信息化技术在大断面导流洞开挖管理中的应用实践

摘要：随着信息技术的飞速发展，其在工程建设领域的应用日益广泛。本文聚焦于大断面导流洞开挖管理，深入探讨信息化技术在此过程中的应用实践。详细阐述了大断面导流洞开挖管理的特点与挑战，分析了信息化技术在其中的应用价值，包括提高施工效率、保障施工安全、优化资源配置等方面。重点介绍了几种关键信息化技术如 BIM（建筑信息模型）技术、监测监控技术、施工进度管理软件在导流洞开挖管理中的具体应用方式与实际效果，通过实际案例展示了信息化技术应用所带来的显著优势，为大断面导流洞开挖管理的信息化发展提供了有益的参考与借鉴。

关键词：信息化技术；大断面导流洞；开挖管理；应用实践

一、引言

在现代水利水电工程建设中，大断面导流洞的开挖是一项复杂且关键的任务。其施工过程涉及到众多环节、大量的人员设备以及复杂的地质条件等。传统的管理模式在面对这些复杂情况时逐渐暴露出效率低下、信息传递不及时准确、难以进行精细化管理等问题。而信息化技术的出现为大断面导流洞开挖管理带来了新的契机，能够有效地整合各种资源与信息，实现施工过程的数字化、智能化管理，从而提高工程的质量、进度和安全水平。

二、大断面导流洞开挖管理的特点与挑战

1. 施工环境复杂

大断面导流洞通常穿越多种地质地层，如在某大型水利枢纽工程中，导流洞穿越了 5 种不同岩性的地层，包括砂岩、页岩、灰岩等，且存在多条断层和破碎带。地质条件的复杂性给开挖施工带来了极大的不确定性，容易引发塌方、涌水等地质灾害，增加了施工管理的难度。

2. 施工工序繁多

导流洞开挖涉及钻孔、爆破、出渣、支护等多个工序。例如，一个标准的大断面导流洞开挖循环中，钻孔作业可能需要 3 - 5 小时，爆破及通风散烟 1 - 2 小时，出渣作业 4 - 6 小时，支护作业 5 - 8 小时，各工序之间相互衔接紧密，任何一个环节出现延误都可能影响整个施工进度。

3. 施工强度大

为了满足工程总体进度要求，导流洞开挖往往需要在较短时间内完成大量的工程量。以某工程为例，其导流洞开挖月强度要求达到 3 - 5 万立方米，高峰期甚至更高。这就需要投入大量的人力、设备资源，并进行科学合理的调配与管理。

4. 安全风险高

由于施工环境和工序的复杂性，大断面导流洞开挖过程中存在较高的安全风险。如在爆破作业时，若炸药用量控制不当或爆破网络设计不合理，可能导致飞石伤人、爆破震动过大引发周边围岩失稳等事故；在出渣作业中，大型机械设备的频繁运行也容易引发碰撞等安全事故。据统计，在类似工程中，因施工安全管理不善导致的事故发生率约为 5% - 10%。

三、信息化技术在大断面导流洞开挖管理中的应用价值

1. 提高施工效率

通过信息化技术可以实现施工过程的精细化管理。例如，利用施工进度管理软件可以对各工序的时间节点进行精确规划与监控，及时发现工序延误并进行调整。在某工程中应用该软件后，导流洞开挖循环时间平均缩短了 10% - 15%，有效提高了施工效率。同时，信息化技术还能优化施工设备的调度，如采用智能设备管理系统，根据设备的工作状态、位置等信息，合理安排设备的使用，提高设备利用率。

2. 保障施工安全

监测监控技术在保障施工安全方面发挥着重要作用。例如，在导流洞内部布置多个传感器，包括位移传感器、应力传感器、渗压传感器等，可以实时监测围岩的变形、应力变化以及地下水渗流情况。一旦监测数据超过预警值，系统能够及时发出警报，以便施工人员采取相应的措施。如在某导流洞施工中，通过监测发现某段围岩位移有增大趋势，及时调整了支护参数，避免了塌方事故的发生。

3. 优化资源配置

借助信息化平台，可以对人力、材料、设备等资源进行统一管理与调配。例如，根据施工进度计划和实际施工情况，准确计算所需的材料用量和设备数量，避免资源的浪费和短缺。

4. 提升决策科学性

信息化技术能够收集、整理和分析大量的施工数据，为管理者提供全面、准确的决策依据。例如，通过对历史施工数据的分析，可以总结出不同地质条件下的最优施工参数，为后续施工提供参考。在某导流洞工程中，利用数据分析确定了特定地层的最佳爆破参数，使爆破效果得到显著提升，减少了超欠挖现象。

四、关键信息化技术在大断面导流洞开挖管理中的应用

1. BIM 技术在导流洞开挖管理中的应用

三维可视化模型构建：利用 BIM 软件，根据导流洞的设计图纸，构建精确的三维可视化模型。该模型不仅能直观展示导流洞的空间形状、尺寸，还能详细呈现地质结构，如地层分布、断层位置等。

施工方案模拟优化：在三维模型基础上，可以对不同的施工方案进行模拟。比如模拟不同的钻孔爆破方案，分析其对围岩稳定性、施工进度的影响。

碰撞检查与协调：在导流洞开挖过程中，涉及到众多的机械设备、管线等。利用 BIM 技术可以进行碰撞检查，提前发现可能存在的碰撞问题并进行协调。例如，检查出通风管道与出渣车辆行驶路线存在冲突，及时调整了通风管道的布置，避免了施工过程中的相互干扰。

2. 监测监控技术在导流洞开挖管理中的应用

传感器布置与数据采集：在导流洞围岩、支护结构等关键部位布置各类传感器。如在围岩表面每隔 10 - 15 米布置一个位移传感器，在支护锚杆上安装应力传感器等。通过数据采集系统，实时采集传感器数据并传输到监控中心。在某工程中，共布置了 50 多个位移传感器和 30 多个应力传感器，实现了对导流洞关键部位的全方位监测。

数据分析与预警：采用专业的数据分析软件对采集到的数据进行分析处理。设定合理的预警阈值，当数据超过阈值时，系统自动发出预警信息。例如，当围岩位移速率超过 5mm/d 时，系统发出黄色预警，当超过 10mm/d 时，发出红色预警，提醒施工人员及时采取加固措施。在实际工程中，通过及时的预警，成功避免了多起潜在的塌方事故。

监测数据反馈与施工调整：将监测数据及时反馈给施工管理团队，以便根据数据变化调整施工参数和方案。如根据围岩应力变化情况，调整支护的强度和密度；根据渗压数据，优化排水方案。在某导流洞施工中，根据监测数据反馈，将初期支护的锚杆间距由 1.2 米调整为 1.0 米，有效控制了围岩变形。

3. 施工进度管理软件在导流洞开挖管理中的应用

施工计划编制与分解：利用施工进度管理软件，根据导流洞的总工期要求和施工工艺特点，编制详细的施工计划。将总计划分解为月计划、周计划甚至日计划，并确定各工序的时间节点和逻辑关系。例如，某导流洞工程总工期为 18 个月，通过软件分解为 18 个月度计划，每个月度计划又进一步分解为若干个周计划，明确了每周的钻孔、爆破、出渣等工序的任务量。

进度跟踪与动态调整：在施工过程中，通过软件实时跟踪各工序的实际进度，与计划进度进行对比分析。一旦发现进度偏差，及时分析原因并进行动态调整。如因地质条件变化导致某段钻孔作业延误，软件通过重新计算，调整后续工序的时间安排，如适当延长爆破作业时间、增加出渣设备投入等，确保总工期不受太大影响。在某工程中，通过多次进度调整，最终导流洞提前 1 个月完成开挖任务。

五、结论

信息化技术在大断面导流洞开挖管理中的应用实践表明，其能够有效应对导流洞开挖过程中的各种复杂情况和挑战。通过提高施工效率、保障施工安全、优化资源配置和提升决策科学性等多方面的作用，为大断面导流洞工程的顺利实施提供了有力的支持。在未来的工程建设中，应进一步加大信息化技术的研发与应用力度，不断完善信息化管理体系，推动大断面导流洞开挖管理向更加智能化、精细化的方向发展，为水利水电工程建设的高质量发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 钟登华. 重大水利水电工程施工实时控制关键技术及其工程应用[J]. 中国科学： 技术科学， 2019， 49（02）： 167 - 180.

[2] 周创兵. 水电工程高陡边坡全生命周期安全控制研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2022， 41（01）： 1 - 18.