隧道工程施工数字化技术应用

隧道工程施工数字化技术应用

杨超,叶婧,赵涛,刘蕲宁,王铁帆

中建八局西南建设工程有限公司 四川省成都市610000

摘要：在城市化进程不断加快的背景下，隧道工程项目逐渐增多，由于此类施工空间狭小，且涉及很多风险管控工作，因此在施工过程中，必须借助数字化技术，才能有效提升施工质量和效率。鉴于此情况，本文将重点围绕隧道工程施工数字化技术应用进行研究，以此为增强我国隧道工程建设效果，提供良好的借鉴。

关键词：隧道工程；施工管控；数字化技术

引言：对于隧道工程来讲，数字化技术的运用极为关键，尤其是对于BIM技术以及三维扫描等技术来讲，科学运用能帮助工作人员掌握施工过程中的相关数据，结合实际状况调整施工方案以及规划图纸，确保工程建设达到预期需要。由此可见，围绕隧道工程施工数字化技术应用进行分析，对于促进我国工程建造水平提高，具有重要意义。

一、隧道工程前期施工管控分析

（一）地质分析

目前，在隧道工程中，地质条件的差异往往决定了施工工艺的的不同选择，成为影响工程开展的安全、进度、质量、成本的重要因素。目前传统勘察手段获取的地质成果资料主要通过地质平面图和剖面图进行表达，并配合工程地质报告进行说明，次类地质信息多为点状信息，地质界线数量相对较少，不易与表达地质环境的整体性。通过数字化手段建模，可将二维平面与剖面的地质界线进行三维空间投影换算，在三维空间进行地质属性匹配，配合钻探、挖探揭示的地层深度、剖面等信息，完成地质层面建立，在根据地质层面的空间分布，结合模型边界范围与封底高程，完成三维地质体建立。从而形成对隧道穿越区域地质精确预测，便于选择合理开挖方式，预备可行的安全技术措施，进而提升施工效率，保障施工安全。在具体工作中，技术人员在获取详细的地质勘测数据后，包括地质条件、周围水源状况、温度、土层结构等，之后根据地勘资料建立BIM地质模型，帮助技术人员了解施工区域的实际状况，分析隧道全线程的地质条件，为后方案制定提供依据、减少施工问题的产生，使得项目管控更精细确保隧道工程的顺利开展[1]。

（二）施工方案的制定

施工方案是确保工程建设质量的关键，在方案的指导下，可以有效保障施工的顺利进行，提升工程效率。在方案设计的过程中应该结合隧道工程的不同环节进行设计，并及时地进行数据的验证。验证过程中要求技术人员应对隧道整体开挖方案模拟，验证人员、材料、设备等资源投入情况，并检查交叉施工部署是否存在安全隐患，若是发现问题可及时组织调整优化，达到资源最大化利用。总之，方案制定应确保施工组织可控，尽可能地实现缩短工期、规避安全风险等目标。此外，在方案制定的过程中还需要设计支护方案以及隧道开挖方案等内容，并做好质量管控方案规划，从而在确保工程质量、工程进度的同时确保现场管理效果。

二、隧道工程施工中的数字化技术运用分析

（一）自动化信息监测技术的运用

隧道工程施工所涉及的内容较多，且由于施工环境的不同，很多技术人员需要进行隧道施工区域信息数据的收集，否则便很容易出现安全隐患。对于隧道工程来讲，为了能够有效地解决现场数据收集难等问题，技术人员应该加大对信息化技术的运用。目前我国信息化水平日益提升，在此背景下自动化监测技术的出现进一步降低了隧道施工的工作难度以及工作量。自动化监测系统，是一种在BIM技术数字化模型搭建基础上所研发的一种隧道测控平台，该系统运用了大量的传感器设备，能够有效利用传感器数据接入集成的形式，实现隧道拱顶下沉数据及水平收敛数据的采集。与此同时，在信息收集的过程中，技术人员可以提前通过设置变形数据临界值，这样系统便可以在数据汇总时实现超限点报警，为技术人员的施工工作提供帮助。现阶段，自动化监测系统被广泛运用在隧道工程施工中，技术人员可利用监测点位数据变形曲线趋势状况的方式，掌握实际施工条件，进而及时地调整施工方案。与此同时，自动化监测系统还能够通过平台初步实现隧道信息化监测功能，从而攻克过去隧道施工中隧道变形无线监测方面的难题。因此在后续的工作中，技术人员应该加大对信息技术的关注，进而利用技术优势增强信息收集以及施工监测的质量和效率，为提升我国隧道施工质量创造条件。

（二）BIM技术与三维扫描技术应用下的超欠挖控制施工研究

1.三维扫描仪控制超欠挖技术

在隧道开挖过程中，运用三维扫描仪对已开挖部分的隧道进行全断面扫描，获取隧道的中线、拱顶、拱边、拱脚等部位的空间信息，通过对比分析，调整纠偏，提升隧道施工质量。在具体施工中，技术人员通过现场勘查，结合现场实际情况，确定扫描点位，用三维激光扫描仪进行扫描，得到扫描点云数据，逆向生产模型，与标准模型对比生成复核报告，从而在确定超挖欠挖位置、偏移数据等信息的基础上同时反馈给现场修整。技术人员在完成以上操作后需要及时地进行扫描复核，并通过数据积累情况分析超欠挖规律，调整工艺参数，控制后续施工的超欠挖量，为后续的施工提供数据支持。

2.爆破开挖的控制分析

隧道爆破开挖前，在进行爆破设计的过程中需要编制科学的工程方案，并结合地质条件进行专业的设计，在正式爆破前进行爆破设计参数进行试爆分析，试爆后通过三维扫描获取实体三维模型，通过与BIM模型对比扣减得到的爆破量，并通过提取原始 BIM 模型中相应部位，进行模型拟合分析，确定是否存在超挖欠挖情况，从而验证并调整爆破参数，优化爆破设计方案。并可结合三维可视化的特点，在施工前期对人员进行安全技术交底并做好超欠挖控制技术专业讲解工作，包括技术工艺、技术要求以及防线布孔、检查验收等内容，辅助提升施工质量。此外在施工的过程中还可对每一进程的爆破数据进行扫描记录及时调整，通过对累计的信息数据的分析，定期地开展超欠挖技术施工专项例会，分析爆破施工过程中存在的问题以及不足，并及时针对原因进行纠正与完善[2]。

（三）异形体下料控制

    异形体下料是隧道施工工程中非常重要的内容之一，在具体工作中，技术人员需要结合实际情况，运用BIM技术对不规则截面隧道构造数据模型剖切，从而了解隧道截面状态，之后通过BIM软件导出精准异形体下料图纸，从而确保异形体下料的科学性与精准性，减少施工质量问题的产生，提升施工品质。

结论：综上所述，对于隧道工程施工来讲，数字化技术的运用是工程进行施工管理改革的重要内容，因此在后续的工作中应该进一步加大对数字化技术的运用，并在日常的管理中进行技术培训，使每一位工作人员都能够掌握技术运用技巧，增强技术效果，为隧道工程建设提供技术支持。

参考文献：

[1]刘晏斌.工程数字化建造技术在隧道机械化快速施工中的应用探索[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2021,23(02):5-10.

[2]王飞,刘金飞,尹习双.基于BIM的川藏铁路隧道工程数字化移交技术研究[J].四川水力发电,2020,39(05):93-96+102.