[00144608]公路隧道建设中数字化技术应用研究

1.通过建立公路隧道三维数字化平台,实现了公路隧道三维仿真空间信息系统。建立了具有标准化的公路隧道三维空间数据管理、数据采集、数据处理和大型应用系统开发的全方位的地理信息平台。 2.施工过程数字化专题研究成果： （1）课题分析了电法、瞬变电磁法、地质雷达等常用地球物理方法和、地质编录法进行超前地质预报的预报优缺点,对长短结合的超前地质预报方法进行了大量现场试验,分析了超前地质预报的精度和可靠性。 （2）利用GIS二次开发组件产品Super Map Objects和Delphi开发工具,以工程平面图、工程纵面图、工程断面图以及监测设计图为基础,建立了隧道施工监测信息与工程环境信息的可视化图形平台－“隧道施工监测电子地图”。 （3）鉴于隧道工程条状分布特点,提出了采用里程信息替代常规三维坐标来标识隧道位置以及施工进度方法,使得测点信息、工程信息、地层信息与环境信息能够有机地结合起来,提高了快速查询与信息全面分析和反馈的效率。 （4）基于Access数据库引擎,通过对监测项目及数据类型的分类,设计了各类监测项目与工程环境信息的数据表结构,并编制了数据库管理系统,实现了对各类基本数据库的编辑、查询、统计以及导入、导出等数据交换功能;在此基础上根据隧道变形监测的类型,选择确定了隧道收敛、拱顶下沉、纵向沉降与横向沉降等几种常用的回归公式,结合隧道施工结构变形控制基准,实现了变形预测和可视化预警功能。 （5）针对日常监测工作的需求,编制了能够快速实现数据录入、编辑、查询、自动计算、绘图和报表生成的监测数据处理与分析功能模块,满足了日常高效监测工作的需求,较大程度地提高了日常监测的工作效率。 （6）利用SuperMap Objects的符号设计功能,根据隧道监测项目种类,设计并创建了监测测点的符号库,并在测点布置中实现了选择和调用,并以武水高速公路白云隧道为工程背景,通过软件设计与程序编制和基于施工监测电子地图、工程环境数据库、施工监测数据库的创建和应用,建立了实用公路隧道施工监测可视化信息系统。 （7）以白云隧道为工程背景,通过ANSYS商用软件对不同衬砌类型段监控量测数据,进行了反演分析和优化设计,结果表明反馈设计是有益和有效的。 （8）公路隧道施工模型试验研究。依据模型试验建立的方法及相似理论,结合模型试验的关键参数、数据采集、分析等,实现隧道施工模型试验的模拟。完成了“公路隧道模型试验应用操作指南”的制定。 （9）公路隧道施工过程的数值模拟技术研究。根据不同工况条件下（包括不同施工方法、施工工艺、支护参数对开挖、支护过程）,建立不同的计算分析模型（包括本构关系、边界、单元、附加条件）,选择合理的计算方法（迭代方法和刚度奇异的处理）以及计算软件,对隧道施工过程进行数值模拟。分析隧道施工过程中围岩应力、初期支护内部应力、二次衬砌内部应力、锚杆轴力、围岩位移、围岩塑性区的分布等的发展过程和特点,研究分析结构共同作用的稳定性。为优化施工工序和支护参数提供了参考。 （10）隧道灾害数据信息库理论的研究。数据信息数据的收录,整理是个庞杂的过程具有模糊性和分散随即性。通过数据库理论研究,采用统一标准规定,建立E-R关系模型,数据表结构来指导整个数据库的建立。这个方法的采用有一明显优点,即所有的隧道信息均与隧道名有着联系（隧道名作为主建）,所有其它信息会随着隧道名的修改而变化。 （11）量测项目数据回归分析研究。施工监测是地下工程施工中重要环节之一,通过监测把分析把结果再反馈与施工中去。通过对量测项目的选择,记录相应的量测数据,在进行量测回归分析,并得出相应回归方程及误差极限,可以预测围岩的进一部变形情况和灾害发展情况。该研究成果将为以后的工程提供很好的指导借鉴作用。 （12）灾害危险性等级评估分析方法。结合前人研究的成果,在此基础上提出简单评估分析方法。基于目前尚不能提供一个适用各类灾害统一的评估标准（灾害的发展状况不一,隧道的具体施工状况不一等原因）,因此通过统计分析把隧道各类灾害中共性的数据作为分析评估标准。这一开发研究起到了很好的效益。 （13）模糊综合评判法的应用。针对灾害影响因素的无法定性、定量的表示而开发的层次分析法,很好的解决了因素间错综复杂的关系。通过具体工程实践证明,运用建立的多层次模糊综合评判模型对隧道施工灾害等级进行评判,具有客观性、准确性和有效性,能够为后期的灾害治理提供可靠的依据。作为一个隧道施工灾害大小的评判方法,该方法将是一个有效的评判方法。 （14）综合处置方案的确定。针对不同灾害给出具体的处置方案建议,以及在治理灾害中应注意的事项。使用户不需去查阅大量文献与资料就能得出此灾害的治理法则和关键环节所在。 3.公路隧道项目管理数字化研究成果 （1）公路隧道工程建设项目质量管理研究。依据《公路工程质量检验评定标准》应用数据库技术、网络技术、编程技术和多媒体等技术,用计算机语言实现标准自动化,同时根据对理论的研究提出建养结合的新思路,使得业主、施工单位、监理单位和养护单位的链条不再脱节,保证了在隧道施工期产生的病害到运营期后及时准确的进行检查、跟踪;在运营期产生的病害能够找到隧道施工期工程的质量状况是否影响病害的产生。 （2）公路隧道工程建设项目费用管理数据化研究。依据白云隧道工程用表,应用数据库技术、第三方软件技术和网络等技术,采用统一标准规定,建立E-R关系模型,用数据表结构来指导整个数据库的建立。根据详细设计规格说明书构建系统框架,根据工程用表的签报特点,利用系统多用户管理的特点实现签报管理。 4.公路隧道运营管理数字化研究成果 （1）通过研究、分析隧道相关标准、各种相关公路工程技术标准和国家、交通行业标准的指标要求,研究制定了公路隧道数据采集编码集和公路隧道编目编码集,为国内其他隧道管养单位开发隧道养护管理系统数据库提供了依据。 （2）深入分析了我国现行的《公路隧道养护技术规范》,结合编制的公路隧道数据采集指南和编目编码集,通过对用户的需求分析,建立了公路隧道养护管理系统、公路隧道巡检系统和公路隧道数据库。从而实现了公路隧道的养护管理数字化。 （3）总结了当前已有公路隧道技术状况评价方法研究,研究制定出了公路隧道技术状况评价方法和评价模型。为隧道管养单位全面了解隧道的安全状况提供了决策支持。 （4）本专题以公路隧道为研究对象,针对目前隧道常见的几种病害为例,分别介绍了病害种类、分析了各种病害机理和成因,并结合最新的规范、规则和工程实际给研究出一套隧道病害的养护对策,为隧道病害的养护管理提供了有利的参考价值。