董國(guó)杰 楊燾昀 朱道富中國(guó)二冶集團(tuán)有限公司

　　摘 要：本文主要闡述了在定臨高速公路施工中運(yùn)用BIM技術(shù)輔助隧道施工，主要研究隧道開挖支護(hù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核、土方量測(cè)算、工序模擬、進(jìn)度模擬、可視化技術(shù)交底和成本管理等，提高工作效率，確保工程質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);工序模擬;進(jìn)度模擬;設(shè)計(jì)復(fù)核;可視化技術(shù)交底;

　　1 工程概況

　　定西至臨洮高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目胡麻嶺隧道設(shè)計(jì)為一座左、右線分離的高速公路雙洞長(zhǎng)隧道。隧道設(shè)計(jì)進(jìn)口為定西端、出口為臨洮端。隧址區(qū)位于定西市臨洮縣漫洼鄉(xiāng)，定西端洞口位于定臨二級(jí)公路堡子梁隧道入口處，臨洮端洞口布設(shè)于韭菜溝社，省道S311從胡麻嶺隧道定西端洞口上方穿過。左線隧道起止樁號(hào)為ZK21+000-ZK22+658，長(zhǎng)1658m;隧道平面位于R=2000曲線上，縱坡為2.2%。右線隧道起止樁號(hào)為YK21+030-YK22+662，長(zhǎng)1632m;隧道平面位于R=2300曲線上，縱坡為2.2%。隧道最大埋深約140m。

　　根據(jù)勘察資料，公路隧道上方以第四系風(fēng)積成因黃土、沖洪積成因粉細(xì)砂所覆蓋，下部基巖為新近組臨夏系泥巖、石膏、鈣質(zhì)膠結(jié)層、泥質(zhì)砂巖、疏松砂巖及砂礫巖。具體巖性特征如下:

　　(1)粉細(xì)砂(Q4(al+pl)):棕紅色，稍密，濕，土質(zhì)不勻，局部夾少量黏性土、礫石，該層主要分布于溝谷表層，揭示層厚約1.7～3m，平均層厚2.35m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=9擊。

　　(2)黃土(Q3eol):灰黃色，稍濕，稍密～中密，土質(zhì)均勻，以粉土為主，垂直節(jié)理發(fā)育，可見針狀孔隙，表層含少量植物根系，該層廣泛分布于山頂表層，具II級(jí)自重濕陷性。本次勘察揭示層厚約6.7m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=5～11擊。

　　(3)強(qiáng)風(fēng)化泥巖(N21):棕紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖芯呈土柱狀，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，干燥易崩解，揭示層厚約3～5.3m，平均層厚4.15m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=21～24擊。

　　(4)中風(fēng)化泥巖(N21):棕紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖芯呈土柱狀或碎塊狀，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，干燥易崩解，本次勘察在垂直鉆孔有兩次揭示，未揭示穿，平均標(biāo)貫擊數(shù)N=43～88擊。石膏(N21):灰白色夾紫紅色，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀，強(qiáng)度不高，該層位于(7)-1-1層與(7)-3-3層之間，揭示厚度約2.1m。

　　(5)疏松砂巖(N21):紅褐色夾灰白色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)性較差，巖芯多呈碎土狀或碎塊狀，偶見鈣質(zhì)膠結(jié)層，碎塊手捏易碎，揭示層厚19.2～24.9m，平均層厚22.05m，平均動(dòng)探擊數(shù)N=83～170擊。

　　(6)中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(N21):棕紅色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)性較好，巖芯呈柱狀，節(jié)長(zhǎng)8～35cm，錘擊易碎，偶見鈣質(zhì)膠結(jié)層，上部分布一層石膏，層厚約2.1m，該層揭示層厚約10.7～19.9m，平均層厚15.3m，平均動(dòng)探擊數(shù)N=50～100擊。

　　(7)中風(fēng)化砂礫巖(N21):棕紅色，砂礫質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)性一般，巖芯多呈碎塊狀或柱狀，節(jié)長(zhǎng)5～60cm，巖質(zhì)強(qiáng)度不高，錘擊易碎。該層呈層狀分布，揭示層厚約3.7～7.3m，平均層厚4.9m。

　　2 隧道工程設(shè)計(jì)基本參數(shù)及要求

　　(1)道路等級(jí):高速公路;

　　(2)隧道凈寬:10.25m(0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75) m;

　　(3)隧道凈空:≥5.0m;

　　(4)隧道縱坡:2.2%;

　　(5)平面曲線:R=2000～2300m;

　　(6)隧道建筑限界:凈寬10.25m;凈高5.0m;

　　(7)設(shè)計(jì)車速:60km/h;

　　(8)車行橫洞凈空:5m(高)×4.5m(寬);

　　(9)人行橫洞建筑界限:凈寬2.0m;凈高2.5m;

　　(10)緊急停車帶:凈寬13.25m、凈高5m;

　　(11)隧道抗震設(shè)防烈度:VII度;

　　(12)設(shè)計(jì)荷載:公路-Ⅰ級(jí);

　　(13)隧道內(nèi)路面:復(fù)合路面(水泥混凝土路面加瀝青面層)。

　　3 隧道施工BIM技術(shù)應(yīng)用3.1 BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核

　　利用地質(zhì)勘探無人機(jī)進(jìn)行胡麻嶺隧道地理信息進(jìn)行采集，結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行隧道模型創(chuàng)建，通過創(chuàng)建模型碰撞進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核，包括土方量的核算，工序結(jié)合的精準(zhǔn)定位。經(jīng)過模型碰撞可以看出設(shè)計(jì)的不合理性，可以提出更優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，便于施工的順利進(jìn)行，可以減少因設(shè)計(jì)的不合理而造成的成本增加。大大減少因設(shè)計(jì)變更造成的工期延誤，確保工程的施工進(jìn)度按著節(jié)點(diǎn)計(jì)劃完成。對(duì)隧道進(jìn)行建模，對(duì)工程預(yù)知進(jìn)行判斷，通過構(gòu)建管道進(jìn)行碰撞找出盲區(qū)。

　　3.2 可視化三維技術(shù)交底

　　通過模型創(chuàng)建，動(dòng)畫渲染，進(jìn)行三級(jí)技術(shù)交底，可視化三維結(jié)合工序模擬使得作業(yè)班組更清晰，更全面的，更簡(jiǎn)易的了解施工中的重點(diǎn)施工工藝。施工過程中更便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理人員，對(duì)于施工的質(zhì)量、進(jìn)度、安全的管控?？梢岳肰R技術(shù)的運(yùn)用，使得每一位作業(yè)人員，融入施工過程，更容易掌握施工的關(guān)鍵工序，和操作重點(diǎn)，保證工程質(zhì)量。

　　3.3 隧道開挖支護(hù)

　　隧道開挖支護(hù)是確保隧道施工的最首要的工作，順利的開挖，有效地進(jìn)行安全支護(hù)尤其關(guān)鍵，通過BIM模型創(chuàng)建，結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)對(duì)隧道的超前支護(hù)進(jìn)行有效地碰撞，精確錨桿布置間距，防止因拱形骨架與錨桿的沖突，而造成的錨桿的間距不合理，造成受力不均勻，引起應(yīng)力集中。通過BIM模型進(jìn)行超前支護(hù)的模擬，對(duì)超前支護(hù)的合理性進(jìn)行分析，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)對(duì)超前支護(hù)進(jìn)行安全預(yù)警，確保隧道施工人員的安全。

　　3.4 4D可視化施工進(jìn)度模擬

　　通過相關(guān)應(yīng)用軟件結(jié)合施工進(jìn)度信息及靜態(tài)的3D擬合得到4D動(dòng)態(tài)施工進(jìn)程模型，能更好、直觀的呈現(xiàn)出整個(gè)項(xiàng)目施工動(dòng)態(tài)進(jìn)程，從而項(xiàng)目管理人員通過對(duì)施工進(jìn)程、資源調(diào)配、成本分析等在三維可視化環(huán)境下，進(jìn)行場(chǎng)地信息化、集成化和可視化管理，能有效地在縮短工期的前提下降低施工成本。

　　3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.5.1 隧道開挖檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

　　隧道開挖將破壞原有地層應(yīng)力相對(duì)平衡狀態(tài)，造成地層應(yīng)力釋放，隧道圍巖變形。不同圍巖的等級(jí)在開挖過程中受到的影響程度不同，圍巖等級(jí)越高，在開挖后自穩(wěn)能力越差，受開挖影響變形越嚴(yán)重。時(shí)刻監(jiān)測(cè)隧道開挖相關(guān)變形參數(shù)對(duì)隧道的安全施工起到較好防護(hù)措施。施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文明施工，隧道開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)收檢測(cè)，隧道開挖后驗(yàn)收應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范，對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)體洞身進(jìn)行評(píng)定規(guī)范見表1。

　　表1 洞身開挖檢驗(yàn)評(píng)定表 下載原圖

　　3.5.2 隧道噴射混凝土檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

　　隧道開挖后初期支護(hù)來自于噴射混凝土，混凝土的強(qiáng)度對(duì)隧道圍巖初期變形的控制起到一定的控制作用。對(duì)于初期支護(hù)彭色混凝土應(yīng)該滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定:一般應(yīng)采用大板切割法切取混凝土試樣測(cè)試;在不具備切割條件時(shí)，可以模擬隧道噴射方向?qū)δ＞邽檫呴L(zhǎng)150mm的立方體無底試模進(jìn)行噴射混凝土，并進(jìn)行為期28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行測(cè)試。對(duì)檢查過程中任對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生懷疑，可進(jìn)行噴射點(diǎn)隨機(jī)鉆心采樣進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)。

　　3.5.3 隧道錨桿施工檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

　　錨桿作為巖土體自身加固措施的一種有效支護(hù)方式，不同的錨桿其作用的具體地層不同。錨桿的性能決定了其適用范圍及作用機(jī)理，在工程實(shí)際施工過程中，錨桿使用前必須經(jīng)過嚴(yán)格的相關(guān)性能指標(biāo)(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和冷彎試驗(yàn))檢測(cè)，應(yīng)用與工程實(shí)體的錨桿要達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。工程實(shí)體檢測(cè)錨桿評(píng)定表如表2。

　　3.5.4 隧道鋼筋網(wǎng)施工檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

　　工程中鋼筋作為工程實(shí)體主要沉重的構(gòu)建的重要組成部分，其物理力學(xué)性能是實(shí)體工程的安全的重要影響因素。鋼筋在進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，必須有針對(duì)性對(duì)鋼筋生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)許可證。鋼筋本身的物理力學(xué)性能進(jìn)行全面檢測(cè)，檢測(cè)試樣的隨機(jī)抽取規(guī)格要符合國(guó)家相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于物理力學(xué)性能應(yīng)不低于國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)工程實(shí)體鋼筋網(wǎng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表3。

　　表2 錨桿支護(hù)檢驗(yàn)評(píng)定表 下載原圖

　　表3 鋼筋網(wǎng)檢驗(yàn)評(píng)定表 下載原圖

　　3.5.5 鋼拱架檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

　　鋼拱架與鋼筋網(wǎng)、錨桿、混凝土等連接形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，作為不可重復(fù)利用隧道后期穩(wěn)定的主要承重構(gòu)件，是隧道后期安全的主要檢測(cè)部位。作為安全因素控制的主要材料之一，其材料的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)類似于鋼筋的檢驗(yàn)，鋼拱架的經(jīng)常除了廠商生產(chǎn)許可證外，對(duì)鋼拱架自身物理力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率)工藝性能(冷彎)試驗(yàn)在抽檢數(shù)量達(dá)到要求的情況下，滿足物理力學(xué)性能指標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)鋼拱架的實(shí)施及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表4規(guī)定。

　　表4 鋼架支撐檢驗(yàn)評(píng)定表 下載原圖

　　4 質(zhì)量控制措施

　　(1)在進(jìn)入孔洞之前，應(yīng)關(guān)閉并重新測(cè)試由精密測(cè)量隊(duì)交付的控制樁和找平點(diǎn)樁，然后釋放孔洞的入口管線。主樁尖必須由樁保護(hù)。每個(gè)孔都應(yīng)有一個(gè)由三個(gè)以上投資點(diǎn)組成的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，這些投資點(diǎn)應(yīng)置于孔的中心線內(nèi);開口處應(yīng)放置兩個(gè)以上的基準(zhǔn)點(diǎn)或延伸基準(zhǔn)點(diǎn)，并相應(yīng)地設(shè)置孔的高度。長(zhǎng)隧道應(yīng)配備精密測(cè)量?jī)x器和熟練的操作員，并且每個(gè)延伸測(cè)量都應(yīng)配備封閉裝置，以確保隧道的中心線和水平線均在允許的誤差范圍內(nèi)。

　　(2)根據(jù)圍巖類別和設(shè)計(jì)要求，應(yīng)優(yōu)先考慮螺栓，噴射混凝土和鋼框架的組合支撐。先進(jìn)的支架采用先進(jìn)的長(zhǎng)管棚，先進(jìn)的錨桿和小型注漿導(dǎo)管等方法。確保軟弱的圍巖的穩(wěn)定性。

　　(3)根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用不同的開挖隧道方法。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)使用部分開挖和支護(hù)，在惡劣情況下使用預(yù)先支護(hù)或預(yù)加固細(xì)分進(jìn)行開挖。

　　(4)安裝錨桿時(shí)，錨桿長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)要求，錨桿的方向垂直于巖石層。錨桿施工一段時(shí)間后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行軸向力和拉拔試驗(yàn)，以獲得相關(guān)參數(shù)。

　　(5)根據(jù)地質(zhì)情況合理選擇支撐類型。對(duì)于不利的地質(zhì)情況，選擇鋼支撐和格柵鋼框架，選擇正確的支撐間距和混凝土保護(hù)層，以確保有效支撐大地壓和圍巖偏壓力等不良地質(zhì)條件。

　　(6)開挖采用光面爆破技術(shù)，以減少開挖不足。合理選擇噴砂參數(shù)，嚴(yán)格按照孔眼鉆，鉆孔，裝料，斷面和連接線的噴砂設(shè)計(jì)，噴砂效果符合《規(guī)范》的要求。

　　(7)在入口處的土石方施工前后，都應(yīng)安裝上下排水系統(tǒng)。邊坡和邊坡應(yīng)從上至下開挖。當(dāng)斜坡不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)使用噴錨加固。

　　(8)防水板施工過程中，大坑要用立模填充混凝土，小坑要用混凝土或防水砂漿找平;防水板應(yīng)首先檢查質(zhì)量，檢測(cè)拉伸和彎曲指標(biāo)，并確保底面清潔，干燥且無灰塵，然后按要求進(jìn)行焊接和鋪設(shè)。

　　(9)在混凝土端部施工過程中，堵塞模板的間隙，以防止?jié){液泄漏。在再次澆筑混凝土之前，應(yīng)先對(duì)建筑混凝土表面進(jìn)行鑿刻，沖洗并用止水帶粘貼，然后在澆筑混凝土之前涂上2cm的砂漿。

　　(10)在垂直模板之前釋放隧道中心線，水平和模型位置。模型應(yīng)牢固，模板應(yīng)平坦。襯砌的厚度符合設(shè)計(jì)要求，側(cè)壁的底部穩(wěn)定，沒有壓載物，碎屑和積水，并且混凝土被壓實(shí)。側(cè)壁的垂直接頭是垂直的，水平接頭平行于隧道軸線。

　　5 結(jié)語

　　本文主要講述了定臨高速公路中隧道施工技術(shù)的應(yīng)用，全線施工可以運(yùn)用BIM+GIS綜合管理平臺(tái)，建立一個(gè)全面的三維動(dòng)態(tài)可視化集成平臺(tái)，滿足公路工程建設(shè)項(xiàng)目“點(diǎn)多線長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且與地形地貌結(jié)合緊密”的特點(diǎn)，從各個(gè)角度全面詮釋設(shè)計(jì)、進(jìn)度、質(zhì)量安全管理等工作內(nèi)容，用直觀的方式快速表達(dá)工程建設(shè)的全過程。分層級(jí)、分段落，分多視角對(duì)工程的沖突，對(duì)建設(shè)實(shí)體實(shí)施關(guān)聯(lián)分析，達(dá)到對(duì)實(shí)施進(jìn)度、質(zhì)量、效率、安全的全面管理，并滿足業(yè)主管理、施工單位管理的不同層面的業(yè)務(wù)要求。公路建設(shè)工程項(xiàng)目隨著科學(xué)的發(fā)展，信息化技術(shù)不斷融入公路行業(yè)，解決公路工程建設(shè)的安全、質(zhì)量、進(jìn)度統(tǒng)一系統(tǒng)化管理，項(xiàng)目部可以創(chuàng)建BIM小組多點(diǎn)共同協(xié)作，將BIM技術(shù)不僅僅用于輔助公路工程施工，用于成本分析，進(jìn)度、質(zhì)量、安全管理。解決點(diǎn)多線長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。

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