隧道动态化施工
隧道施工中存在的技术问题及处理措施分析
隧道施工中存在的技术问题及处理措施分析摘要：隧道工程建设对施工技术要求较高，由于现场环境复杂，隧道施工面临多方面的挑战。
文章通过对隧道工程建设中施工技术问题进行分析，探讨提高隧道施工技术的方法措施。
关键词：隧道施工；施工技术；技术问题；隧道工程引言众所周知,隧道施工工艺流程复杂、施工环境独特,在施工过程中经常会出现诸多困难与问题,不利于工程项目质量的提升,会留下许多潜在的隐患与风险。
为了有效解决这些遗留的问题,须从隧道施工的特点出发,全面了解其中存在的质量漏洞和技术难题,采取相应的措施，保证施工安全。
1隧道施工概述随着人们生活质量的提升，交通运行压力逐步增加，为了能够有效避免当前的交通压力上升严重阻碍社会的发展，我国桥梁工程建设项目越来越多。
与其他基础设施项目相比，桥梁隧道工程具备施工难度高、危险系数大的特征，属于隐蔽型工程。
此外，隧道项目建设施工环境比较差，地质方面的因素也比较复杂，极大地影响了隧道工程的安全和质量，在今后的施工中应该做好工程管理控制工作。
因此，必须对隧道施工安全风险控制要点以及施工管理控制要点进行研究，探寻出有效的控制方案，给出有效的现场控制管理方法，切实提高隧道工程的质量。
2隧道施工中存在的技术问题分析2.1岩爆问题由于隧道处于山体地带，埋设深度通常较深，并且受外界应力、岩性作用，会出现岩爆问题。
同时岩体在隧道多次构造运动的影响下，其应力增加，从而使得隧道开挖之后顶拱墙上会出现小规模岩爆。
岩爆发生范围通常处于掌子面1～3倍的洞径范围内。
岩爆会导致大小各异的岩石碎片突然炸裂，给工程的施工进度及工程质量造成影响，并且有安全风险。
2.2围岩测量方式不科学隧道工程中围岩稳定监测是非常重要的一项内容，其测量数据是否达到准确性的要求都会给隧道工程的质量、安全性产生不良的影响。
当前施工单位的风险管理意识还需要提升，很多企业中的围岩测量方案设计缺乏合理性，存在检测不全面等情况。
例如测量点设置不科学、施工环节测量点损坏没有及时修补等，导致测量效果比较差。
隧道工程动态设计的原理和方法研究(1)
隧道工程动态设计的原理和方法研究（1）目前，公路或公路隧道的设训方法有多种，其中常用的大体上分两种方法。
一种是力学分析设计方法，即根据地面建筑工程的力学分析方法，确定结构、荷载和材料的三要素，工程师首先计算荷载，然后选择结构类型和材料，后通过力学计算确定结构几何尺寸工程建设通常按地质勘察、设计、施工的程叫衣次进行这种方法是用荷载一结构模型作力学让算，并常用于衬砌结构设计。
另一种是工程类比法或称经验酬七法，即首先对工程围岩进行分类，然后根据有关规范或标准进行断这种酬土方法常用于锚喷支护。
但是由于隧道工程施工时水文地质环境复杂，不确定性因素很多，使得套用地面结构的设计理念和模型设计隧道结构物具有很大局限性，而由工程类比法确定其酬参封寸又有一定的盲目性。
动态设计方法就是在此背景下发展起来的一种隧道工程设引方法。
1.动态侧十在公路隧道中的应用调整支护设钊参数和施工方法，确定合理的支护时匀U是目傲讼路隧道动态设计的核心内容。
1.1确定二次支护隧道二次支护日引的选择如前面所述。
对于一般软弱围岩仰拱灌注时间可在围岩稳定以后，二次支护之前进行：而对于极差的围岩及塑性流变地层，当位移量和位移速度很大时，仰拱灌注应尽早进行。
当围岩变形量不大，而围岩压力与喷层应力很大时，则应适当延迟封底时间，以提高支护的柔性。
1.2调整锚喷支护参数当围岩位移速率或位移量超过允许值时，一般应增加锚杆数量、减刁卡豺干间距。
锚杆长度应大于测泪得的松动区范围，并留有一定富裕量。
如量测显示锚杆后段的拉应变很小和出现压应变时，可适当减刁锚杆的长度。
当锚杆轴向力大于锚杆屈服度时，应优先考虑改变锚杆材料，采用高强钢材。
增加锚杆数量或直径也可获得降低锚杆应力的效果。
初期喷层厚度一般按规范设计，当初期喷层厚度较小，喷层应力大或围岩扫扮大，喷层出现明显裂损时，座查当加厚初期喷层厚度。
若喷层厚度已较大时，可增加锚杆数量，调整锚杆参数或施工方法，改变仰拱封底时间以减、初期喷层受力状况。
浅谈隧道工程动态设计与信息化施工
浅谈隧道工程动态设计与信息化施工1动态设计与信息化施工概述动态设计，是指将设计划分为两个阶段：预设计和修正设计。
其中，预设计用于对工程施工进行指导，通常参照工程类比套图，其决策具有较强的模糊性；修正设计是在具体施工过程中，基于暴露的相关地质状况和各类实际情况变化，对预设计实施科学修正和有效完善。
信息化施工，是指施工单位遵循工程设计各项要求制定工程施工和监测的具体方案并予以实施，以监测结果为依据，对施工方案和相关工艺进行及时调整和科学优化，并根据信息反馈对设计进行科学修正和合理变更。
动态设计与信息化施工二者具有相辅相成的紧密关系，其具体流程如下：对工程进行预设计→对工程开展施工检验→对工程地质进行判别→获取工程监测信息→实施修正设计→开展施工检验。
2隧道工程的动态设计2.1隧道支护结构调整隧道支护结构调整是隧道工程动态设计的常见内容，要遵循经济性和安全性原则。
在施工过程中，要综合考虑地质、围岩等因素，对隧道支护结构进行调整。
若地质、围岩出现变化，例如隧道工程勘查设计相应文件描述地质围岩为Ⅳ级，但现场判别地质围岩为Ⅴ级，则需对支护结构作出调整。
若地质围岩未发生变化，应根据监测信息对支护做适当调整。
若支护出现较大变形，需增强支护；若支护未变形或者变形较小，可减少支护。
若因施工原因导致未能按照图纸施工，也需对支护结构进行调整。
对隧道支护结构进行调整，通常需改变支护结构的厚度和强度，调整格栅钢架的尺寸、间距等，或者调整锚杆的设置。
此外，还能通过增减钢筋来调整支护的厚度和强度。
2.2隧道涌水量计算隧道涌水量计算通常采用以下两种方法。
（1）地下水动力法采用非完整井的柯斯嘉科夫公式：式（1）中：Q表示预测涌水量（m3/d）；a表示入渗系数；H表示隧道路肩算起的含水层厚度（m）；R表示隧道排水影响宽度（m）；B表示隧道通过含水层的长度（m）；r表示隧道半宽度；k表示围岩渗透系数（m/s）。
采用佐藤邦明非稳定流公式：式（2）~（3）中：q0表示隧道通过含水体地段的单位长度可能最大涌水量（m3•s-1•m-1）；k表示围岩渗透系数（m/s）；m为洞身横断面换算成等价圆时的换算系数，一般取0.86；h2表示静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离（m）；r0表示等价圆半径（m）；hc表示洞顶上部静止水位至洞底下部隔水层距离，即含水体厚度（m）；B表示隧道通过含水层的长度（m）。
隧道信息化技术与动态设计方法2013-11-梅志荣
隧道工程监测技术与动态1）测定衬砌内的应力或在围岩 与衬砌间接触部位的应力以及测 定施工中的围岩变位有助于更正 确的设计和施工（图19）。 （22）岩层内的渗透水压力，必须 采用排水法来降低。例如使用防 水 胶 埋 入 软 管 法 （ Sika hose method）（图20）。
中铁西南院
隧道工程监测技术与动态设计方法
新奥法的22点原理
（4）尽可能避免围岩处于
单轴或二轴应力状态。因为 在这种应力状态时围岩强度 非常低。按以往岩石力学的 经验来说，岩层在三轴应力 状态下是稳定的，卸除荷载 不是理想的（图4）。
中铁西南院
隧道工程监测技术与动态设计方法
新奥法的22点原理
（5）必须控制围岩的变形。因此， 在开挖表面施作防护层，以便阻止 岩层松弛及由于松弛而造成的崩 坏。只要把防护层做得越好，则其 安全性和经济性就越高（图5）。 （6）为此，要在恰当的时候进行衬 砌，太早或太迟都不行。另外，支 护的刚度太大也是不行的，而太柔 软也不行。必须使用能发挥岩层强 度的支护（图6）。 （7）为此，有必要正确了解围岩的 时间因素（图7）。
讨论隧道支护的设计理论，首先应该学习和深刻理解新奥法的基 本原理。 1963年由腊布希维兹(L.V.Rabcevicz)以新奥地利式隧道施工方法 （NATM）命名的隧道施工方法，是从1957年到1965年期间发展起 来的。国内大约在70年代开始大面积推广应用锚喷支护和NATM。 但至今仍不能认为NATM已被充分理解并可完全转入工程实用。而 现状却是将个别或片面的理解零散地实施。 究竟什么是NATM！1978年新奥法权威米勒（Muller）教授去日本 参加国际隧道会议。在会上作了“新奥法运用不成功的原因”的 报告 ，并提出新奥法原理22条。 今天重温这些新奥法基本原理的权威解释，有助于理解隧道支护 技术的真谛。
施工中的若干动态问题
第十一部分动态施工中的若干问题所谓“动态施工”，应该从广泛的意义上去理解。
大家知道，根据暴露出来的围岩状态采取对策，是隧道施工的基本原则。
这里所谓“动态”是指隧道施工过程中的地质条件是不断变化的；其力学动态也是不断变化的，施工过程就不可能是一成不变的。
我们在施工过程中采用的各种施工方法和技术都是为了适应这种“动态”变化的。
因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。
这也就是动态施工的基本含义。
首先要认识围岩、了解围岩，这在前面我们已经作了比较详细地说明。
其次，动态施工的基础条件就是要认识和了解施工中发生的各种“动态”的实质，如岩爆、大变形等，同时也要清楚地认识到我们采取的施工手段和方法，会引起什么样的力学动态的变化？它们的效果如何？这通常是通过量测、观察等手段完成的。
因此，在动态施工中，量测、观察起到的作用是不能忽视的。
它不是可有可无的，而是施工过程中的一个重要环节。
真正地实现“动态施工”，需要严格、科学的施工管理和高素质、技术密集型、应变能力强的队伍。
因此，不断地提高施工管理的水平和建立适应技术发展和动态施工的高素质技术密集型的队伍异常重要。
最后应该指出，动态施工与动态设计是不可分离的。
设计单位提供的设计，在没有通过实践检验前，始终是具有预设计的性质，而真正的设计是在施工过程中完成和完善的。
我们应该而且必须在施工体制上去适应这种需求，把施工中的设计权逐步地转移到承包商一方，为实现真正意义上的动态施工创造条件。
施工要点一隧道施工的动态管理过去我们在隧道施工中基本上也是按照“动态施工”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体制的限制等等原因，并没有实现真正意义上的“动态施工”。
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，特别是设计施工体制的改革，给真正实现隧道的“动态施工”创造了良好的条件和基础。
基于BIM+GIS隧道信息化施工技术分析
基于 BIM+GIS隧道信息化施工技术分析摘要：隧道是地下通道建筑物，近年来建设数量逐渐增加，得到大规模发展，但建设阶段难度较大，需要结合信息技术完成施工。
本文依托隧道工程特点，分析隧道信息化施工必要性，围绕划分模型单元、制定风险目标等方面分析BIM+GIS隧道信息化施工技术主要内容，提升建设项目可控性，实现隧道信息化施工。
关键词：BIM+GIS；隧道信息化；风险管控前言：隧道施工面临地质结构复杂的问题，由于开挖过程断面的尺寸较大，极易对周边围岩产生影响，增加施工风险，因此有必要提升隧道施工的安全性。
通过引入BIM+GIS技术，创建动态风险预警系统，对隧道施工实现动态化指导，及时跟踪施工进度，为后续项目信息化建设提供数据支持，优化施工质量。
一、BIM+GIS隧道信息化施工必要性当前社会经济飞速发展，人们生活水平显著提升，因此工程建设行业规模逐渐加大，隧道修建数量不断递增。
不过我国隧道修建难度和复杂度较大，传统施工主要依托地质预报和监控数据对开挖过程提供数据支持，进而及时做出决策，调整施工方法，满足地质条件。
新时期网络安全和软硬件平台的出现，使得国家隧道信息化逐渐发展，依托BIM技术、GIS技术、物联网技术可以及时采集隧道施工信息完成归档，提升项目可控性，实现信息化施工。
例如，依托BIM+GIS技术创建隧道施工管理模块，建立信息采集模型，加强对隧道施工的信息化管控。
当前部分区域隧道信息化施工主要围绕监测量测方面开展，物联网技术和BIM技术结合率较低，尚未形成健全体系。
因此有必要创建动态风险预警机制，找寻最佳隧道信息化施工模式。
二、BIM+GIS隧道信息化施工技术探究（一）划分BIM模型单元IFC单元在划分时需要结合隧道设计思维模式，依据最低施工单元完成分解，做到层次易用、结构清晰，突出可拓展性，确保IFC编码工作的信息化[1]。
依据IFC标准，形成最佳隧道组成单元。
部分隧道线路分布较长，属于条带工程，因此需结合地形地貌、地理信息开展施工。
浅谈隧道工程的动态设计与信息化施工
浅谈隧道工程的动态设计与信息化施工一、信息化设计与施工的基本思路工程建设中，信息化设计与施工是一个新颖的发展方向，也是未来工程建设将采取的主要方法之一，其具有方便、简单、快捷、适用等优点。
信息化设计与施工在隧道中应用的基本原理是：利用初步勘察得到地质资料，采取数值模拟技术、理论计算和经验类比方法确定初步的设计方案，通过施工现场监测获得地质资料、围岩力学动态、支护工作状态的有关数据以及施工技术状态（信息），再采取多种手段对这些数据进行整理与力学分析，来判断围岩及支护结构体系的稳定性和工作状态，反馈于设计与施工，从而选择和修正开挖、支护参数，使隧道的建设达到优化。
信息化设计与施工的核心是信息的采集、整理和反馈。
隧道的信息化设计与施工思路可以概括为图1。
与地面工程不同的是，在隧道的设计与施工过程中，勘察、设计、施工等环节允许有交叉、反复。
在初步地质调查的基础上，根据数值模拟分析、经验或力学计算进行预设计，初步选定支护参数；然后，在施工过程中根据监测得到关于围岩稳定性和支护力学、工作状态的信息，对初步设计和施工过程进行调整。
大量的工程实践表明，对设计和施工所作的调整和修正十分必要。
在隧道的设计与施工中经历了近半个世纪发展的“新奥法”核心就在于把围岩看作是支护结构的重要组成部分，并通过监控量测，采取合理的设计与施工，有效地调节围岩变形，以最大限度地发挥围岩的自承作用。
信息化设计与施工是建立在新奥法的思路之上，新奥法三大准则之一的现场监测同信息化设计与施工的信息采集、分析和反馈有相似之处，可以说信息化设计与施工是新奥法在现阶段的发展与完善。
两者的主要区别在于信息化设计与施工应用了大量的现代信息工具和手段，如利用先进的计算机方法进行数值模拟、数据处理，因此在信息的获得与处理、反馈途径等方面讲究多渠道、多手段；而新奥法则主要利用传统的量测工具进行数据的获得与反饋，信息的获取与反馈途径比较单一。
因而，隧道信息化设计与施工方法比过去的新奥法更优越。
隧道开挖后的位移动态与隧道变形控制措施
4. 隧道开挖后的位移动态与隧道变形控制措施4.1 隧道开挖后的位移动态隧道开挖后可能引起的位移或变形主要包括：拱顶下沉、隧道两侧拱腰向隧道方向的水平位移、地表沉降与开裂、支护开裂、土体塌落和钢拱架变形等等。
隧道开挖引起围岩的变形破坏通常是从洞室周边开始的，而后逐步向围岩内部发展。
围岩变形破坏的形式和特点，除与岩体内的初始应力状态、开挖断面形态以及开挖工法有关外，主要取决于围岩的岩性与结构。
坚硬块状围岩的变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移；层状岩体的变形破坏形式主要有沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等；碎裂岩体的变形破坏形式常表现为崩塌和滑动；松软岩体与土质隧道的变形破坏形式以拱形冒落为主。
隧道开挖引起的地层位移动态主要可以分为以下几个阶段：1）隧道开挖阶段隧道开挖破坏了地层的原始应力平衡状态，隧道周边的地层应力将会由水平方向与竖直方向的主应力，转化为隧道径向与法向的主应力，大小主应力方向将会发生变化，同时还将伴随着地层剪切应力的出现。
隧道开挖后，周边地层将会临时处于无支护的临空状态，隧道周边地层将出现向隧道方向位移的趋势（拱顶下沉与周边收敛变形），如果在隧道开挖断面范围内存在地质破碎带或地层断面，甚至可能引起地层的坍塌。
但由于此阶段时间相对较短，相应的地层位移可能并不明显，尤其是在地层条件较好的情况下。
2）施加初期支护阶段隧道开挖后，应在尽可能短的时间内施加初期支护，并尽早施作仰拱，将初期支护封闭成环，达到“强支护”的目的。
目前的暗挖隧道都采用新奥法施工理念，新奥法的核心思想就是要充分利用围岩的自承能力，围岩压力主要由钢拱架、钢筋网与喷射混凝土组成的初期支护承担，围岩压力与初期支护反力之间的相互作用将会使它们达到变形协调、共同受力的目的，并最终趋于稳定。
①对于浅埋隧道，一般认为隧道上方地层无法形成自然塌落拱，同时拱腰侧土压力相对较小，隧道开挖并施加初期支护后的地层位移主要集中在拱肩与拱顶部位，地层位移将从隧道上方开始，逐步向地表延伸。
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隧道动态反馈施工
新奥法作为隧道工程设计施工的方法和原则，目前在公路隧道工程设计施工中被广泛应用。
在依据新奥法原理建设的现代隧道中，按照设计规范规定，依据对地质调查、钻探及物探等资料，采取工程类比方法进行设计和施工。
由于地质条件的不确定性及复杂性，在施工过程中会遇到断层、破碎带、瓦斯、严重风化层等特殊地质，而仅仅依据施工前的地质勘探成果，是不能完全真实反映出来的，所以面对施工反馈的实际情况，必须对施工进行有针对性的动态调整。
动态施工的依据是施工过程中反馈的各种信息，包括地质超前预报、钻爆参数、监控量测数据、岩石力学试验等，通过分析与反分析所获得的这些信息，与预设计时的地质资料对比，隧道施工方法（包括特殊的、辅助的施工方法）、断面开挖步骤及顺序、支护参数等进行合理调整，以保证施工安全、围岩稳定、施工质量和支护结构的经济性。
在实施过程中，通过不断对支护参数进行调整，变形的监测、钻爆参数的优化，如此反复循环，直至工程完工交付使用为止。
1.超前地质预报
目前超前地质预报分为长距离和短距离超前地质预报两类，长距离超前地质预报的预测范围一般为100～3001TI，短距离超前地质预报范围一般可达掌子面前方l5～30m．长距离超前地质预报方法有：TSP、超前钻探法、断层参数预测法等。
短距离超前地质预报方法有：掌子面地质素描法、地质雷达法等。
1.1 TSP超前预报法
TSP超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来判定并预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况，其最大探测距离为掌子面前方300～500m，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100m，最高分辨率为大于等于1m地质体。
TSP超前地质预报系统是目前世界上地质探测领域最为先进的科技成果，它具有适用范围广、预报距离长、对隧道施工干扰小、提交资料及时的特点。
1.2超前钻探法
超前钻探法即通过在掌子面布置若干地质钻孔并取芯，根据地质钻孔施工要求，记录钻孔施工各种信息并在室内完成相关力学试验，获得地层岩性、节理裂隙、岩石各项力学参数、溶洞空间分布、溶洞填充物、构造带发育特征等各项地质内容，同时还可以通过地质钻孔观察预测掌子面前方可能涌水情况，以此判断前方围岩级别及各种地质病害类型、具体部位及规模。
根据一次探测距离的长短可分为深孔探测和浅孔探测。
1.3断层参数预测法
断层参数预测法是一种利用断层影响带内的特殊节理（1）节理）和其集中带有规律分布的特点和经过大量断层影响带系统编录得出的经验公式超前预报隧洞断层破碎带的位置、规模的新技术。
由于隧道中大多数不良地质（如溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等）与断层破碎带有密切的关系，所以，预报了断层破碎带，依据地质学原理，就可推断其他不良地质体的位置和规模。
1.4掌子面地质素描法
掌子面地质素描法又称编录预测法。
主要通过对掌子面已揭露地质体（岩层、不良地质体等）进行观测与编录，对掌子面出露地质体向掌子面前方延伸情况进行有依据的推断。
1.5地质雷达法
地质雷达法是采用甚高频—超高频电磁波检测地下介质的地质特征、不同岩性分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁波技术。
地质雷达能发现隧道施工开挖面前方20～30m地层的变化。
由于电磁波对水敏感，所以，对于断裂带特别是含水带、破碎带地层，地质雷达是很好的预报手段。
但由于目前其探测的距离较短，对于长大隧道的预报只能多次分段进行预报。
2.施工监控量测
2.1量测规定
由于岩体的生成条件和地质作用的复杂性，在隧道施工中，开挖方法、支护方法、支护结构刚度等对围岩稳定性都有影响，所以寻求能正确反映岩体状态的物理力学模型非常困难。
因此现场监控量测是验证设计、施工是否正确的关键步骤，是监视围岩是否安全、稳定的最直接手段。
2.2量测计划
现场监控量测计划应根据隧道的地质地形条件、支护类型和参数、施工方法和其他有关条件制定。
计划内容应包括：监控量测项目及方法、量测仪器的选定、测点布置、数据处理及量测人员组织等。
2.3量测的任务和目的
a）掌握围岩和支护的动态，进行隧道日常的施工管理。
b）经过监控量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，提供动态设计的基础数据，指导施工，以保证施工安全和隧道稳定。
c）已有工程的量测结果可以应用到其他类似工程中，作为设计和施工的依据。
2.4量测内容
隧道施工的监控量测旨在收集可反映施工过程中围岩动态的信息，据以判定隧道围岩的稳定状态，以及预设计所定支护结构参数和施工的合理性。
量测项目可分为必测项目、选测项目和抽检项目。
必测项目包括：地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉；选测项目包括：围岩体内位移（洞内设点）、围岩压力及两层支护间压力、钢支撑内力及外力、支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测、围岩弹性波测试；抽检项目包括：锚杆拉拔力检测。
2.5量测数据反分析
隧道工程反分析方法是根据工程现场量测数据（如应力、位移和应变等）来反演初始地应力和岩体性态参数的方法，即利用现场量测到的信息，或者说测量到的来自工程施工引起的结构与介质的扰动量，包括位移、应变、二次应力或地层压力，依据给定的材料模型，来反演工程介质材料的性状参数和初始荷载。
根据设计施工中的不同阶段，反演分析方法可分为施工前反分析
法和施工中反分析法。
施工前反分析法分为：a）位移反分析法，是由监测位移反演局部区域应力分布的方法，此方法目前应用较多；b）应力回归分析方法，是在预设计时由现场有限个点的地应力实测值，通过应力函数或数值计算方法回归分析得到研究区域应力分布的方法。