解亞龍,王萬齊,周 平,劉 偉,宋樹寶

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司電子計算技術(shù)研究所,北京 100081； 2.中國鐵路廣州局集團有限公司江門工程建設(shè)指揮部,廣東江門 529000； 3.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司,北京 100081)

引言

近年來，我國水下隧道特別是高鐵水下隧道建設(shè)逐漸增多，大量水底隧道的成功修建，促進了我國水下隧道建設(shè)技術(shù)水平的提升。孫飛祥等[1]針對水下隧道盾構(gòu)法與礦山法對接施工過程中可能發(fā)生的風(fēng)險和防控措施進行了論證；李昌友等[2]針對水下隧道施工過程中突泥突水與塌方風(fēng)險，利用模糊綜合層次模型建立了評估算法，對水下隧道施工風(fēng)險預(yù)判和評估起到了一定作用；張健[3]利用風(fēng)險管理的理念，系統(tǒng)識別了南湖路湘江隧道的施工風(fēng)險，建立了風(fēng)險清單，開展綜合風(fēng)險評價，指導(dǎo)隧道施工；盧浩等[4]對水下盾構(gòu)法施工安全風(fēng)險評估進行了探討，利用肯特指數(shù)法建立評估模型，取得一定效果。由于水下隧道的施工風(fēng)險大，地質(zhì)條件復(fù)雜、影響因素多等問題，很多學(xué)者開展了相關(guān)研究，但在水底隧道的智能化應(yīng)用實踐方面還未見報道。結(jié)合珠江口隧道施工特點，系統(tǒng)提出水下隧道智能化方案，為后續(xù)水底隧道施工提供借鑒和參考。

在隧道施工掘進過程中，地質(zhì)條件一直是制約隧道開挖施作的一個重要影響因素，“地質(zhì)情況像玻璃一樣透明”一直是隧道施工和維護人員的夢想[5]，因此，建立一個多維度、數(shù)字化、可視化的隧道工作面模型和隧道地質(zhì)模型，實現(xiàn)隧道地質(zhì)特征的可視化，是實現(xiàn)隧道全壽命周期管理的前提條件。

鐵路隧道在勘察設(shè)計完成后，對于施工人員來講，仍然存在很多不可知因素和許多不透明的情況。因此，在施工過程中采用邊施工邊探測地質(zhì)的方法，利用超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)素描、圍巖監(jiān)測等手段，進一步掌握隧道地質(zhì)情況，同步形成建設(shè)過程真實可追溯的信息。當(dāng)隧道竣工時，隧道地質(zhì)未知因素逐漸降低為零，通過信息化手段集成過程資料，能夠給運維單位交付一個完整、透明、全面的數(shù)字化隧道信息模型，是透明隧道的初衷。

1 透明隧道全域模型

眾所周知，隧道結(jié)構(gòu)體系是由圍巖和支護結(jié)構(gòu)共同組成的，其中，圍巖是主要的承載元素，支護結(jié)構(gòu)是輔助性的，但通常也必不可少，在某些情況下，支護結(jié)構(gòu)起主要承載作用。圍繞隧道施工管理，開挖區(qū)域的地質(zhì)情況仍存在不透明且不確定性的問題，因此，提出透明工作面的概念。透明工作面的提法源于“透明地球”的概念，是地球物理探測理論及技術(shù)在隧道開挖掘進領(lǐng)域的具體應(yīng)用和體現(xiàn)，透明工作面利用物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)手段，在隧道開挖過程中，構(gòu)建實時數(shù)據(jù)支撐的動態(tài)透明數(shù)據(jù)模型，降低或解決隧道地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不可預(yù)見性導(dǎo)致的各類施工風(fēng)險，指導(dǎo)隧道開挖工作。

對運維養(yǎng)護人員，引起隧道病害的施工過程質(zhì)量和襯砌背后的地質(zhì)情況往往存在不透明和不可知的問題。為完整解決這一問題，圍繞隧道全壽命周期管理提出透明隧道的概念，利用物聯(lián)網(wǎng)、AI、BIM仿真、三維成像等各類新技術(shù)，在隧道施工過程中同步動態(tài)采集、整理、重組各類地質(zhì)信息、施工過程信息及養(yǎng)護維修信息，形成綜合性隧道數(shù)字模型，為隧道全壽命周期管理提供方便、全面、準(zhǔn)確的隧道三維數(shù)據(jù)模型，輔助隧道施工運維決策智能化。

在實際隧道運維工作中，受限于沒有真實、準(zhǔn)確的隧道地質(zhì)資料，只有勘察設(shè)計資料，而勘察設(shè)計資料往往存在勘察設(shè)計深度不足，不能代表真實的隧道情況。因此，在隧道發(fā)生病害進行診斷和整治時往往缺乏真實的數(shù)據(jù)支撐，在長大隧道運維中尤其凸顯，成為制約隧道運維的關(guān)鍵因素。隧道施工過程中，及時采集圍巖變化的情況，通過地質(zhì)素描技術(shù)，形成真實的地質(zhì)情況描述，不但可以指導(dǎo)隧道施工，而且在隧道竣工時，可形成“一隧一圖”的完整地質(zhì)資料，在竣工交付時能夠為運維單位提供一個真實完備的隧道地質(zhì)三維描述圖，為隧道后期健康狀態(tài)評估、健康趨勢分析提供真實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。一旦施工期間未采集這個信息，則隧道地質(zhì)資料可能會永久缺失。因此，在施工階段真實、及時地采集地質(zhì)數(shù)據(jù)成為一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在隧道竣工時形成一個隧道全壽命周期追溯系統(tǒng)，記載每個循環(huán)的地質(zhì)情況、圖片信息、素描情況，初支情況、襯砌情況，施工冷縫的處理情況等，附加勘察設(shè)計資料，整體形成一個隧道建造全過程系統(tǒng)，作為隧道運維的初始狀態(tài)或零點狀態(tài)，為隧道長期運維管理開個好頭，解決隧道運維“先天不足”的問題。由于珠江口隧道特殊性，將來必定是運維管理的重點和難點，建立全過程的透明隧道系統(tǒng)是非常關(guān)鍵且必要的。

2 透明隧道平臺技術(shù)架構(gòu)

透明隧道本質(zhì)上是隧道全過程、全壽命周期的信息化管理，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從信息系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)來看，基本上分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層，數(shù)據(jù)匯集交付和全壽命周期應(yīng)用等，具體見圖1。

圖1 透明隧道平臺的技術(shù)架構(gòu)

(1)感知層是透明隧道感知信息的觸手，是整個體系的基礎(chǔ)，通過采集隧道施工、運維過程中的人員、裝備、材料、環(huán)境、檢測過程等信息，為決策分析和應(yīng)用提供支撐。感知層負責(zé)數(shù)據(jù)采集，主要包括作業(yè)過程數(shù)據(jù)采集及檢測、量測數(shù)據(jù)采集。

作業(yè)過程數(shù)據(jù)包括裝備動態(tài)感知和人工作業(yè)記錄兩種方式，其中，裝備動態(tài)感知數(shù)據(jù)具有采集頻率高、數(shù)據(jù)量大等特征，是整個作業(yè)過程中最為詳盡的過程記錄，且數(shù)據(jù)連續(xù)，其詳細記錄了智能施工裝備各項系統(tǒng)運轉(zhuǎn)實測值、參數(shù)、狀態(tài)等信息，根據(jù)智能施工裝備的作業(yè)特征，借助平臺系統(tǒng)各數(shù)據(jù)接口，以某個采集頻率對數(shù)據(jù)進行采樣、量化、編碼，并按照某種特定的規(guī)則進行數(shù)據(jù)清洗與轉(zhuǎn)換，形成滿足數(shù)據(jù)分析計算要求的格式，通過計算分析來表征圍巖、支護和機械狀態(tài)。以鑿巖臺車施工為例，通過采集鉆進參數(shù)等鉆孔日志相關(guān)數(shù)據(jù)，上傳至平臺后進行數(shù)據(jù)分析，用于圍巖的智能分級。人工作業(yè)記錄以工序?qū)憣崬橹?，通過在每個工序施工過程中及時進行文字、照片、視頻等記錄，并形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)表格，方便統(tǒng)計分析。

檢測及量測數(shù)據(jù)是指施工前測量放樣的數(shù)據(jù)以及施工后工程實體部位的檢測數(shù)據(jù)，借助各類測量儀器、作業(yè)臺車、檢測臺車，對隧道表面、輪廓、預(yù)埋件進行定位、測試、掃描等操作，并對結(jié)果進行采樣、編碼、清洗、轉(zhuǎn)換形成的數(shù)據(jù)。例如，采用激光點云掃描系統(tǒng)快速形成點云數(shù)據(jù)，及時進行數(shù)據(jù)處理和分析，實現(xiàn)隧道超欠挖分析、凈空分析，支持隧道開挖、初支、襯砌等工序的凈空缺陷定位，方量和襯砌厚度計算和全息變形監(jiān)測等，實現(xiàn)檢測智能化和便捷化。

(2)傳輸層是連接感知層和應(yīng)用層的紐帶，將感知層采集的信息通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行匯集、上傳，供進一步分析及利用。傳輸層的主要技術(shù)包括無線自組網(wǎng)、超級WiFi、互聯(lián)網(wǎng)、5G、無線中繼等。

(3)應(yīng)用層是智能施工的大腦，將現(xiàn)場采集的海量數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析，形成業(yè)務(wù)領(lǐng)域的信息化應(yīng)用。應(yīng)用層是透明隧道主要的功能體現(xiàn)和關(guān)鍵價值信息的來源，應(yīng)用圍巖自動識別、地質(zhì)預(yù)報、三維激光點云掃描、BIM技術(shù)、圖像自動識別等技術(shù)，實現(xiàn)鉆爆法隧道、盾構(gòu)隧道的安全風(fēng)險、施工進度、工序質(zhì)量、變更設(shè)計等智能化管理。

通過施工階段持續(xù)不斷的采集和匯總數(shù)據(jù)，形成隧道地質(zhì)的數(shù)字化成果，經(jīng)過數(shù)據(jù)重組和整理后，為隧道全壽命周期管理提供透明準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資產(chǎn)視圖。

實現(xiàn)隧道的智能化施工，圍巖智能判識與識別是其中的關(guān)鍵一項，尤其是采用機械化配套的隧道施工管理中，通過超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，結(jié)合全電腦三臂鑿巖臺車隨鉆參數(shù)采集和分析[6-7]，快速地質(zhì)素描等技術(shù)，實現(xiàn)對掌子面信息、圍巖堅硬程度與破碎情況、地下水與空洞發(fā)育情況等圍巖信息的智能化采集，建立“地質(zhì)預(yù)報+鉆進參數(shù)+素描照片∞圍巖級別”的樣本庫，應(yīng)用支持向量機、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種機器學(xué)習(xí)算法建立圍巖智能分級模型[8]，研制圍巖自動識別和地質(zhì)分析軟件，快速生成隧道地質(zhì)云圖，直觀反映掌子面、洞身周圍的圍巖巖性和裂隙發(fā)育情況，技術(shù)方案見圖2。

圖2 圍巖智能分級系統(tǒng)技術(shù)方案

對于機械化配套不足的隧道施工管理，無法通過鉆機參數(shù)采集地質(zhì)信息，通過超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)形成地質(zhì)斷面圖[9-11]，同時應(yīng)用基于圖像識別的隧道掃描儀對掌子面拍照，自動提取掌子面節(jié)理發(fā)育等信息，定量計算巖體的完整程度，自動實現(xiàn)圍巖分級，快速形成地質(zhì)成像，通過持續(xù)不斷的掌子面成像，形成隧道全息地質(zhì)影像成果資料，實現(xiàn)隧道地質(zhì)影像的三維重構(gòu)。

同時，建立常用的隧道BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，利用參數(shù)化建模技術(shù)，實現(xiàn)隧道(洞門、洞身、附屬設(shè)施、支護結(jié)構(gòu)等重點部位)快速建模，基于地質(zhì)斷面圖或鉆孔建立真實的三維地質(zhì)模型，集成地質(zhì)預(yù)報信息(掌子面素描、鉆探、TSP、地質(zhì)雷達等)，為決策者提供地質(zhì)情況的綜合分析報告，支持地質(zhì)模型的任意剖切，集成施工測量信息和施工過程質(zhì)量信息，實時匯集各類施作質(zhì)量數(shù)據(jù)，形成完整、準(zhǔn)確、全面的隧道設(shè)計、施工全過程資料，形成了全過程的透明隧道三維模型，具體見圖3。

圖3 隧道地質(zhì)云圖模型

3 應(yīng)用驗證

3.1 工程概況

珠江口隧道工程項目位于東莞、廣州之間的珠江入?？?，是新建深圳至江門鐵路的控制工程，隧道全長13 690 m，是目前國內(nèi)隧道礦山法施工最深的水下隧道。由于本項目工程地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，岸線以內(nèi)港口、碼頭、航道、錨地眾多，擬采用“淺埋明挖法+兩端盾構(gòu)法+中間礦山法”組合方案進行施工，隧道縱斷面見圖4。

圖4 珠江口隧道縱斷面示意(單位：m)

隧道淺埋段及工作井采用明挖法施工，并根據(jù)水文地質(zhì)情況及埋深確定圍護結(jié)構(gòu)形式，主體結(jié)構(gòu)采用模筑混凝土襯砌。

盾構(gòu)法區(qū)段水下最大埋深約93 m，隧底最大水頭差106 m；礦山法段水下最大埋深約104 m，隧底最大水頭差約115 m，因此，控制好高水壓盾構(gòu)密封技術(shù)是當(dāng)前必須解決的難題，盾構(gòu)掘進既有長距離穿越硬巖地層，也有長距離穿越的軟硬不均地層，長距離軟硬不均掘進對刀盤的強度要求極高。

礦山法段隧道最大水下埋深約104 m(國內(nèi)最深礦山法隧道)，存在多個斷層破碎帶，經(jīng)過圍巖斷層破碎帶風(fēng)化槽時，水壓高，水量大，將可能發(fā)生涌泥、涌砂、突水、冒頂?shù)陌踩L(fēng)險。

3.2 透明隧道的智能化實踐

由于珠江口隧道特殊復(fù)雜的工程特點，面臨較大的工期、安全和質(zhì)量管理壓力，需借助信息化手段，對隧道施工過程開展全程監(jiān)測和管控，提高施工管理的智能化水平；同時，利用各個工序的信息系統(tǒng)形成完整真實的數(shù)字化寫實和記錄，為隧道全壽命周期管理提供三維的管理手段。

珠江口隧道全壽命周期透明管理的總體技術(shù)框架如圖5所示。

圖5 珠江口隧道全壽命周期透明管理方案

(1)勘察地質(zhì)成果管理

勘察地質(zhì)成果主要通過工程地質(zhì)圖和地質(zhì)模型的方式表達隧址范圍內(nèi)地質(zhì)變化和風(fēng)險情況，實現(xiàn)地質(zhì)模型，地質(zhì)風(fēng)險、地質(zhì)圖等資料的關(guān)聯(lián)管理，構(gòu)建了隧道初期數(shù)字化的地質(zhì)資產(chǎn)，為施工方案提供指導(dǎo)。在后期施工過程中，需融合超前地質(zhì)預(yù)報、高清掌子面素描矢量圖，掌子面開挖揭示的斷面地質(zhì)信息，動態(tài)更新地勘階段的地質(zhì)模型信息，實現(xiàn)對隧址范圍內(nèi)地質(zhì)模型更新。

(2)明挖段安全監(jiān)測

明挖段和工作井段，由于基坑開挖過程中，周邊地層透水性強，地面荷載過大，容易出現(xiàn)基坑失穩(wěn)的情況。因此，需嚴(yán)格安全監(jiān)測，應(yīng)用基坑監(jiān)測系統(tǒng)，確?；邮┕ぐ踩?，同時，及時進行圍護結(jié)構(gòu)施工。

深基坑工程施工時，監(jiān)測工作是重中之重，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式普遍存在監(jiān)測頻率不足、數(shù)據(jù)失真、監(jiān)測隨意、風(fēng)險提醒不夠及時、直觀等問題[12]。通過建立珠江口隧道明挖段和工作井段基坑監(jiān)測系統(tǒng)，以BIM模型為載體，融合多種監(jiān)測數(shù)據(jù)，將施工過程基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至集成化管理平臺，通過BIM模型展示基坑安全狀態(tài)。針對不同的數(shù)據(jù)預(yù)警發(fā)布對應(yīng)的處置指令，糾正現(xiàn)場施工偏差，確保基坑安全穩(wěn)固，達到“實時感知風(fēng)險、快速預(yù)報風(fēng)險、形象展現(xiàn)風(fēng)險、有效控制風(fēng)險”的目標(biāo)。深基坑監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 深基坑監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

(3)盾構(gòu)段智能化管理

盾構(gòu)段根據(jù)工程特點，需在盾構(gòu)掘進、管片拼裝、壁后注漿3個環(huán)節(jié)加強智能化管控[13-14]，同時加強出土量監(jiān)測和二次注漿監(jiān)測。

① 盾構(gòu)機監(jiān)控

建立盾構(gòu)施工信息監(jiān)控系統(tǒng)，通過高頻次采集盾構(gòu)機各子系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)，對盾構(gòu)機工作狀態(tài)、軸力、扭矩、掘進速度、注漿量等參數(shù)進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)盾構(gòu)隧道掘進過程中盾構(gòu)機掘進參數(shù)的實時監(jiān)控[15-16]，并根據(jù)地質(zhì)變化、隧道埋深、上方荷載、地表沉降、盾構(gòu)機姿態(tài)、刀盤扭矩、千斤頂推力等各種數(shù)據(jù)信息，隨時調(diào)整盾構(gòu)機參數(shù)，正確下達推進指令；同時提醒盾構(gòu)機操作人員須嚴(yán)格執(zhí)行指令，謹慎操作，對初始出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時糾正，盡量避免盾構(gòu)機走“蛇”形，盾構(gòu)機一次糾偏量不宜過大，以減少對地層的擾動。

同時，通過數(shù)據(jù)接口的形式，將盾構(gòu)機監(jiān)控室數(shù)據(jù)傳送至互聯(lián)網(wǎng)，讓用戶通過電腦隨時隨地查看盾構(gòu)機推進參數(shù)，實現(xiàn)施工方為主體，多方共同監(jiān)管的模式。

② 管片生產(chǎn)及拼裝全過程管理

管片是盾構(gòu)施工的主要裝配構(gòu)件，是隧道的最內(nèi)層屏障，用來抵抗土層壓力和地下水壓力，因此，管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量和安全，影響隧道的防水性和耐久性。

為確保管片生產(chǎn)、運輸和拼裝質(zhì)量，采用管片生產(chǎn)及拼裝管理系統(tǒng)，利用二維碼對每片管片進行唯一性的身份標(biāo)識，通過移動端APP或PC端的質(zhì)量填報系統(tǒng)，實現(xiàn)管片生產(chǎn)各工序物資信息、試驗信息、生產(chǎn)進度、成品把控、產(chǎn)能分析、管片生產(chǎn)臺賬、檢驗批生成等信息綜合分析管理，實現(xiàn)隧道管片拼裝質(zhì)量信息、管片橢圓度、管片病害以及成環(huán)隧道軸線偏差等質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化分析，將現(xiàn)場管片拼裝質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳至云端協(xié)同管理平臺，全面掌握盾構(gòu)管片生產(chǎn)進度、質(zhì)量和工效。

(4)鉆爆法段智能化管理

本段鉆爆段隧道按Ⅰ型機械化配套施工，Ⅲ級圍巖盡量采用全斷面法開挖，Ⅳ級地段采用微臺階法施工(當(dāng)掌子面穩(wěn)定性差時，對掌子面超前加固)，Ⅴ級圍巖一般地段采用三臺階臨時仰拱法開挖，Ⅴ級圍巖斷層破碎帶、風(fēng)化槽采用CRD法施工。

鉆爆法施工作業(yè)線主要分為超前支護作業(yè)線、開挖作業(yè)線、初期支護作業(yè)線和二次襯砌作業(yè)線，根據(jù)機械化配套程度，Ⅰ型機械化配套在超前支護、開挖和初期支護作業(yè)線配置了全電腦三臂鑿巖臺車，鉆爆段的智能化方案如下。

①超前地質(zhì)預(yù)報及圍巖自動分級

利用超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的采集信息，結(jié)合智能鑿巖臺車自動上傳超前鉆孔的隨鉆參數(shù)和掌子面地質(zhì)素描的三維成像信息，輸入圍巖智能分級系統(tǒng)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的收斂模型，自動判斷掌子面前方地質(zhì)情況[17]。

②爆破開挖智能化及信息自動采集

利用三維激光掃描軟件及圍巖智能分級系統(tǒng)，對上循環(huán)開挖斷面超欠挖情況和圍巖情況進行綜合分析，動態(tài)調(diào)整周邊眼間距、周邊眼及輔助眼裝藥量，周邊眼開孔位置等爆破參數(shù)，利用長短眼技術(shù)，減小因鉆桿外插角過大造成的超挖。

③其他智能化手段

襯砌施工階段采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集頂部壓力、拱頂空洞、澆筑方量、端部搭接、自動振搗等數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)襯砌作業(yè)的智能化施工。

利用工序循環(huán)系統(tǒng)開展工序循環(huán)寫實，開展大數(shù)據(jù)分析，堅持問題導(dǎo)向，協(xié)助施工單位持續(xù)改進隧道施工管理、設(shè)備管理和勞務(wù)管理，持續(xù)提升施工效率。

利用火工品管理系統(tǒng)，實現(xiàn)火工品存、領(lǐng)、用等流程管理和特種運輸車輛軌跡跟蹤，給現(xiàn)場管理提供抓手，實現(xiàn)爆破管理規(guī)范化和信息化。

結(jié)合BIM模型對圍巖分級結(jié)果進行展示，通過顏色對風(fēng)險等級進行區(qū)分，形成隧道地質(zhì)云圖，支持施工建議和屬性信息的快速查詢。

(5)鉆爆法與盾構(gòu)法對接段三維仿真

鉆爆段通過斜井向兩側(cè)施工，礦山法先施工至對接里程、擴挖盾構(gòu)機接收洞室，盾構(gòu)機空推至接收洞室內(nèi)解體運出，可能存在由于對接面兩側(cè)的水土壓力不平衡，隧道貫通過程中開挖面失穩(wěn)破壞的情況。利用BIM技術(shù)對礦山法和盾構(gòu)法施工對階段的施工工藝進行虛擬仿真模擬，對施工方案進行比選，保障施工安全，提升對接精度。

(6)全壽命周期透明管理

應(yīng)用全壽命周期透明隧道管理系統(tǒng)，通過勘察地質(zhì)成果的三維表達與管理，利用BIM模型數(shù)據(jù)集成的特點，持續(xù)集成隧道開挖揭示的地質(zhì)情況、掌子面影像和自動素描照片[18-19]，以及隧道圍巖分級系統(tǒng)結(jié)果，形成同一個里程斷面上設(shè)計與實際地質(zhì)情況的比對。通過構(gòu)建技術(shù)動態(tài)調(diào)整隧址范圍內(nèi)的BIM模型，通過顏色、紋理展示隧道揭示的地質(zhì)情況，結(jié)合專家分析系統(tǒng)，給出該地質(zhì)情況下的施工措施和方案。集成隧道地質(zhì)預(yù)報結(jié)果、地質(zhì)影像與視頻、地質(zhì)素描云圖、圍巖變形情況、襯砌施工情況等信息，不斷積累沉淀各工序施作過程中采集的施工過程數(shù)據(jù)，按照“隧道—工點—里程段落”和“勘察—施工—運維”兩種維度組織形成不同斷面里程上全壽命周期的隧道數(shù)字資產(chǎn)。同時，將設(shè)計里程轉(zhuǎn)換為運營里程，按照運維管理的跨度重組數(shù)據(jù)，服務(wù)隧道全壽命周期管理，最終形成寶貴的服務(wù)全壽命周期管理的透明隧道數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為日后長達數(shù)十年的養(yǎng)護維護、病害整治提供真實、準(zhǔn)確、可透視的依據(jù)[20]。

4 應(yīng)用效果

珠江口隧道是典型的水下隧道，施工方法分為明挖法、盾構(gòu)法及鉆爆法，采用透明隧道的智能施工技術(shù)，在隧道施工進度水平，超欠挖控制、變形量控制、隧道安全風(fēng)險管控、全生命周期的地質(zhì)信息采集方面取得了較好的應(yīng)用效果。同時，堅持工序循環(huán)寫實記錄，圍繞施工管理要點，制定關(guān)鍵指標(biāo)，配套相關(guān)的獎懲制度，提升隧道施工精細化管理水平，隧道智能建造的效果逐漸顯現(xiàn)。目前，隧道正處在施工階段，同步積累了寶貴的隧道地質(zhì)和施工過程資料，必將在隧道運維和全壽命周期管理方面發(fā)揮巨大價值。

5 結(jié)論

結(jié)合我國鐵路隧道施工和維護的現(xiàn)狀和需求，特別是針對隧道地質(zhì)情況的不可控、不透明、不掌握完備信息問題，提出了透明隧道、透明工作面的概念和技術(shù)架構(gòu)，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、BIM仿真、三維成像、圖像識別等各類新技術(shù)，在隧道施工過程中同步動態(tài)采集、整理、重組各類施工環(huán)境、工程地質(zhì)、施工過程及養(yǎng)護維修信息，形成綜合性的全壽命周期隧道模型，形成“一隧一圖”的三維數(shù)字檔案。以珠江口隧道為例，利用勘察地質(zhì)成果管理，實現(xiàn)隧址范圍內(nèi)數(shù)字化可視化的地質(zhì)風(fēng)險圖譜，在勘察地質(zhì)的基礎(chǔ)上，分別針對明挖段、盾構(gòu)段、鉆爆法段以及對接段提出了較為全面的智能化手段。結(jié)合施工過程中超前地質(zhì)預(yù)報信息、隨鉆參數(shù)信息和掌子面地質(zhì)素描信息，應(yīng)用圍巖智能分級系統(tǒng)，綜合判斷掌子面前方地質(zhì)情況，降低施工風(fēng)險，積累了大量施工過程的有效數(shù)據(jù)，既提高施工管理水平，同時整體匯集成隧道全壽命透明可信的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，有效提升隧道施工運維的管理效率，是鐵路智能建造體系的深化和隧道智能運維的數(shù)據(jù)基座。