隧道仰拱施工工程(BIM辅助铁路隧道施工方案优化设计案例？)

隧道仰拱施工工程

操作方法

01先对施工现场勘察，然后设计具体的方案，然后就开始对仰拱部位进行操作，采用台阶式方式开挖。

02仰拱的基本结构完成后，要先对各部位进行检测并且保证其内部无任何杂物后才能开始其他的支护结构施工。支护结构是用钢拱架构成的。

03然后开始初仰拱初衬砼的施工工作，这个过程一般采用喷洒的方式进行，所形成的仰拱初衬砼厚度需要根据实际情况而定。

04再开始二衬仰拱的施工，上面步骤完成并检测合格后，先把钢筋插入边墙，再把钢筋上的杂物处理干净就可以进行仰拱砼的浇注，最后再进行仰拱顶填充砼的施工就可以了。

05最后就可以进行非拱面的施工了，施工前必须确定施工面清洁没有杂物，然后填充的工作和上述供面的方法一样。

BIM辅助铁路隧道施工方案优化设计案例？

1概述
随着我国高速铁路工程建设快速发展，尤其是铁路隧道施工高标准化建设，传统的隧道仰拱与仰拱填充施工工艺不能满足隧道施工技术的发展，以及人们对仰拱混凝土外观质量、结构尺寸、线形控制、施工高效的需求。目前，在铁路矿山法复合式衬砌隧道施工中，仰拱与仰拱填充多采用传统的拼装小模板的施工工艺，存在人工安装费用高、设备工装低、施工质量低等问题，并且施工进度难以保障，严重影响工期，常常导致隧道掌子面开挖安全步距超标、影响防水板和二次衬砌等后续工序的结构衔接质量和进度等问题[1]。因此，仰拱与仰拱填充成为制约隧道高质量快速施工的控制性工序。
bim技术是以3D数字模型为基础，以三维模型的平、立、剖等视图联动设计方式，取代了传统的单视图线条式设计，以“所见即所得冶的形式，把三维的设计思考变成可见的立体实物，提供真正的三维方案可视化设计环境[2，3]。利用BIM模型，通过虚拟现实技术对方案进行全方互动性的直观展现，推敲方案的合理性，提供在4D虚拟仿真环境中展示方案的方法与流程[4，5]。
针对现状问题，结合施工工序管理需求，利用BIM技术可视化、协同性、模拟性、优化性等手段，开展隧道仰拱与仰拱填充快速施工装备与工艺设计，具有重要的探索应用价值。
2基于BIM的施工方案设计原理
传统的施工方案深化设计，是在二维的施工图上想象构思，利用以往的施工经验，主观选择施工方案的装备、工艺等。但往往存在装备选型不合适、工艺繁琐或可行性差，以及简单的“错、漏、碰冶等深化设计图纸问题[6]。然而，BIM的3D可视化设计环境和4D虚拟仿真环境，为施工方案的装备、工艺的设计优化、可行性验证提供了技术途径。
实现施工方案的3D可视化和4D虚拟仿真的基础，是建立能真实描述施工方案的三维数字模型[7，8]，包括环境模型、结构模型和施工设施模型。其中，环境模型是施工方案的虚拟布置场地、前置及后置施工工序等环境影响因素。结构模型是施工方案虚拟建造的工程结构实体物。施工设施模型是施工方案采用的机械设备、模板、模具等作业设施，是BIM辅助施工方案设计的关键。依据模型构件的施工动态逻辑关系，通过施工步序的时间任务项驱动模型构件，表达施工方案的虚拟建造过程[9，10]。
利用AutodeskRevit、Navisworks软件实现施工方案可视化设计[11]，具体方案如下：
(1)通过Revit建立三维数字模型，每一构件的属性信息应配置唯一的施工步序参数，导出NWC模型文件;
(2)利用Excel编辑每一施工步序的时间任务项，具体包括任务名称、任务类型、开始时间、结束时间、ID序列号等，导出CSV文件;
(3)通过Navisworks导入NWC模型文件和CSV时间任务项数据源文件，利用一定的自动关联规则，使得模型构件与时间任务项一一对应关联，在Timeline虚拟仿真环境中进行时间任务项驱动模型的4D虚拟建造。图1为基于BIM的施工方案可视化设计流程。
同时，在BIM的4D虚拟仿真环境中，可以进行实时交互的过程模拟，虚拟推演施工方案的过程，动态检查方案可行性以及存在的问题，优化施工装备、工艺等[12]。图2为基于BIM的施工方案优化流程。图1基于BIM的施工方案可视化设计流程
图2基于BIM的施工方案优化流程33D模型协同设计
模型协同设计原则：首先根据施工现场环境条件，建立环境模型，形成虚拟真实的设计环境。然后建立结构模型，将未施工的结构物对象预设在已有的施工环境中。最后在环境模型的作业空间允许界限内，结合结构模型的施工需要，在同一设计环境中，进行施工设施模型的可视化设计和虚拟仿真优化，从而实现施工方案的模型协同设计效果。
为了实现隧道仰拱与仰拱填充施工方案设计和可视化展示，需要利用AutodeskRevit软件建立以下3个模型：环境模型包括隧道初期支护、前方拱底土石方;结构模型包括仰拱、仰拱填充;施工设施模型为仰拱与仰拱填充快速施工台车。
3.1环境模型
隧道初期支护、前方拱底土石方开挖，为仰拱与仰拱填充施工方案的前置施工工序。根据施工图芋级围岩芋b型衬砌断面，考虑施工工序划分原则，建立隧道初期支护与拱底土石方模型，如图3所示。需要注意的是，初期支护模型只需具有静态的施工环境布置特征，不参与施工方案虚拟推演过程。而拱底土石方模型，需要反映出动态开挖的过程，要赋予施工步序参数，构件的建模精度采用沿隧道轴向6m一段的划分原则。图3隧道初期支护与拱底土石方模型3.2结构模型
根据施工图芋级围岩芋b型衬砌断面，考虑施工工序划分原则，建立隧道仰拱与仰拱填充模型，如图4所示。其中，仰拱的矮边墙高出填充面300mm，仰拱填充预留中心盖板沟，仰拱采用C30混凝土，仰拱填充采用C20混凝土，两者相对独立浇筑。模型构件赋予施工步序参数，建模精度采用沿隧道轴向6m一段的划分原则。图4隧道仰拱与仰拱填充模型3.3施工设施模型
隧道仰拱与仰拱填充施工方案的施工设施模型，是指仰拱与仰拱填充快速施工台车(简称仰拱台车)设计，主要包括模板系统与行走系统两部分设备。由翻转组合式仰拱模板、端头模板、中心水沟模板构成的整体式模板系统;由一对自行式桁架梁组成的独立行走系统。如图5所示。图5仰拱台车模型仰拱模板设计为左右两幅翻转式组合钢板，模板沿隧道轴向的长度为6m，由固定部分(与刚性骨架刚接)和活动部分铰接组成，安装、定位、拆除操作简便快捷，尤其减少了固定部分钢板本身变形损伤，可很好地保证仰拱矮边墙线形控制。
端头模板由钢板和型钢梁组成，与仰拱模板和中心水沟模板活动连接，同时在移动运载模架系统时，使模板系统形成为一个整体，定位准确，移动就位快捷。
独立行走系统的动力设备包括电葫芦和卷扬机(固定在后支座上)，由1对桁架梁为模架系统提供滑行轨道。
44D虚拟施工
4.1建立虚拟仿真环境
通过AutodeskNavisworks导入模型NWC文件，得到虚拟仿真环境下的模型。利用Timeliner模块添加施工步序时间任务项数据源CSV文件，生成虚拟环境下的时间任务项，并使用规则自动附着于模型，使得每一施工步序的时间任务项与模型构件一一对应。模型赋予时间属性后，生成虚拟仿真环境下由时间驱动的4D动态模型，从而可进行施工方案的虚拟推演。
4.24D施工方案演示(图6)
隧道仰拱与仰拱填充施工方案的施工步序模拟过程，具体如下：
(1)测量放样，模架系统就位(图6(a)、图6(g));
(2)卷扬机驱动桁架梁向前行走至下一循环位置;浇筑仰拱混凝土(图6(b));
(3)手葫芦起吊、上翻仰拱压模活动板(图6(c));
(4)浇筑仰拱填充(图6(d));
(5)电葫芦起吊端头梁、整体模架向前滑移6m，前方隧底砟石开挖(图6(e));
(6)电葫芦下放端头梁，手葫芦下翻仰拱压模活动板(图6(f))。图6施工方案演示4.3效果评价
仰拱模板设计为翻转式组合钢板，由固定部分和活动部分铰接组成，实现仰拱与仰拱填充连续循环浇筑，保证仰拱矮边墙浇筑质量和线形控制。端头模板依据仰拱与仰拱填充的结构尺寸进行设计，模板底与仰拱中埋式止水带位置、形状一致，便于固定中埋式止水带，模板顶与仰拱填充面高程一致，可控制仰拱填充浇筑高程。
利用端头模架固定仰拱模架和中心水沟模架，组成可拆卸式整体模板系统，依托独立的机械动力行走设备，一次快速循环移动、精确定位，缩短支模时间，避免人工操作误差，保证洞内交通。仰拱作业面分为两个作业区流水施工，一是仰拱底部开挖(必要时绑扎仰拱钢筋)作业区，二是仰拱与仰拱填充连续浇筑作业区，大大缩短了循环作业时间。
5结论
(1)利用BIM技术的3D可视化设计环境和4D虚拟仿真环境，建立了BIM辅助施工方案可视化设计和虚拟推演的方法和流程。
(2)BIM辅助施工方案的三维数字模型设计，包括环境模型、结构模型和施工设施模型。利用BIM模型，通过4D虚拟现实技术对施工方案进行全方位互动性的直观展现，优化施工方案的合理性。
(3)BIM辅助铁路隧道仰拱与仰拱填充快速施工装备与工艺可视化设计，效果显著。BIM辅助设计的仰拱台车能够很好应用于实际施工，对BIM技术在隧道施工中的应用具有一定的参考价值。
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隧道施工中是先打仰拱还是填充

填充一般来说是在仰拱之前的。
流程一般是这样的，开挖班（风钻）然后爆破，运输班（除渣），支护班（立架）打锚杆，挂网，然后喷锚，然后在看围岩状况决定是否打仰拱（围岩情况好就距离长点打，不好则反之）。填充一般来说是在仰拱之前的。
隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道，水工隧道，市政隧道，矿山隧道。
1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为：“以某种用途、在地面下作用任何方法规定形状和尺寸修筑的断面积大于2㎡的洞室。”

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