CN107100645B - 基于bim技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法 - Google Patents

基于bim技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,包括如下步骤:S1:获取线路平面和纵断面数据,生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线;S2:根据设计图建立单环管片三维模型;S3:沿所述盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线进行线路预拼装;S4:获取线路各单环管片预拼装排版图;步骤S5:按照预拼装排版图进行实体构件安装。本发明所提出的一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,通过创建盾构隧道曲线区段管片圆环BIM模型,实现了盾构隧道曲线区段管片布置的三维可视化设计,其生成的模型直观形象,且便于修改,有利于提高盾构隧道曲线区段管片的设计与拼装效率。

Description

基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法
技术领域
本发明涉及地下岩土工程盾构管片安装技术领域,特别是一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法。
背景技术
经济发达的城市开始修建地铁工程,盾构施工技术普遍应用于地铁工程中。盾构法施工的隧道衬砌主要采用装配式衬砌,衬砌为预制的钢筋混凝土管片,它们构成了盾构隧道的主体结构并承受四周土体的荷载。
盾构隧道是由一系列管片排列而成的,可以看成一组短折线的集合,近似地拟合成实际线路。传统的普通管片对于平面曲线可以通过转弯环来模拟。目前,常采用通用型楔形管片,通过改变环与环的位置来达到转弯或竖曲线的目的。
对于传统的盾构隧道曲线段管片设计方法,其存在以下缺点和局限:(1)设计成果为二维图纸,无法如三维模型那样直观。(2)难以事先考虑每一环管片的拼装,容易造成累积误差过大。(3)难以根据整条线路曲率来选择管片楔形量,达到拼装出所需曲率的线路。
BIM作为一种新兴的建筑模型设计方法,其具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等优点,基于BIM方法对盾构隧道曲线区段管片预拼装设计,便于选择合适的通用型管片以及选择累积误差最小的管片拼装方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,以克服现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,包括如下步骤:
步骤S1:获取线路平面和纵断面数据,生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线;
步骤S2:根据设计图建立单环管片三维模型;
步骤S3:沿所述盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线进行线路预拼装;
步骤S4:获取线路各单环管片预拼装排版图;
步骤S5:按照预拼装排版图进行实体构件安装。
在本发明一实施例中,在所述步骤S1中,通过设计图纸平面图和纵断面图获取盾构隧道中心线三维坐标,并通过Revit软件模块生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线。
在本发明一实施例中,在所述步骤S2中,所述单环管片均为通用型管片,且包括一块封顶块、两块相邻块和复数块标准块,并按照标准块—相邻块—封顶块的拼接顺序拼接成环。
在本发明一实施例中,所述单环管片三维模型为斜空心圆柱体,单环管片沿轴向的宽度从B-X逐渐变化至B+X,其中,宽度为B-X的位置位于封顶块中心位置,宽度为B+X的位置位于与封顶块中心对应的标准块位置处。
在本发明一实施例中,在所述步骤S3中,在单环管片外侧壁沿圆周等角度确定16个点位,各点位分别对应设置一处纵向螺栓孔,则相邻两个纵向螺栓孔之间对应的圆心角为360°/16=22.5°;沿拼装线路,通过螺栓将前后两个单环管片各点位对应的螺栓孔连接,以完成前后两个单环管片的对接。
在本发明一实施例中,将前后对接的单环管片的封顶块对应的点位对接,则得到曲率最大线路;将前后对接的单环管片宽度为B-X的位置与宽度为B+X的位置处点位对接,则得到曲率为零的直线线路。
在本发明一实施例中,通过改变轴向宽度差X,以改变所拼装曲线线路内外纵向长度差,从而得到不同曲率曲线。
在本发明一实施例中,在所述步骤S4中,确定各单环管片的封顶块位置,相邻块、标准块位置便随之确定,进而导出沿线路方向各环排布样式,形成预拼装排版图。
在本发明一实施例中,在所述步骤S5中,根据所述步骤S4导出的预拼装排版图指导施工现场实体管片安装。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:本发明所提出的一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,实现了盾构隧道曲线区段管片布置的三维可视化设计,其生成的模型直观形象,且便于修改,可以预先设计每一片管片的安装点位,将误差控制在合理范围。此方法操作方便,精度较高,降低了施工难度,减少了施工损耗,实用性较强。
附图说明
图1为本发明一实施例中管片设计图。
图2为本发明一实施例中单环管片三维模型示意图。
图3为本发明一实施例中线路曲线区段拼装示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,包括如下步骤:步骤S1:提取线路平面和纵断面数据,生成曲线区段中心线三维空间曲线;
步骤S2:根据设计图建立单环管片三维模型;
步骤S3:沿盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线进行线路预拼装;
步骤S4:导出线路各环管片排版图;
步骤S5:按照预拼装排版图进行实体构件安装。
进一步的,在本实施例中,在步骤S1中,通过设计图纸平面图和纵断面图得到盾构隧道中心线三维坐标,利用Revit软件生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线。
进一步的,在本实施例中,如图2所示,在步骤S2中,单环管片为通用型管片,包括1块封顶块1、2块相邻块2和若干标准块3。单环管片拼接成环,拼接顺序为标准块—相邻块—封顶块。如图1以及图2所示,拼接所得三维圆环模型为斜空心圆柱体,即单环管片沿轴向的宽度从B-X逐渐变化至B+X,其中,B-X位于封顶块中心位置,B+X位于与封顶快中心对应的标准块位置处。也即,从单环管片的纵向剖面看进去,其位于封顶块的端部的宽度为B-X,位于标准块的端部的宽度为B+X。
进一步的,在本实施例中,在步骤S3中,线路预拼装需同时满足环与环之间螺栓孔对应及曲率符合选线设计的要求。具体做法如下:在单环管片的外周侧沿圆周等角度确定16个点位,各点位处分别对应设置一处纵向螺栓孔,则此时相邻两个螺栓孔对应的圆心角为360°/16=22.5°。
进一步的,在本实施例中,线路前后两个单环管片对接时,只需将点位处对应的螺栓孔通过螺栓连接,即可满足纵向栓接要求。在由于封顶块只有一块,且中心位置为单环管片的最小宽度处,也即B-X处,可将其作为旋转基准点。在线路各环对接时,以一封顶块位于曲线线路内侧且旋转角为0°的单环管片为基准,两侧相对接的两个单环管片分别对应该单环管片向顺时针和逆时针方向旋转22.5°的整数倍,即可达到点位螺栓孔对应;同时,使曲线线路圆环内侧纵向长度小于外侧,满足线路曲率要求。重复以上过程,利用步骤S2建立的单环管片三维模型,沿步骤S3生成的盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线预拼装整个线路。
进一步的,在本实施例中,单环管片均是斜空心圆柱体,因此管片环之间对接点位不同,曲线曲率也将随之变化。若将各单环管片封顶块点位对应对接,也即将各单环管片宽度为B-X位置处点位对应进行对接,则得到曲率最大线路。若将前后两个单环管片的最大宽度位置与最小宽度位置处点位对接,也即将相邻单环管片宽度为B-X位置处点位与宽度为B+X位置处点位对应进行对接,则得到曲率为零的直线线路。
进一步的,在本实施例中,单环管片均是斜空心圆柱体,通过改变斜空心圆柱体纵向宽度差X可改变所拼装曲线线路内外纵向长度差,从而得到不同曲率曲线。
进一步的,在本实施例中,在步骤S4中,确定各单环管片封顶块管片位置,相邻块、标准块管片位置便随之确定,进而导出沿线路方向各环排布样式,形成排版图。
进一步的,在本实施例中,在步骤S5中,根据步骤S4导出的圆环管片排版图指导施工现场实体管片安装。
为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,下面结合具体实施例进行说明。
根据线路平面图和纵断面图数据,生成曲线区段中心线三维空间曲线,过程如下:根据线路平面图和纵断面图提取隧道中心X、Y、Z坐标导入excel表格;将上述excel表格导入revit软件,拟合成空间三维线路。如图1和图2所示,根据通用管片图,通过revit软件建立单环管片的三维模型,管片为斜空心圆柱体。如图3所示,将单环管片三维模型沿拟合生成的曲线区段中心线三维空间曲线对接拼装,生成累积误差最小的曲线段管片三维模型。调整单环管片纵向宽度差X和各环旋转角度,使线路模型满足设计要求。导出步骤4每一环封顶块的点位。根据导出的管片参数和点位制造并安装实体构件。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于BIM技术的盾构隧道曲线区段管片预拼装选型设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:获取线路平面和纵断面数据,生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线;
步骤S2:根据设计图建立单环管片三维模型;
步骤S3:沿所述盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线进行线路预拼装;
步骤S4:获取线路各单环管片预拼装排版图;
步骤S5:按照预拼装排版图进行实体构件安装;
在所述步骤S2中,所述单环管片均为通用型管片,且包括一块封顶块、两块相邻块和复数块标准块,并按照标准块—相邻块—封顶块的拼接顺序拼接成环;
所述单环管片三维模型为斜空心圆柱体,单环管片沿轴向的宽度从B-X逐渐变化至B+X,其中,宽度为B-X的位置位于封顶块中心位置,宽度为B+X的位置位于与封顶块中心对应的标准块位置处;
在所述步骤S1中,通过设计图纸平面图和纵断面图获取盾构隧道中心线三维坐标,并通过Revit软件模块生成盾构隧道曲线区段中心线三维空间曲线;
在所述步骤S3中,在单环管片外侧壁沿圆周等角度确定16个点位,各点位分别对应设置一处纵向螺栓孔,则相邻两个纵向螺栓孔之间对应的圆心角为360°/16=22.5°;沿拼装线路,通过螺栓将前后两个单环管片各点位对应的螺栓孔连接,以完成前后两个单环管片的对接;
将前后对接的单环管片的封顶块对应的点位对接,则得到曲率最大线路;将前后对接的单环管片宽度为B-X的位置与宽度为B+X的位置处点位对接,则得到曲率为零的直线线路;
通过改变轴向宽度差X,以改变所拼装曲线线路内外纵向长度差,从而得到不同曲率曲线;
在所述步骤S4中,确定各单环管片的封顶块位置,相邻块、标准块位置便随之确定,进而导出沿线路方向各环排布样式,形成预拼装排版图;
在所述步骤S5中,根据所述步骤S4导出的预拼装排版图指导施工现场实体管片安装。
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