BIM与铁路隧道施工方案优化设计

1、吧BIM与铁路隧阿道施工方案优化蔼设计1、概述半随着我国高速铁罢路工程建设快速唉发展，尤其是铁扒路隧道施工高标暗准化建设，传统捌的隧道仰拱与仰霸拱填充施工工艺败不能满足隧道施芭工技术的发展，爱以及人们对仰拱耙混凝土外观质量巴、结构尺寸、线俺形控制、施工高凹效的需求。目前办，在铁路矿山法靶复合式衬砌隧道扳施工中，仰拱与阿仰拱填充多采用八传统的拼装小模案板的施工工艺，案存在人工安装费耙用高、设备工装敖低、施工质量低哀等问题，并且施瓣工进度难以保障吧，严重影响工期唉，常常导致隧道哎掌子面开挖安全胺步距超标、影响斑防水板和二次衬砌等后续工序的岸结构衔接质量和拌进度等问题。因巴此，仰拱与仰拱肮填充成为制

2、约隧啊道高质量快速施鞍工的控制性工序颁。罢BIM技术是以盎3D数字模型为昂基础，以三维模邦型的平、立、剖唉等视图联动设计靶方式，取代了传阿统的单视图线条叭式设计，以“所叭见即所得冶的形般式，把三维的设扮计思考变成可见稗的立体实物，提八供真正的三维方爸案可视化设计环靶境。利用BIM把模型，通过虚拟败现实技术对方案爸进行全方互动性摆的直观展现，推暗敲方案的合理性颁，提供在4D虚氨拟仿真环境中展罢示方案的方法与按流程。坝针对现状问题，哎结合施工工序管白理需求，利用B柏IM技术可视化阿、协同性、模拟澳性、优化性等手按段，开展隧道仰靶拱与仰拱填充快傲速施工装备与工八艺设计，具有重盎要的探索应用价般值。巴

3、2、基于BIM爱的施工方案设计昂原理鞍传统的施工方案瓣深化设计，是在阿二维的施工图上疤想象构思，利用盎以往的施工经验瓣，主观选择施工绊方案的装备、工靶艺等。但往往存捌在装备选型不合芭适、工艺繁琐或拜可行性差，以及背简单的错、漏、扳碰冶等深化设计版图纸问题。然而白，BIM的3D坝可视化设计环境绊和4D虚拟仿真邦环境，为施工方坝案的装备、工艺靶的设计优化、可岸行性验证提供了版技术途径。稗实现施工方案的肮3D可视化和4矮D虚拟仿真的基佰础，是建立能真癌实描述施工方案疤的三维数字模型，包括环境模型扒、结构模型和施耙工设施模型。其靶中，环境模型是罢施工方案的虚拟霸布置场地、前置鞍及后置施工工序百等环境影

4、响因素熬。结构模型是施柏工方案虚拟建造翱的工程结构实体班物。施工设施模摆型是施工方案采捌用的机械设备、盎模板、模具等作隘业设施，是BI氨M辅助施工方案般设计的关键。依哀据模型构件的施颁工动态逻辑关系霸，通过施工步序艾的时间任务项驱敖动模型构件，表艾达施工方案的虚岸拟建造过程。扳利用Autod岸eskRevi澳t、Navis啊works软件白实现施工方案可坝视化设计，具体艾方案如下：(1)通过Re懊vit建立三维搬数字模型，每一耙构件的属性信息挨应配置唯一的施把工步序参数，导班出NWC模型文肮件;白(2)利用Ex疤cel编辑每一岸施工步序的时间般任务项，具体包颁括任务名称、任邦务类型、开始时俺间

5、、结束时间、跋ID序列号等，班导出CSV文件败;袄(3)通过Na傲viswork疤s导入NWC模奥型文件和CSV半时间任务项数据班源文件，利用一挨定的自动关联规般则，使得模型构隘件与时间任务项傲一一对应关联，伴在Timeli柏ne虚拟仿真环敖境中进行时间任佰务项驱动模型的癌4D虚拟建造。碍图1为基于BI版M的施工方案可笆视化设计流程。昂同时，在BIM半的4D虚拟仿真凹环境中，可以进拌行实时交互的过艾程模拟，虚拟推昂演施工方案的过搬程，动态检查方案可行性以及存哎在的问题，优化扳施工装备、工艺背等。图2为基于把BIM的施工方挨案优化流程。艾3、3D模型协熬同设计百模型协同设计原半则：首先根据施俺工

6、现场环境条件懊，建立环境模型懊，形成虚拟真实奥的设计环境。然扳后建立结构模型罢，将未施工的结构物对象预设在百已有的施工环境爱中。最后在环境暗模型的作业空间袄允许界限内，结百合结构模型的施凹工需要，在同一暗设计环境中，进唉行施工设施模型鞍的可视化设计和爸虚拟仿真优化，傲从而实现施工方瓣案的模型协同设盎计效果。扮为了实现隧道仰啊拱与仰拱填充施啊工方案设计和可捌视化展示，需要拌利用Autod捌eskRevi板t软件建立以下扒3个模型：环境拔模型包括隧道初搬期支护、前方拱氨底土石方;结构奥模型包括仰拱、案仰拱填充;施工碍设施模型为仰拱扳与仰拱填充快速百施工台车。盎3.1.环境模氨型柏隧道初期支护、袄前

7、方拱底土石方瓣开挖，为仰拱与艾仰拱填充施工方疤案的前置施工工挨序。根据施工图霸芋级围岩芋b型伴衬砌断面，考虑吧施工工序划分原跋则，建立隧道初安期支护与拱底土坝石方模型，如图安3所示。需要注矮意的是，初期支拌护模型只需具有叭静态的施工环境瓣布置特征，不参哀与施工方案虚拟叭推演过程。而拱昂底土石方模型，皑需要反映出动态般开挖的过程，要搬赋予施工步序参懊数，构件的建模岸精度采用沿隧道暗轴向6m一段的班划分原则。八3.2.结构模扳型颁根据施工图芋级白围岩芋b型衬砌盎断面，考虑施工邦工序划分原则，背建立隧道仰拱与霸仰拱填充模型，佰如图4所示。其百中，仰拱的矮边癌墙高出填充面3鞍00mm，仰拱昂填充预留中

8、心盖阿板沟，仰拱采用胺C30混凝土，懊仰拱填充采用C爸20混凝土，两懊者相对独立浇筑皑。模型构件赋予安施工步序参数，疤建模精度采用沿搬隧道轴向6m一罢段的划分原则。奥3.3.施工设斑施模型疤隧道仰拱与仰拱百填充施工方案的班施工设施模型，岸是指仰拱与仰拱翱填充快速施工台岸车(简称仰拱台颁车)设计，主要斑包括模板系统与胺行走系统两部分矮设备。由翻转组傲合式仰拱模板、吧端头模板、中心蔼水沟模板构成的摆整体式模板系统败;由一对自行式柏桁架梁组成的独肮立行走系统。如翱图5所示。翱仰拱模板设计为版左右两幅翻转式白组合钢板，模板艾沿隧道轴向的长熬度为6m，由固懊定部分(与刚性半骨架刚接)和活吧动部分铰接组成

9、扳，安装、定位、凹拆除操作简便快疤捷，尤其减少了百固定部分钢板本隘身变形损伤，可拔很好地保证仰拱办矮边墙线形控制鞍。瓣端头模板由钢板隘和型钢梁组成，把与仰拱模板和中稗心水沟模板活动昂连接，同时在移绊动运载模架系统柏时，使模板系统傲形成为一个整体瓣，定位准确，移爱动就位快捷。耙独立行走系统的爱动力设备包括电摆葫芦和卷扬机(岸固定在后支座上芭)，由1对桁架版梁为模架系统提昂供滑行轨道。罢4、4D虚拟施矮工板4.1.建立虚般拟仿真环境捌通过Autod俺eskNavi斑sworks导入模型NWC文绊件，得到虚拟仿隘真环境下的模型版。利用Time跋liner模块啊添加施工步序时袄间任务项数据源敖CSV文

10、件，生安成虚拟环境下的拌时间任务项，并邦使用规则自动附癌着于模型，使得艾每一施工步序的拜时间任务项与模背型构件一一对应跋。模型赋予时间把属性后，生成虚拌拟仿真环境下由傲时间驱动的4D艾动态模型，从而把可进行施工方案鞍的虚拟推演。俺4.2.4D施熬工方案演示啊隧道仰拱与仰拱败填充施工方案的岸施工步序模拟过安程，具体如下：八(1)测量放样埃，模架系统就位埃;百(2)卷扬机驱唉动桁架梁向前行案走至下一循环位暗置;浇筑仰拱混昂凝土(图6(b邦);奥(3)手葫芦起坝吊、上翻仰拱压隘模活动板;安(4)浇筑仰拱稗填充;斑(5)电葫芦起熬吊端头梁、整体哎模架向前滑移6拔m，前方隧底砟拌石开挖;拌(6)电葫芦下

11、罢放端头梁，手葫斑芦下翻仰拱压模巴活动板耙。扳4.3.效果评氨价啊仰拱模板设计拔为翻转式组合钢盎板，由固定部分和活动部分铰接碍组成，实现仰拱笆与仰拱填充连续摆循环浇筑，保证矮仰拱矮边墙浇筑埃质量和线形控制按。端头模板依据熬仰拱与仰拱填充半的结构尺寸进行唉设计，模板底与艾仰拱中埋式止水阿带位置、形状一摆致，便于固定中熬埋式止水带，模翱板顶与仰拱填充八面高程一致，可半控制仰拱填充浇瓣筑高程。艾利用端头模架固坝定仰拱模架和中傲心水沟模架，组瓣成可拆卸式整体扳模板系统，依托盎独立的机械动力八行走设备，一次敖快速循环移动、凹精确定位，缩短吧支模时间，避免稗人工操作误差，坝保证洞内交通。翱仰拱作业面分为按

12、两个作业区流水芭施工，一是仰拱矮底部开挖(必要扒时绑扎仰拱钢筋板)作业区，二是隘仰拱与仰拱填充班连续浇筑作业区拔，大大缩短了循阿环作业时间。5、结论罢(1)利用BI坝M技术的3D可埃视化设计环境和拌4D虚拟仿真环霸境，建立了BI盎M辅助施工方案搬可视化设计和虚氨拟推演的方法和绊流程。巴(2)BIM辅扳助施工方案的三柏维数字模型设计扮，包括环境模型俺、结构模型和施吧工设施模型。利鞍用BIM模型，佰通过4D虚拟现熬实技术对施工方拌案进行全方位互搬动性的直观展现坝，优化施工方案巴的合理性。把(3)BIM辅版助铁路隧道仰拱翱与仰拱填充快速碍施工装备与工艺奥可视化设计，效隘果显著。BIM般辅助设计的仰拱

13、背台车能够很好应熬用于实际施工，斑对BIM技术在八隧道施工中的应扒用具有一定的参佰考价值。五、质量要求唉混凝土砌块施工佰质量要求应符合耙砌体工程施工奥质量验收规范按(颁GB50203笆-2002翱)靶的规定。项序检查项目允许偏差或允许值主控项目1砌块强度等级设计要求A3.52砂浆强度等级设计要求M53砌筑留搓第6.2.3条4水平灰缝饱满度80%5竖向灰缝饱满度80%6轴线位移10mm7垂直度小于等于3m5mm大于3m10mm一般项目1水平灰缝厚度竖向宽度812mm2基础顶面和楼面标高15mm3表面平整度清水：5mm 混水：8mm4门窗洞口5mm5窗口位移20mm6水平灰缝平直度 清水：7mm

14、混水：10mm六、工艺流程扒墙体放艾线扒搬制备砂哎浆笆版砌块排班列昂捌铺砂傲浆昂办砌块就八位柏肮校艾正班背砌筑镶澳砖柏矮勒缝七、操作工艺敖墙体放罢线般:氨砌体施工前胺，坝应将基础面或楼袄层结构面按标高找平搬，艾依据砌筑图放出拜第一皮砌块的轴阿线、砌体边线和懊洞口线。耙1佰、拌制砌筑砂浆版：白现场采用砂浆搅隘拌机拌合砂浆翱，盎严格按照配合比般配制。奥2岸、砂浆配合比用霸重量比半，按计量精度为扳：敖水摆泥邦摆2%哎、砂及掺合蔼料氨巴5%懊。昂3盎、砂浆组批原则罢及取样规定俺：跋以同一砂浆强度翱等级瓣，瓣同一配合比奥，岸同种原材料每一拜楼层或阿250m巴3捌砌体(板基础砌体可按一奥个楼层计把)蔼为一

15、个取样单位版，艾每取样单位标准八养护试块的留置绊不得少于一组邦(扳每跋组蔼3爸块拌)案。班干拌砂浆：同强笆度等级每坝400t百为一验收批叭，跋不足澳400t稗也按一批计。每皑批案从耙2澳0稗个以上的不同部摆位取等量样品。懊总质量不少于疤15k凹g八，碍分成两份伴，拔一份送试百，摆一份备用。背建筑地面用水泥耙砂浆袄，暗以每一层或皑1000m啊2佰为一检验批拜，背不足扮1000m挨2跋也按一批计。每坝批砂浆至少取样爸一组。当改变配绊合比时也应相应胺地留置试块。凹4背、搅拌机投料顺吧序罢：摆砂办埃水安泥矮背掺合唉料稗凹水。拌5叭、砌块排列绊：胺按砌块排列图在瓣砌体线范围内分氨块定尺、画线、办排列砌块

16、的方法白和要求如下奥：靶6扳、砌块排列上、熬下皮应错缝搭砌般，鞍蒸压加气混凝土耙切块搭接长度不摆小于砌块长度的阿l败/疤3吧，竖向通缝不能稗大于两匹。佰7半、内外墙长度大哎于罢5八M拔的单片墙和内外半墙交接处设构造碍柱。胺8傲、当砌体填充墙斑高度大暗于熬4叭m翱时应设钢筋混凝袄土圈皑梁扮.翱作法坝为氨:拌一内墙门洞上设疤一败道把,凹兼作过傲梁翱,背外墙窗及窗顶处靶各设一敖道扳,巴内墙圈梁宽度同霸墙阿厚版,凹高安度拜120mm.霸 笆外墙圈梁宽度见胺建筑墙身剖面搬图把,碍高芭度佰180mm霸.扮圈梁宽皑度安b240m摆m癌时，配筋上下艾各岸2扒肮1拔4爸，柏6癌霸200绊箍颁.背 拜圈梁兼作过梁

17、埃时俺,暗应在洞口上方按白过梁要求确定截熬面并另加钢败筋岸.败当墙高大碍于矮7般m八时，在门窗洞口昂顶及墙顶向昂下氨2.5袄m澳处各设一道圈梁巴，圈梁宽同墙宽，澳高叭18爸0癌，配筋上下凹各拌2哎挨1盎4霸，伴6疤瓣200伴箍。昂9扒、蒸压加气混凝吧土块水平缝宜暗为佰1.5c八m败左右，垂直缝在碍宜罢为邦2c盎m背。熬1敖0熬、砌块就位与校傲正：岸普通混凝土小型扮砌块不宜浇水；胺当天气干燥炎热芭时巴，拌可在砌块上稍加矮喷水润湿。轻集绊料混凝土小砌块爱施工前可洒水阿，啊但不宜过多。龄澳期不足柏28d澳及潮湿的小砌块挨不得进行砌筑。应采用主规格小肮砌块绊，埃小砌块的强度等肮级应符合设计要岸求笆，叭

18、并应清除砌块表绊面的杂物后方可矮吊运就位。砌筑扮就位应先远后近岸、先下后上、先扮外后内；每层开唉始时伴，哎应从转角处或定傲位砌块处开始；板应吊砌一皮、校翱正一皮俺，叭墙皮拉线控制砌癌体标高和墙面平坝整度。氨1背1氨、砌筑墙体要同挨时砌起班，埃不得留斜磋。每斑天砌筑高度不超百过澳1.8m瓣。败1挨2傲、转角及交接处奥同时砌筑柏，班不得留直磋芭，癌斜搓水平投影不昂应小于高度的熬2/3澳。拜八、成品保护措蔼施伴1佰、砌体材料运输靶、装卸过程中严哀禁抛掷和倾倒。半进场后把，爸要按品种、规格拌分别堆放整齐胺，暗作好标识把，白堆放高度不能超爸过昂2m熬。背2绊、砌体墙上不得邦放脚手架排木氨，傲防止发生事故。懊3爱、砌体在墙上支艾撑圈梁模板时隘，芭防止撞动最上一半皮砖。柏4搬、支完模板后耙，肮保持模内清洁邦，防止掉入砖头、案石子、木屑等杂捌物。袄5稗、墙体的拉结钢斑筋、框架结构柱肮预留锚固筋及各柏种预埋件、各种绊预埋管线等澳，蔼均要注意保护敖，芭严禁任意拆改或盎损坏。矮6班、砂浆稠度要适唉宜鞍，啊砌