)二次襯砌澆筑面、掌子面等廢氣易積聚的局部區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)分析，同時(shí)模擬了隧道通車后的洞內(nèi)流場(chǎng)分布，為通風(fēng)機(jī)、空氣引射器等設(shè)備的布置提供了依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展策略，傳統(tǒng)隧道施工產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以建立掌控整體、兼顧局部的綜合評(píng)定方法。以現(xiàn)代信息技術(shù)助力智慧交通建設(shè)，產(chǎn)、學(xué)、研、用共同發(fā)力，可顯著提高交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理水平，進(jìn)一步引領(lǐng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程的信息化、智能化，具有良好的工程應(yīng)用前景。