劉 江

(中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司 湖北武漢 430200)

1 引言

近些年來(lái)，中國(guó)高鐵經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)和發(fā)展，擁有了世界上最大規(guī)模[1]和最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，同時(shí)，它已成為一個(gè)亮麗的名片，向全世界展示了中國(guó)鐵路建造技術(shù)全面步入世界領(lǐng)先水平。高速鐵路作為國(guó)家重大建設(shè)工程項(xiàng)目，投資規(guī)模大、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量要求嚴(yán)。隨著十八大的召開，國(guó)家更提出了“交通強(qiáng)國(guó)、鐵路先行”的目標(biāo)，深化鐵路建設(shè)“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”主題，突出質(zhì)量安全管理，科學(xué)有序、安全優(yōu)質(zhì)推進(jìn)鐵路建設(shè)[2]。

在此形勢(shì)下，鄭萬(wàn)項(xiàng)目在籌建伊始，提出了堅(jiān)定“推進(jìn)信息化與標(biāo)準(zhǔn)化管理深度融合，建設(shè)中國(guó)高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)化管理示范工程”的理念，一方面利用信息化技術(shù)搭建涵蓋現(xiàn)場(chǎng)施工管理、安全質(zhì)量管理、合同管理、物資設(shè)備管理、財(cái)務(wù)管理等多層次的信息化管理平臺(tái)，規(guī)范各單位或部門的職能劃分、協(xié)作關(guān)系、工作流程，通過(guò)信息化數(shù)據(jù)的采集、整合和分析，監(jiān)控各業(yè)務(wù)板塊，促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)管理工作的有序推進(jìn)；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)大力推行機(jī)械化配套施工，特別針對(duì)隧道機(jī)械化施工，通過(guò)采用新型設(shè)備，對(duì)隧道軟弱圍巖大斷面快速施工技術(shù)展開重點(diǎn)研究，提升隧道施工效率，降低施工成本，提高工程質(zhì)量。鄭萬(wàn)鐵路建設(shè)項(xiàng)目通過(guò)對(duì)信息化與機(jī)械化深度融合的不斷探索與實(shí)踐，提高建設(shè)管理水平。

2 國(guó)內(nèi)高速鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目機(jī)械化施工及信息化管理現(xiàn)狀

我國(guó)鐵路隧道建設(shè)的總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世界其他國(guó)家，但我國(guó)鐵路設(shè)備配套技術(shù)水平、施工裝備仍處于機(jī)械化初期，整體技術(shù)仍較落后。長(zhǎng)期以來(lái)，出于成本等考慮，我國(guó)建筑施工企業(yè)在施工中大量使用人工施工，這為廣大勞動(dòng)者提供了大量就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)推動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展[3]。但是，隨著建設(shè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大、地質(zhì)條件的復(fù)雜和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，人工施工工效低、安全質(zhì)量難以控制的弊端就逐漸顯露出來(lái)；信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。鐵路建設(shè)從一開始就希望應(yīng)用項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)管理，國(guó)內(nèi)已建、在建的高速鐵路僅實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)管理部分模塊的信息化管理，但都沒(méi)有形成鐵路建設(shè)信息化管理系統(tǒng)、統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，缺乏統(tǒng)一、穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，系統(tǒng)應(yīng)用效率低；應(yīng)用模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度不高，難以保證數(shù)據(jù)的一致性；數(shù)據(jù)采集、承載、應(yīng)用的可視化程度低，難以推廣應(yīng)用；缺乏將施工設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成項(xiàng)目管理信息的有效工具和方法，已無(wú)法滿足高鐵建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的管理需要。

3 高速鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目機(jī)械化施工及信息化管理的必要性

3.1 鐵路建設(shè)“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”的前提

鐵路建設(shè)的特點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜、工程質(zhì)量要求高、施工難度大、建設(shè)工期緊，為適應(yīng)鐵路建設(shè)“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”形勢(shì)的迫切要求，急需鐵路隧道建設(shè)向機(jī)械化、信息化全覆蓋管理模式轉(zhuǎn)變。利用機(jī)械化施工提高施工工效，降低施工成本，利用信息化管理加強(qiáng)鐵路建設(shè)的過(guò)程控制，提高工程質(zhì)量，同時(shí)通過(guò)新設(shè)備、新材料、新工藝的應(yīng)用，加快提高鐵路建設(shè)水平的步伐[5]。

3.2 實(shí)現(xiàn)鐵路“六位一體”建設(shè)目標(biāo)、提高鐵路項(xiàng)目管理水平的根本要求

通過(guò)機(jī)械化、工廠化、專業(yè)化、信息化為支撐手段，以技術(shù)、管理、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和流程為依據(jù)，以管理制度、人員配備、現(xiàn)場(chǎng)管理、過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)化為主要內(nèi)容，采用機(jī)械化施工與信息化管理深度融合的方式，將現(xiàn)場(chǎng)工序標(biāo)準(zhǔn)化，保障鐵路建設(shè)目標(biāo)體系的質(zhì)量核心目標(biāo)，高效有序推進(jìn)高速鐵路建設(shè)。

隨著科技的不斷進(jìn)步，鐵路建設(shè)逐步向數(shù)字化、智能化發(fā)展[6]。在鐵路建設(shè)過(guò)程中，采用云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、BIM等先進(jìn)技術(shù)、大力推行智能化施工，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)和管理智能化的目標(biāo)，推動(dòng)鐵路建設(shè)向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展[7]。

4 鄭萬(wàn)高鐵工程機(jī)械化施工與信息化管理深度融合的研究

隨著鐵路建設(shè)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息化應(yīng)用于工程建設(shè)的管理系統(tǒng)可以提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和施工作業(yè)行為追溯手段，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)指導(dǎo)，有效地逐級(jí)傳遞質(zhì)量責(zé)任壓力，構(gòu)建起良性的施工作業(yè)系統(tǒng)和誠(chéng)信體系。但傳統(tǒng)的人工操作不利于信息化管理，這就需要大力推行機(jī)械設(shè)備應(yīng)用，提高機(jī)械化施工水平。采用信息化管理與機(jī)械化配套施工深度融合的方式，將標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程集成于機(jī)械設(shè)備之中，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的精細(xì)控制；同時(shí)選用智能化機(jī)械設(shè)備，提高施工功效、降低施工成本，規(guī)避數(shù)據(jù)造假現(xiàn)象的發(fā)生[8]。

4.1 機(jī)械化設(shè)備配套施工

(1)機(jī)械設(shè)備配備

鄭萬(wàn)項(xiàng)目上場(chǎng)之初，為提高機(jī)械化施工水平，對(duì)各項(xiàng)工程施工機(jī)械設(shè)備提出明確要求:路基工點(diǎn)43個(gè)，正線路基長(zhǎng)度9.385 km，根據(jù)施工單元配置連續(xù)壓實(shí)設(shè)備及軟基處理配套鉆機(jī)，路基壓實(shí)設(shè)備具備數(shù)據(jù)采集上傳功能。

橋梁64座/110.24 km，工程配備大型旋挖鉆機(jī)、樁基鋼筋籠數(shù)控滾焊機(jī)、鋼筋定位胎架、墩身大型定型鋼模、懸臂澆筑掛籃、梁體智能張拉壓漿設(shè)備、運(yùn)架梁一體機(jī)等設(shè)備。

隧道33座/167.562 km，其中5 km以上隧道14座，各隧道作業(yè)面均采用機(jī)械化配套施工，配置濕噴機(jī)械手、自行式仰拱棧橋、仰拱腹模、防水板自動(dòng)掛設(shè)臺(tái)架、二襯臺(tái)車、整體溝槽臺(tái)車等施工設(shè)備，在其中24個(gè)隧道作業(yè)面采用加強(qiáng)型機(jī)械化配置，即在配備以上設(shè)備的同時(shí)，配備全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(見圖1)、多功能拱架安裝臺(tái)車等設(shè)備。

圖1 ZYS113三臂鑿巖臺(tái)車

(2)隧道機(jī)械化快速施工技術(shù)研究

為了大力推行隧道智能化裝備應(yīng)用，充分發(fā)揮隧道大型機(jī)械化配套施工效率，提高鐵路隧道施工機(jī)械化水平，鄭萬(wàn)項(xiàng)目對(duì)“高速鐵路特大斷面隧道安全快速標(biāo)準(zhǔn)化修建關(guān)鍵技術(shù)”等科研課題進(jìn)行立項(xiàng)，對(duì)特大斷面圍巖變形及穩(wěn)定性、施工工法、工藝及機(jī)械化配套、特殊不良地質(zhì)對(duì)策等展開研究，并在24個(gè)加強(qiáng)型機(jī)械化配套工區(qū)選取6個(gè)隧道作業(yè)面展開現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。

通過(guò)對(duì)北歐隧道施工法的考察與學(xué)習(xí)，結(jié)合新奧法施工理念，對(duì)隧道掌子面穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用噴射混凝土、玻璃纖維錨桿、超前管棚、超前高壓注漿加固等方式對(duì)掌子面及前方圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固，實(shí)現(xiàn)軟弱圍巖機(jī)械化微臺(tái)階及全斷面開挖；強(qiáng)化系統(tǒng)錨桿對(duì)圍巖的整體加固作用，利用漲殼式錨桿快速錨注、快速形成壓力拱特點(diǎn)，有效地控制隧道變形，確保初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；結(jié)合監(jiān)控量測(cè)及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在確保圍巖穩(wěn)定和施工安全的前提下，對(duì)初期支護(hù)中的噴砼、鋼架以及二襯支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮隧道機(jī)械化大斷面施工優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到提高軟弱圍巖地段機(jī)械化施工效率，節(jié)約隧道投資的目的。

4.2 信息化管理系統(tǒng)

武九公司信息管理系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及各種應(yīng)用系統(tǒng)的集成。主要由廣訊通辦公平臺(tái)、拌和站質(zhì)量管理平臺(tái)、試驗(yàn)檢測(cè)管理平臺(tái)、沉降觀測(cè)及監(jiān)控量測(cè)管理、隧道信息化管理、視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議等系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)系統(tǒng)模塊之間，通過(guò)接口進(jìn)行耦合關(guān)聯(lián)，采集現(xiàn)場(chǎng)新型設(shè)備的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目過(guò)程管理的全面監(jiān)控。

(1)武九公司廣訊通辦公平臺(tái)

廣訊通辦公平臺(tái)是集成OA辦公、信用評(píng)價(jià)、進(jìn)度管理、物資管理、質(zhì)檢資料、驗(yàn)工計(jì)價(jià)、變更管理、張拉壓漿、風(fēng)險(xiǎn)管理等模塊的綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)＋BIM”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程、結(jié)構(gòu)部位的分解，以及確定對(duì)應(yīng)的施工圖數(shù)量表、工程量清單項(xiàng)、質(zhì)量檢驗(yàn)批、工程形象的最小單元，將二維施工圖轉(zhuǎn)換成BIM三維模型，對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、投資控制進(jìn)行精細(xì)化管理，對(duì)建設(shè)全過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)控。開發(fā)手機(jī)APP電子檢驗(yàn)批簽證系統(tǒng)，滿足施工現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)批即時(shí)簽認(rèn)要求，同時(shí)利用手機(jī)定位功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)簽證進(jìn)行確認(rèn)，確保實(shí)體工程與質(zhì)檢資料的同步一致性。通過(guò)各模塊數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)與進(jìn)度模塊對(duì)應(yīng)、進(jìn)度模塊與檢驗(yàn)批對(duì)應(yīng)、檢驗(yàn)批與驗(yàn)工計(jì)價(jià)對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)工計(jì)價(jià)費(fèi)用計(jì)算的可追溯性，確保是對(duì)已完工程、質(zhì)量檢驗(yàn)合格的工程進(jìn)行驗(yàn)工計(jì)價(jià)，把驗(yàn)工計(jì)價(jià)從結(jié)果管理推向了過(guò)程控制。

(2)拌和站質(zhì)量管理平臺(tái)

拌和站質(zhì)量管理平臺(tái)是根據(jù)《鐵路工地混凝土拌和站標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)施意見》并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)信息化要求，利用物聯(lián)網(wǎng)、二維碼、智能采集、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)，對(duì)混凝土生產(chǎn)任務(wù)的發(fā)起、下發(fā)、試驗(yàn)檢測(cè)交互、拌和操作、車輛運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)等16道環(huán)節(jié)的管控、風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警的信息化系統(tǒng)。通過(guò)安裝在攪拌設(shè)備上的傳感器、測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)讀取攪拌站配合比、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)混凝土從原材料、拌和、運(yùn)輸、入模全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控，利用信息化技術(shù)和手段，實(shí)現(xiàn)混凝土施工的過(guò)程管理信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性、唯一性。

(3)試驗(yàn)檢測(cè)質(zhì)量管理信息系統(tǒng)

試驗(yàn)室信息化系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)，將先進(jìn)的管理理念轉(zhuǎn)化為信息系統(tǒng)管理手段，讓每一個(gè)流程環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)檢測(cè)的全過(guò)程管控，確保了原材料及半成品的質(zhì)量。為了有效地控制原材料質(zhì)量，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，試驗(yàn)室在每個(gè)操作間都安裝有信息采集設(shè)備和監(jiān)控?cái)z像頭，利用互聯(lián)網(wǎng)將每一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)及視頻錄像畫面及時(shí)傳送到工程試驗(yàn)信息管理系統(tǒng)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，直觀地反映了原材料的質(zhì)量狀況；現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)體檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括檢測(cè)部位、方法類別、判釋結(jié)論、檢測(cè)報(bào)告等，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接上傳至系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，形成圖表，真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量情況，有效控制現(xiàn)場(chǎng)，杜絕現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量隱患。

(4)沉降觀測(cè)及監(jiān)控量測(cè)管理系統(tǒng)

為統(tǒng)一鄭萬(wàn)鐵路湖北段路基、橋梁、涵洞、隧道等線下工程的沉降觀測(cè)、圍巖量測(cè)的技術(shù)要求、確保觀測(cè)質(zhì)量，為評(píng)估預(yù)測(cè)線下工程工后沉降量、合理確定軌道鋪設(shè)時(shí)間、確定軌道鋪設(shè)質(zhì)量，為工程時(shí)間上的整體管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，武九公司應(yīng)用鐵路工程管理平臺(tái)中的沉降觀測(cè)、圍巖量測(cè)模塊，通過(guò)線下施工過(guò)程中采集、上傳的數(shù)據(jù)來(lái)動(dòng)態(tài)管理現(xiàn)場(chǎng)線下工程。其中隧道圍巖量測(cè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)日常監(jiān)控量測(cè)所采集到的有效數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)的分析，繪制位移時(shí)態(tài)曲線，及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的變化規(guī)律，確保二次襯砌和仰拱的施作時(shí)間，以保證二次襯砌受力合理、安全、可靠、耐久[9]。

(5)隧道信息化管理系統(tǒng)

隧道信息化管理系統(tǒng)由隧道門禁系統(tǒng)、隧道人員定位系統(tǒng)、出渣車輛GPS定位系統(tǒng)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、斷面檢測(cè)模塊、全電腦三臂鑿巖臺(tái)車控制系統(tǒng)、有毒有害氣體檢測(cè)系統(tǒng)、施工日志等系統(tǒng)組成。全電腦鑿巖臺(tái)車集智能鉆孔、錨桿施工、開挖面輪廓掃描、噴漿厚度檢測(cè)、遠(yuǎn)程通信與數(shù)據(jù)交互、超前地質(zhì)勘探與分析、配合注漿與管棚支護(hù)和配合裝藥功能于一身，依托智能化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)遠(yuǎn)程控制、高精度自動(dòng)鉆孔作業(yè)，每個(gè)孔的位置、角度、鉆孔數(shù)量和移動(dòng)順序均由車載電腦輸入?yún)?shù)自動(dòng)進(jìn)行，鉆孔效率高；自帶3D掃描儀，對(duì)開挖斷面進(jìn)行掃描，有效控制超欠挖；配備WMD地質(zhì)分析軟件，對(duì)整個(gè)鉆孔過(guò)程中鉆進(jìn)壓力、扭矩、速度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄并自動(dòng)分析，形成地質(zhì)云圖反映前方地質(zhì)情況；臺(tái)車對(duì)采集的施工數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成工作日志，將原本隧道隱蔽工程的施工過(guò)程，變得直觀形象，有效保證施工安全、質(zhì)量[10-12](見圖2～圖3)。

(6)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控對(duì)施工過(guò)程的管理和控制尤為重要，在橋梁、隧道、梁廠等重點(diǎn)工程或部位安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)情況；記錄重點(diǎn)部位的施工工點(diǎn)狀況；掌握人員生產(chǎn)、活動(dòng)及周圍環(huán)境等圖像信息；即時(shí)掌握生產(chǎn)進(jìn)度情況對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)管理、安全監(jiān)管與質(zhì)量控制，從而為分散的工點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理帶來(lái)極大的方便(見圖4)。

圖2 鉆孔孔位情況

圖3 地質(zhì)云圖

(7)視頻會(huì)議系統(tǒng)

運(yùn)用視頻會(huì)議優(yōu)化項(xiàng)目信息溝通模式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)代替人員的流動(dòng)，視頻和聲音圖像的穩(wěn)步傳輸，實(shí)現(xiàn)重要精神實(shí)時(shí)傳達(dá)，重要任務(wù)及時(shí)部署，重大事項(xiàng)遠(yuǎn)程決策，遠(yuǎn)程信息的高效交互的目的，減少時(shí)間成本，提高管理效率。

圖4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

5 鄭萬(wàn)高鐵工程機(jī)械化施工與信息化管理應(yīng)用情況

5.1 信息化管理取得成果

鄭萬(wàn)項(xiàng)目采用“互聯(lián)網(wǎng)＋”和“云平臺(tái)”等信息化技術(shù)打造“智慧工地”，建立了武九公司及各參建單位的信息化管理應(yīng)用體系。積極運(yùn)用廣訊通辦公平臺(tái)、試驗(yàn)室信息化系統(tǒng)、拌和站信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)施工的全方面管控，并根據(jù)《鐵路隧道工程施工信息化技術(shù)規(guī)程》(Q/CR 9215-2017)建成了隧道人員監(jiān)控管理、原材料及半成品質(zhì)量管理、質(zhì)量檢測(cè)管理、視頻監(jiān)控等八大信息化模塊，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度、安全、質(zhì)量信息化管理全覆蓋。

5.2 隧道機(jī)械化取得成果

(1)隧道工序機(jī)械化施工的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)對(duì)全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、錨桿鉆機(jī)、鋼架安裝臺(tái)車等先進(jìn)的機(jī)械化設(shè)備的推廣應(yīng)用，鄭萬(wàn)鐵路24個(gè)加強(qiáng)型機(jī)械化隧道作業(yè)面率先實(shí)現(xiàn)了開挖、支護(hù)、防排水、二襯、養(yǎng)護(hù)、溝槽等隧道各作業(yè)線全機(jī)械化施工，單作業(yè)口作業(yè)人員由傳統(tǒng)的約100人，降低至70人，大大降低作業(yè)人員配備及勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高了隧道各作業(yè)工序的施工效率及實(shí)體質(zhì)量，為后續(xù)機(jī)械化施工工藝的推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)隧道軟弱圍巖大斷面快速施工的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)在6個(gè)加強(qiáng)型機(jī)械化配套隧道作業(yè)工點(diǎn)展開漲殼式錨桿、軟弱圍巖高壓注漿及自進(jìn)式長(zhǎng)管棚、掌子面玻璃纖維錨桿超前預(yù)加固等工藝性試驗(yàn)，并取得成功，充分發(fā)揮漲殼式錨桿支護(hù)對(duì)圍巖的整體加固、形成拱形承載結(jié)構(gòu)，高壓注漿提高圍巖的自承能力，有效地控制隧道變形的作用；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了三臂鑿巖臺(tái)車在隧道軟弱圍巖(Ⅳ、Ⅴ級(jí))地段微臺(tái)階(帶仰拱)及全斷面(帶仰拱)開挖工藝的成功。摸索出三臂鑿巖臺(tái)車在隧道不同地質(zhì)條件下，配套使用的相應(yīng)開挖工法及超前預(yù)加固措施，總結(jié)出各種工法最優(yōu)開挖臺(tái)階高度、長(zhǎng)度及進(jìn)尺參數(shù)。單次開挖循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到4.8 m，Ⅳ級(jí)圍巖地段每月進(jìn)尺達(dá)到110 m、Ⅴ級(jí)圍巖每月進(jìn)尺達(dá)到90 m，在保證隧道施工安全質(zhì)量的前提下，有效提升了隧道施工進(jìn)度(見圖5)。

(3)隧道開挖工法、支護(hù)及襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

機(jī)械化大斷面施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)拱頂沉降、凈空收斂監(jiān)控量測(cè)等數(shù)據(jù)的分析指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的同時(shí)，展開圍巖壓力、拱架應(yīng)力、錨桿軸力、噴射混凝土應(yīng)力、二襯混凝土應(yīng)力、掌子面深層滑動(dòng)位移等應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析各支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況。應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)錨桿軸力、鋼架應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)力較設(shè)計(jì)均有一定安全儲(chǔ)備，隧道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖5 微臺(tái)階(帶仰拱)開挖

根據(jù)前期工藝試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)結(jié)果，鄭萬(wàn)高鐵湖北段二院已出具了《大斷面隧道安全快速標(biāo)準(zhǔn)化修建技術(shù)研究試驗(yàn)段預(yù)設(shè)計(jì)方案圖》，該圖紙?jiān)O(shè)計(jì)原則是根據(jù)新奧法施工原理，由初期支護(hù)與圍巖共同作用，承擔(dān)圍巖荷載，二襯作為安全儲(chǔ)備。具體調(diào)整優(yōu)化的方面有:

①掌子面的穩(wěn)定性分類，預(yù)設(shè)計(jì)中結(jié)合北歐圍巖分級(jí)Q指法，將國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的圍巖級(jí)別分類進(jìn)一步細(xì)化，根據(jù)巖性、巖體完整程度、含水情況、穩(wěn)定情況，對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性分類，根據(jù)各種圍巖(A、B、C、D)下細(xì)分出穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定狀況，從而確定開挖工法及支護(hù)措施。

②開挖工法優(yōu)化，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖采用全斷面工法，Ⅴ級(jí)圍巖采用微臺(tái)階工法。

③超前支護(hù)措施優(yōu)化，由于大型施工設(shè)備的使用，將傳統(tǒng)的超前小導(dǎo)管，調(diào)整為各種類型的管棚棚式支護(hù)，有效保證掌子面前方的安全。

④掌子面加固措施的增加，軟弱圍巖大斷面施工保障的核心關(guān)鍵，在于掌子面的穩(wěn)定，在預(yù)設(shè)計(jì)圖中，根據(jù)掌子面穩(wěn)定性的判斷，增加掌子面噴混封閉、纖維錨桿注漿加固及超前注漿加固等措施，有效保障大斷面機(jī)械施工的安全。

⑤初期支護(hù)的優(yōu)化，為保證初期支護(hù)與圍巖共同作用，將拱部原設(shè)計(jì)的組合中空錨桿調(diào)整為預(yù)應(yīng)力漲殼式錨桿，并調(diào)整錨桿長(zhǎng)度、間距，使錨桿施作后第一時(shí)間形成初始張拉力，約束圍巖；將原設(shè)計(jì)噴射混凝土標(biāo)號(hào)由C25調(diào)整為C30，一天齡期達(dá)到15 MPa，Ⅳko襯砌類型取消拱架，采用鋼纖維噴射混凝土，加強(qiáng)初支早期強(qiáng)度，有效控制圍巖變形，保證初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；拱架根據(jù)圍巖判識(shí)情況，采用的規(guī)格、間距同樣進(jìn)行了優(yōu)化(Ⅴ級(jí)優(yōu)化到0.8～1.0 m，Ⅳ級(jí)優(yōu)化到1.0～1.4 m，Ⅲ級(jí)優(yōu)化到1.5 m)。

⑥二襯參數(shù)優(yōu)化，二襯施作前必須保證初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，初支變形控制指標(biāo)調(diào)整為:二次相對(duì)變形值的絕對(duì)值之差不大于1倍測(cè)量誤差(0.5～1.0 mm)，持續(xù)3個(gè)月時(shí)間相鄰兩次量測(cè)變形值絕對(duì)值之差均不大于1倍測(cè)量誤差，且變形無(wú)明顯增大或下降趨勢(shì)，方可施作二襯。襯砌厚度Ⅲ級(jí)圍巖拱墻厚度調(diào)整為35 cm，仰拱調(diào)整為45 cm，設(shè)置單層護(hù)面鋼筋；Ⅳ級(jí)圍巖拱墻厚度調(diào)整為40 cm，仰拱調(diào)整為50 cm，硬巖段采用合成纖維混凝土襯砌，軟弱圍巖采用鋼筋混凝土襯砌；Ⅴ級(jí)圍巖拱墻厚度調(diào)整為40 cm，仰拱調(diào)整為50 cm，采用鋼筋混凝土襯砌。

通過(guò)方案優(yōu)化，進(jìn)一步細(xì)化圍巖分級(jí)，加入穩(wěn)定性的判定，使各種支護(hù)措施更有針對(duì)性，在確保施工安全質(zhì)量的同時(shí)，隧道每延米造價(jià)降低3 000～5 000元，更經(jīng)濟(jì)合理，大大提高了隧道施工效率，有效節(jié)約了投資。

6 結(jié)論

鄭萬(wàn)項(xiàng)目機(jī)械化施工及信息化管理，經(jīng)過(guò)一年的摸索與實(shí)踐，機(jī)械化設(shè)備工裝配套已定型，工藝工法研究取得了一定成果，充分發(fā)揮出機(jī)械化施工優(yōu)質(zhì)、高效的優(yōu)勢(shì)；信息化管理平臺(tái)框架已基本形成，信息化管理各模塊貫穿現(xiàn)場(chǎng)，在建設(shè)管理中發(fā)揮著實(shí)際作用。下一步，鄭萬(wàn)項(xiàng)目將繼續(xù)堅(jiān)持“機(jī)械化與信息化深度融合”的理念，大力推行智能化機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，優(yōu)化信息化管理系統(tǒng)，助力施工生產(chǎn)建設(shè)，提升鄭萬(wàn)鐵路建設(shè)管理水平。