摘 要在当前我国高速公路隧道的建设当中，信息化技术无疑是隧道工程发展的全新方向，这其中包括隧道的动态设计、信息化管理以及施工信息化等方面内容，运用便捷、适用性强，是未来高速公路隧道建设的主要方法之一。本文从公路隧道信息化设计与施工的基本思路入手，通过数值模拟、现场检测等获得信息的手段，对信息化设计在公路隧道中的过程中的应用进行了分析，希望能给高速公路隧道建设带来一定帮助。
关键词公路隧道；信息化技术；动态设计
中图分类号U455文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)041-0172-02
随着隧道工程理论体系的不断丰富，我国公路隧道建设的前进步伐越来越快，同时也形成了以勘察、设计与施工为工程核心内容的主流思想，在传统模式下，地质勘察工作不直接参与工程的设计和施工，其作用仅仅是为设计工作提供大量的工程环境信息，这导致了工程的勘察、设计和施工三方面工作脱节，直接损害了工程的经济效益，甚至还因为质量安全问题引发了一系列的工程事故，对工程的顺利开展造成了极多不便。为此，现代的理论研究结果表明，在公路隧道建设中应该应用信息化的设计技术，在工程施工的全过程中时刻掌握监测工作的布置、工程资料的收集和更新，并在第一时间反映到设计当中，优化工程建设。
1信息化设计研究的意义
近几年来，由于国内经济发展需求以及交通需要，高速公路隧道工程的开展如火如荼，我国在针对公路隧道设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对隧道受力与变形的控制，这就导致了隧道造价普遍过高的现象。公路隧道设计作为工程实施的基础条件，对整个公路隧道系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标、线状工程平面定位及竖向标高定位等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到隧道围岩结构复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场监测与信息反馈等较为少见，这就间接体现了公路隧道建设在信息化技术上存在的
不足。
由于公路隧道工程的隐蔽性较强，修建过程中存在着大量的不确定因素，导致隧道出现事故的情况时有发生。在理论上分析，由于公路隧道横断面在工程中所表现的特殊性，因此，在很大程度上，信息化的设计给公路隧道工程带来了一定的时代挑战意义，而信息化技术在施工中的应用无疑决定着信息设计的优劣与否，它一方面对公路隧道的施工产生影响，另一方面也决定着隧道的设计方案。所以说，根据功力隧道工程的现场量测数据与资料，建立一套系统、方便实用的隧道围岩参数位移反演方法和围岩结构支护数值模拟分析方法，势必有利于公路隧道建设的技术经济效益，对公路隧道工程的设计将会有非常好的借鉴与指导意义。
2信息化设计的基本原理
高速公路隧道工程是国家建设的重点项目，直接关系到国民生计，社会责任不可谓不大，其建设规模大、投资多、周期长，参与建设单位间的关系复杂，给工程的设计与施工工作带来了很多难题。信息的收集、整理和反馈是信息化设计的核心内容。在高速公路隧道建设过程中，工作人员结合最初的地质勘探资料，通过现场监测获取围岩力学、支护工作以及施工技术等相关信息，再利用数值模拟、理论计算等信息技术最终明确设计方案，并多方位地对获得的信息实施整理和分析，以此判断围岩和支护设施的工作状态以及稳定性能，再反馈到设计与施工内容中去，优化和改进隧道建设任务，并保证隧道在今后的运营使用中投入监控设备进行安全判定，以满足隧道安全运营的目标。
同其他的地面工程相比较，公路隧道工程的差异在于，它允许地质勘察、设计、施工等工作在工程设计与施工阶段交叉进行。在对施工场地地质调查工作结束后，它按照数值模拟分析或施工经验开展预设计工作，并初步确定支护系数；紧接着，再根据监测所得信息，对设计和预设施工计划实施调整和修正。与传统模式下的“新奥法”想必，信息化设计与施工的不同之處在于它大量地使用了现代信息技术，比如电脑软件模拟、数据更新等信息化手段；而“新奥法”在反馈数据时，多数使用的是传统的量测工具。由此可见，在公路隧道建设中，信息化的设计无疑是新时代的一大趋势，也是未来工程所要采用的主要手段之一。
3信息化设计在施工中的应用
3.1数值模拟技术
随着电子信息时代的到来，计算机在全球范围内的使用越来越广，这也推动了工程数值模拟理论方法的迅猛发展，这一阶段，数值模拟技术也不断成熟，其优点是可以对施工环境下的复杂地质条件（介质的非均质特性、不连续性和各向异性等因素）进行综合考虑。其应用步骤大抵可以分为四个阶段，即工程地质调研阶段、概念模型抽取阶段、力学模型建立阶段、数值计算以及结果检验阶段。数值模拟技术可以将工程结构同岩土整合起来并建立理论模型，通过“仿真试验”获取最佳设计方案。
当前工程领域研究岩土时基本上采用的方法是有限元法（Finite Element Method），这种方法对工程的适应能力强，不但可以处理理想模型，还能对非线性体、非均匀体以及复杂的边界问题进行建模求解，可以说是一种效率非常高的方法，在经历了将近六十年的发展，有限单元技术已经十分成熟，在岩土工程的每个领域都获得了大量的使用。但不得不说的是，在针对工程岩体力学问题上，一般的数值模拟技术往往会比其他方法复杂很多，在这种情况下，研究一种新的简单可行的数值方法就成为了学术领域迫切要研究的重点课题。
在公路隧道施工阶段，对于岩土地质变形而导致土层规律发生变化时，及时修改施工方案无疑是重要手段之一，在这种土质变化的不确定性因素下，数值模拟技术远远不能仅靠简单的运算就能解决所面临的问题，它更多地是要进行野外地质调查，到室内试验研究、计算模拟、地质力学模型抽取以及野外验证的全过程，在很大程度上，其准确性与可靠性都决定了工程对地质认识的正确性。
3.2监测技术
作为信息化设计的关键性内容，信息的获得无疑至关重要，而获得信息的主要手段就是监测技术。一般而言，通过地质勘察所得到的资料我们可以初步确定设计和施工方案，进而在施工过程中根据工程地质、施工方法等内容，开展反馈分析等工作，修正初步设计方案和施工方法，以保证工程按照最优的设计与施工方案进行。因此，监控工作的重要性也就显而易见了。
针对我国隧道建设中的一些不安全因素，如围岩变形致使衬砌开裂、隧道塌方、隧道渗水等不利于工程实施的一系列现象，对我国经济建设造成了重大损失。监测技术在工程施工上的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以很好地掌握围岩和支护结构的工作状态，利用测量数据对设计进行整改，并指导施工作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给隧道的安全施工提供信息，将工程的事故突发率降至最低；在分析处理量测数据后，通过反馈上来的信息，可以很好地保障施工环境的安全与稳定；另外，通过积累相关的工程资料，也可以作为以后相似工程的实施的重点依据。
现场监测作为信息化设计的重要环节，直接左右着信息的来源渠道，可以毫不过分地说，监控量测技术和仪器的好坏直接影响到信息化设计与施工的实施。它是监督设计施工的法眼，是监视围岩状态的有力手段，更是公路隧道建设中不可或缺的内容。总而言之，现场监测内容涵盖了地质与支护的现状观察、位移监测、应力与应变监测、围岩扰动及弹性波测试、支护质量检查等等，至于具体的量测手段、工具和时间，要根据工程现场具体要求而设定。
3.3地质超前预报技术
地质超前预报在公路隧道建设中可以有很多种体现手法，比如说硐探、物探、钻探和地质综合判定等。地质超前预报技术是为了检查清楚已开挖的水文地质特征与前方地质构造特征，并适当地提出一些施工意见，用以保障隧道的施工环境安全，尽可能地减少因支护不当或地质问题而引发的塌方，更好地为公路隧道建设提供服务。但是，随着信息技术的迅猛发展，物探技术越来越成熟，尤其是物探仪器设备的小型化、便携化使得物探设备在隧道开挖有限的空间范围内进行工作更加快捷迅速，使得配合开挖施工进行实时超前预报成为可能。
4结束语
由上述可知，隧道工程本身具有一定特殊性和复杂性，因此，采取信息化设计与施工无疑是必要的，这种施工思路既可做到安全施工，也可带来可观的社会效益与经济效益。需要声明的是，信息化设计与施工在我国尚处于起步阶段，理论和实践都需要更深一步的研究，通过数值模拟等技术进行实施，这是该信息化设计在未来时间里的重要发展方向。
参考文献
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