蔣小銳，劉建友，高宇宇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

引言

隨著地下空間的開(kāi)發(fā)與利用，為滿(mǎn)足使用功能，越來(lái)越多的大跨度、大斷面地下工程開(kāi)始修建，特別是水電站地下廠房、軌道交通地下車(chē)站以及多線的鐵路隧道工程，這些地下工程主要采用明挖法或淺埋暗挖法施工，機(jī)械化水平較低[1-3]，部分采用TMB法和盾構(gòu)法，基本上已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、工廠化施工[4-5]。通過(guò)近年來(lái)不斷探索和實(shí)踐，地下工程建設(shè)逐步采用全工序機(jī)械化施工，鄭萬(wàn)高鐵研制開(kāi)發(fā)了全系列隧道智能裝備，基本實(shí)現(xiàn)了全工序機(jī)械化、全地質(zhì)機(jī)械化、全斷面施工和全過(guò)程、全方位信息化管理[6-7]。機(jī)械化、信息化是國(guó)際地下工程發(fā)展的方向，也是實(shí)現(xiàn)隧道全生命周期智能化建設(shè)的關(guān)鍵。

京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站“三縱三橫布置”層次多、洞室數(shù)量大、交叉節(jié)點(diǎn)密集，是目前國(guó)內(nèi)最復(fù)雜的暗挖洞群車(chē)站。為響應(yīng)鐵路總公司提出的“精品工程、智能京張”總體目標(biāo)，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站搭建了深埋超大跨地下車(chē)站智能建造體系，在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)與智能工程機(jī)械裝備結(jié)合的基礎(chǔ)上，研發(fā)了隧道圍巖智能化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)、隧道三維集成協(xié)同智能設(shè)計(jì)、隧道開(kāi)挖及支護(hù)智能化施工系統(tǒng)、隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了隧道全生命周期的智能化建造。隧道智能建造技術(shù)在京張高鐵的成功應(yīng)用，提高了我國(guó)隧道安全建設(shè)的技術(shù)水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能勘察

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站穿越地層圍巖主要為花崗雜巖，發(fā)育閃長(zhǎng)玢巖脈及花崗斑巖脈，總體圍巖穩(wěn)定性較好，但受巖脈穿插切割的影響，部分段落巖體軟弱破碎，穩(wěn)定性差。車(chē)站圍巖級(jí)別變化頻繁且突然，施工過(guò)程中易引起滑塌，因此超前地質(zhì)預(yù)報(bào)尤為重要[8-10]。車(chē)站研究復(fù)雜洞室群的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，采用超前水平鉆法結(jié)合數(shù)字式全景鉆孔攝像系統(tǒng)，觀測(cè)和分析鉆孔中地質(zhì)體的各種特征，并充分發(fā)揮超前導(dǎo)洞或臨近洞室的作用，研發(fā)掌子面自動(dòng)素描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了掌子面圍巖等級(jí)快速準(zhǔn)確鑒定。

1.1 超前水平鉆及孔內(nèi)攝像快速直觀超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

結(jié)合數(shù)字式全景鉆孔攝像系統(tǒng)的超前水平鉆孔法，可快速、直觀的完成風(fēng)化槽等復(fù)雜地段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，本工程采用數(shù)字全景鉆孔攝像系統(tǒng)對(duì)大跨北京端進(jìn)行試驗(yàn)。

數(shù)字式全景鉆孔攝像系統(tǒng)通過(guò)電纜將數(shù)字全景探頭放入工程鉆孔中，來(lái)獲取鉆孔內(nèi)巖壁的光學(xué)圖像。全景探頭自帶光源，對(duì)孔壁進(jìn)行實(shí)時(shí)照明和拍攝，孔壁圖像經(jīng)錐面反射鏡變換后形成全景圖像，在連續(xù)捕獲方式下，全景圖像被快速地還原成平面展開(kāi)圖，并實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，用于現(xiàn)場(chǎng)記錄和監(jiān)測(cè)。在靜止捕獲方式下，全景圖像被快速地存儲(chǔ)起來(lái)，用于現(xiàn)場(chǎng)的快速分析和室內(nèi)的統(tǒng)計(jì)分析，所有的光電信號(hào)都可以通過(guò)電纜傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他存儲(chǔ)設(shè)備，并利用系統(tǒng)自制軟件進(jìn)行分析處理，以觀測(cè)和分析鉆孔中地質(zhì)體的各種特征和細(xì)微變化，為工程提供直觀和豐富的地質(zhì)信息。

1.2 超前導(dǎo)洞法地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站主洞數(shù)量多、洞型復(fù)雜，超大跨多導(dǎo)洞開(kāi)挖，施工中輔助洞室也較多。因此，充分發(fā)揮超前導(dǎo)洞或臨近洞室的作用，采用以地質(zhì)素描、加深炮孔為主，輔以物探，進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法尤為重要。

在輔助導(dǎo)洞或超前導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)對(duì)導(dǎo)洞的工程、水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)觀察和編錄，并反復(fù)核實(shí)和修正勘察報(bào)告內(nèi)容，最終的勘察報(bào)告為車(chē)站提供設(shè)計(jì)并指導(dǎo)隧道正洞的施工。

(1)通過(guò)導(dǎo)洞地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的詳細(xì)素描，提出正洞施工中的注意事項(xiàng)，如斷層構(gòu)造產(chǎn)狀、性質(zhì)、延伸等特征，指出這些構(gòu)造在正洞可能出現(xiàn)的里程位置及其對(duì)開(kāi)挖和初期支護(hù)的影響。

(2)通過(guò)導(dǎo)洞的水文地質(zhì)特征提出正洞水文地質(zhì)情況、節(jié)理裂隙的導(dǎo)水性，計(jì)算涌水量，從而使設(shè)計(jì)施工做好隧道水害的應(yīng)急預(yù)案。

(3)通過(guò)導(dǎo)洞圍巖級(jí)別、測(cè)定圍巖有關(guān)的物理力學(xué)參數(shù)，分析正洞圍巖級(jí)別分布情況及圍巖的突變性。

1.3 掌子面自動(dòng)化素描系統(tǒng)

基于隧道掌子面地質(zhì)工作的重要性及因其專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度高、時(shí)效性強(qiáng)等因素導(dǎo)致該項(xiàng)工作難以開(kāi)展，提出了掌子面圖像識(shí)別代替人工素描的方法[11]。受隧道環(huán)境的影響(光線、粉塵等)導(dǎo)致圖像不清晰及二維圖像缺失深度信息導(dǎo)致圖像識(shí)別準(zhǔn)確率受限，掌子面自動(dòng)化素描系統(tǒng)采用多圖像立體重建技術(shù)或三維激光掃描技術(shù)，實(shí)景復(fù)制(真實(shí)記錄)隧道開(kāi)挖情況，從三維宏觀把控大的地質(zhì)構(gòu)造、二維微觀深度學(xué)習(xí)兩方面提高圖像識(shí)別的準(zhǔn)確率，如圖1所示。其次，結(jié)合巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD概念判識(shí)巖體完整程度，結(jié)合其他指標(biāo)進(jìn)行圍巖分級(jí)。最后，流程化、程序化掌子面地質(zhì)工作，并研發(fā)了隧道掌子面地質(zhì)信息系統(tǒng)TK-FGIS及掌子面地質(zhì)素描工裝設(shè)備CameraPad，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)三維地質(zhì)重構(gòu)、自動(dòng)結(jié)構(gòu)面參數(shù)提取、自動(dòng)圍巖分級(jí)、自動(dòng)報(bào)表及三維成果展示等功能，如圖2所示。

圖1 圖像識(shí)別效果(隧道掌子面)

圖2 沿里程方向隧道地質(zhì)切片3D實(shí)景再造

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用，該系統(tǒng)可普遍應(yīng)用于隧道勘察，應(yīng)用效果如下。

(1)完成隧道掌子面地質(zhì)自動(dòng)素描、自動(dòng)圍巖分級(jí)、自動(dòng)報(bào)表，大大降低了隧道地質(zhì)專(zhuān)業(yè)工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，解決了人工素描工作流于形式的問(wèn)題。

(2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或手機(jī)程序，實(shí)時(shí)推送隧道掌子面地質(zhì)信息，讓參建各方實(shí)時(shí)掌控隧道地質(zhì)信息。

(3)隧道掌子面地質(zhì)信息實(shí)時(shí)共享，便于及時(shí)、有效地調(diào)整施工工藝(支護(hù)參數(shù)、工法等)以適應(yīng)地層變化，實(shí)現(xiàn)了隧道掌子面異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警與處置等。

2 智能設(shè)計(jì)

由于八達(dá)嶺長(zhǎng)城站地理位置特殊、社會(huì)影響廣泛，車(chē)站主體為地下雙層、立體交錯(cuò)、多洞分離式群洞，其修建具有周邊環(huán)境敏感性強(qiáng)、客流及交通組織復(fù)雜、洞群設(shè)計(jì)及施工難度大等難點(diǎn)。八達(dá)嶺長(zhǎng)城站車(chē)站設(shè)計(jì)響應(yīng)智能京張理念，開(kāi)展站房智能建筑設(shè)計(jì)、站房土建裝修一體化設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)防災(zāi)救援設(shè)計(jì)，為地下車(chē)站突發(fā)情況提供安全保障。

2.1 隧道橫斷面智能設(shè)計(jì)

山嶺鐵路隧道橫斷面設(shè)計(jì)主要包括隧道襯砌設(shè)計(jì)圖、配筋設(shè)計(jì)圖、鋼架設(shè)計(jì)圖等，主要由AutoCAD輔助繪制完成。這些圖在不同圍巖級(jí)別的形式基本相同，只是參數(shù)有一定差別，整個(gè)繪圖過(guò)程模式基本固定，適合程序化。為此對(duì)AuotCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，研發(fā)山嶺鐵路隧道橫斷面輔助設(shè)計(jì)軟件，將隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓圖、襯砌設(shè)計(jì)圖、配筋設(shè)計(jì)圖、鋼架設(shè)計(jì)圖等參數(shù)化，實(shí)現(xiàn)山嶺鐵路隧道橫斷面的智能設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 軟件主菜單功能說(shuō)明

山嶺鐵路隧道橫斷面輔助設(shè)計(jì)軟件結(jié)合隧道專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)理論，將隧道橫斷面歸結(jié)為雙線復(fù)合襯砌、雙線偏壓、雙線單壓、單線復(fù)合襯砌、單線偏壓、單線單壓共6種形式，將參數(shù)劃分為繪圖位置、內(nèi)輪廓、外輪廓、鋼筋、開(kāi)挖輪廓、鋼架表格共6類(lèi)。根據(jù)設(shè)置好的參數(shù)，只需點(diǎn)擊菜單，軟件便可完成相應(yīng)功能，全自動(dòng)繪制所需圖形和自動(dòng)生成工程量統(tǒng)計(jì)表，生成圖表過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，提高軟件的易用性和快捷性。

2.2 基于BIM的智能設(shè)計(jì)

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站洞室數(shù)量多，洞形復(fù)雜，為了準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)施工中的三維空間信息，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站應(yīng)用BIM技術(shù)，從勘察設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)字化智能化管理。車(chē)站BIM模型搭建了多專(zhuān)業(yè)協(xié)作的統(tǒng)一平臺(tái)(圖4)，使建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水等各專(zhuān)業(yè)基于同一個(gè)模型進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的三維集成協(xié)同設(shè)計(jì)，直觀呈現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)的沖突。同時(shí)，BIM模型優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化的管理，三維可視化、構(gòu)件化的設(shè)計(jì)，三維數(shù)字化模擬施工，為勘察—設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)營(yíng)—管理提供了可視化、智能化的統(tǒng)一管理平臺(tái)。

圖4 八達(dá)嶺長(zhǎng)城站整體BIM模型

2.3 智能防災(zāi)救援系統(tǒng)

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站軌面埋深達(dá)102 m，旅游高峰時(shí)期，大客流集中于深埋地下車(chē)站中，一旦發(fā)生火災(zāi)，需確保旅客能夠快速疏散，同時(shí)救援車(chē)輛能夠及時(shí)到達(dá)。車(chē)站首次采用疊層通道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站客流均勻無(wú)交叉，設(shè)置了立體環(huán)形的疏散救援廊道(圖5)，提供了緊急情況下快速無(wú)死角救援的條件。施工期間疏散救援廊道作為施工斜井，提供了全方位多通道的施工作業(yè)面，實(shí)現(xiàn)了安全快速施工。

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站利用BIM、3D GIS、互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)建立了三維可視化防災(zāi)救援智能指揮系統(tǒng)(圖6)，實(shí)現(xiàn)了智能化的煙氣控制、疏散指揮、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)預(yù)案提供等目標(biāo)。防災(zāi)救援智能指揮系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、匯總地下站、隧道各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備、客流監(jiān)測(cè)信息分布獲取、集中管理、綜合運(yùn)用，全面掌握災(zāi)害狀態(tài)。同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了及時(shí)準(zhǔn)確的三維可視化災(zāi)害報(bào)警和預(yù)警功能，并將預(yù)警信息送至路局救援指揮中心，是現(xiàn)代化高鐵運(yùn)營(yíng)管理中不可缺少的重要技術(shù)保障。

圖5 環(huán)形快速救援系統(tǒng)

圖6 防災(zāi)救援智能指揮系統(tǒng)

3 智能施工

隧道大型機(jī)械化施工是國(guó)際地下工程發(fā)展的方向，也是鐵路建設(shè)保證安全、質(zhì)量，控制運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。八達(dá)嶺長(zhǎng)城站采用大型機(jī)械智能化施工，研發(fā)智能化開(kāi)挖及支護(hù)機(jī)械設(shè)備，包括隧道智能模板臺(tái)車(chē)、襯砌智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)等，開(kāi)挖迅速、支護(hù)及時(shí)，從而充分發(fā)揮圍巖的自承能力；同時(shí)，車(chē)站基于BIM模型，通過(guò)人員-車(chē)輛-設(shè)備的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，建立高效的運(yùn)輸管理體系，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地下車(chē)站人流-物流的高效協(xié)調(diào)和智能施工組織。

3.1 智能模板臺(tái)車(chē)

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站兩端設(shè)置大跨過(guò)渡段，大跨過(guò)渡段總長(zhǎng)度336 m，最大斷面(寬32.7 m)通過(guò)5次漸變至最小斷面(寬19.0 m)，普通的襯砌臺(tái)車(chē)通過(guò)加寬、加高門(mén)架橫梁和增加頂模板實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的斷面增大[12-14]，并不適用于八達(dá)嶺長(zhǎng)城站大跨過(guò)渡段，因此研發(fā)了臺(tái)車(chē)骨架立柱設(shè)計(jì)為橫向可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的智能模板臺(tái)車(chē)。

智能模板臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)選擇增加門(mén)架立柱、加寬門(mén)架橫梁、補(bǔ)充支撐結(jié)構(gòu)、增加頂模板共同作用的方式實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)斷面的調(diào)節(jié)，如圖7所示。臺(tái)車(chē)骨架立柱設(shè)計(jì)為橫向可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)橫移油缸使其間距實(shí)現(xiàn)變化，模板設(shè)計(jì)為多段式，通過(guò)各自模板對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整至理論設(shè)計(jì)輪廓線，變斷面時(shí)增加或減少預(yù)先設(shè)計(jì)的拱頂調(diào)節(jié)模，以完成變斷面隧道可調(diào)式襯砌臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)。

圖7 智能模板臺(tái)車(chē)橫斷面結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

3.2 智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)

在國(guó)內(nèi)鐵路隧道施工中，襯砌施工后一般采用自然養(yǎng)護(hù)，個(gè)別項(xiàng)目采用簡(jiǎn)單的噴水養(yǎng)護(hù)，這些養(yǎng)護(hù)方法受外界環(huán)境以及人為因素影響較大，難以保證襯砌的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量[14-16]。研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種用于隧道襯砌養(yǎng)護(hù)的專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備，屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。隧道襯砌智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)設(shè)備包含2組臺(tái)車(chē)，施工時(shí)緊跟襯砌澆筑模板臺(tái)車(chē)，前端第一臺(tái)具備加升溫、保溫、保濕功能，第二臺(tái)具備保溫、加濕功能，如圖8所示。智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)主要由門(mén)架形式結(jié)構(gòu)、霧化系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、氣囊密封系統(tǒng)、智能溫濕度控制系統(tǒng)等組成。襯砌臺(tái)車(chē)脫模行走后，智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)同軌行走就位，密封氣囊隔絕封閉，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的混凝土芯部溫度及變化趨勢(shì)設(shè)定好加熱系統(tǒng)的溫度及時(shí)間，保證對(duì)襯砌混凝土芯部與外表的溫差進(jìn)行彌補(bǔ)；同時(shí)，根據(jù)養(yǎng)護(hù)傳感器監(jiān)控養(yǎng)護(hù)濕度是否超設(shè)定值，加濕系統(tǒng)對(duì)混凝土表面進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)濕。

圖8 智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)

智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)彌補(bǔ)了以往養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)的不足，可以進(jìn)行養(yǎng)護(hù)溫度曲線設(shè)定，自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)溫度，襯砌養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)自動(dòng)化程度高，減少人工操作的難度，提高了二襯養(yǎng)護(hù)技術(shù)的機(jī)械化和自動(dòng)化，提高了襯砌混凝土的施工質(zhì)量。隧道襯砌智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)的推廣應(yīng)用，將終結(jié)長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)隧道襯砌養(yǎng)護(hù)不規(guī)范的歷史，大大提高隧道襯砌混凝土的質(zhì)量。

3.3 人機(jī)定位管理系統(tǒng)

隧道施工人員及設(shè)備位置監(jiān)測(cè)安全管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)人機(jī)定位管理系統(tǒng))是在第二代無(wú)線射頻(RFID)識(shí)別技術(shù)平臺(tái)基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功研發(fā)的綜合管理平臺(tái)，采用了目前國(guó)際上先進(jìn)的0.18 μm微波芯片技術(shù)。人車(chē)定位系統(tǒng)集隧道施工人員考勤、區(qū)域定位、安全預(yù)警、災(zāi)后急救、車(chē)輛管理和交通疏解、日常管理等功能于一體(圖9)，是國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先、運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)化的隧道施工、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖9 智能化定位和施工組織管理平臺(tái)

人車(chē)定位管理系統(tǒng)使管理人員能夠隨時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備的分布狀況和每個(gè)人員和設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡，便于進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理；隨時(shí)獲取各種施工車(chē)輛位置和運(yùn)行情況，動(dòng)態(tài)進(jìn)行交通運(yùn)輸管理和指揮，減少堵車(chē)、保障車(chē)輛運(yùn)輸安全。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，救援人員也可根據(jù)隧道施工人員及設(shè)備位置監(jiān)測(cè)安全管理系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)人員的位置情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

4 智能監(jiān)測(cè)

超大跨隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)率先在八達(dá)嶺地下車(chē)站的建設(shè)中成功應(yīng)用，該智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在隧道施工和運(yùn)營(yíng)期對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行全壽命周期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器終端進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)反饋和潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)警，為施工期和運(yùn)營(yíng)期的隧道安全提供了保障。

4.1 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)錨桿、錨索、噴射混凝土、鋼架、二次襯砌以及圍巖進(jìn)行應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)，對(duì)地下車(chē)站、隧道圍巖及結(jié)構(gòu)的各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，并以各類(lèi)圖形化展示和顯示，對(duì)各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到地下車(chē)站、隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生異常時(shí)，及時(shí)給出預(yù)警，如圖10所示。

圖10 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能框圖

4.2 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

圍巖及結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)由單一的洞周收斂監(jiān)測(cè)擴(kuò)展為多角度的圍巖及結(jié)構(gòu)的變形及受力監(jiān)測(cè)，做到了數(shù)據(jù)及時(shí)采集、分析、反饋、預(yù)警。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為多層架構(gòu)體系，分為用戶(hù)界面、處理核心、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)底層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)庫(kù)層，共由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、曲線繪制模塊、結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)模塊、設(shè)備管理模塊和用戶(hù)管理模塊六大模塊構(gòu)成，如圖11所示。

圖11 隧道圍巖智能監(jiān)測(cè)技術(shù)架構(gòu)

5 結(jié)論

隨著機(jī)械化、信息化的深度融合，在將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)與智能工程機(jī)械裝備結(jié)合的基礎(chǔ)上，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站構(gòu)建了深埋超大跨地下車(chē)站智能建造體系，實(shí)現(xiàn)隧道智能化勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)，取得了以下創(chuàng)新性研究成果。

(1)研發(fā)了基于掌子面自動(dòng)化素描系統(tǒng)的定量化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，該技術(shù)為基于地質(zhì)前饋進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)變更提供詳實(shí)準(zhǔn)確資料，真正使隧道信息化設(shè)計(jì)、施工的理念落地，實(shí)現(xiàn)了隧道智能化勘察設(shè)計(jì)。

(2)基于BIM技術(shù)的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同智能化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了信息共享和無(wú)損傳遞，為勘查-設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)營(yíng)-管理提供了可視化、智能化的統(tǒng)一管理平臺(tái)，提高了工程設(shè)計(jì)與施工的質(zhì)量和效率，大幅節(jié)約項(xiàng)目成本，提升科學(xué)決策和管理水平。

(3)開(kāi)發(fā)了山嶺鐵路隧道橫斷面輔助設(shè)計(jì)軟件，使整個(gè)繪圖過(guò)程程序化、智能化，并首次采用疊層通道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站客流均勻無(wú)交叉，利用BIM、3D GIS、互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)建立了三維可視化防災(zāi)救援智能指揮系統(tǒng)，設(shè)置了立體環(huán)形的疏散救援廊道，提供了緊急情況下快速無(wú)死角救援的條件。

(4)研發(fā)了智能模板臺(tái)車(chē)與養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)，并基于BIM模型構(gòu)建人員-車(chē)輛-設(shè)備的實(shí)時(shí)人機(jī)定位管理系統(tǒng)，建立高效的運(yùn)輸管理體系，車(chē)站實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地下車(chē)站人流-物流的高效協(xié)調(diào)和智能施工組織。

(5)構(gòu)建了圍巖及結(jié)構(gòu)的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保了復(fù)雜圍巖條件下長(zhǎng)、大隧道及隧道群的施工期和運(yùn)營(yíng)期安全，并將準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和預(yù)警性與隧道施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，并為隧道安全運(yùn)營(yíng)提供支撐。