CN112257162A - 一种基于bim技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM，涉及箱涵顶进工程施工领域，包括测量预估并存储到文件存储系统、数据准备并给出设计图纸和相关明细表、各个局部节点模型、选择框架箱涵的BIM模型和工作坑开挖模型并将数据存储、内部审核、组合模拟出施工动画并生成相关施工图、深化设计和应力分析、专家论证、现场加工流程设计、BIM虚拟施工动画辅助施工和实时监控；本发明提升下穿框架箱涵顶进效率、避免材料浪费、多次总结减少错误和时间浪费。
Description
技术领域
本发明涉及箱涵顶进工程施工领域，具体涉及一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法。
背景技术
近年来，随着城市经济快速发展和科技的不断进步，下穿铁路现象逐渐普遍，传统的铁路下穿框架桥施工已不能适应当地交通发展的需求，顶进桥涵作为一项广泛使用的下穿铁路施工技术。它是在保证既有线行车的条件下，采用顶、拉或顶拉相结合的方法，将箱体顶(拉)入路基的一种施工方法。
在我国目前的铁路箱涵下穿铁路顶进施工中，进行箱涵顶进时，由于前端挖土不均匀，顶进液压系统及后背反力墙受力变化等，顶进过程中极易引起轴线、高程出现偏差。为此，需要优化顶进施工工艺方法，确保箱涵安全、顺利顶进到位。
发明内容
本发明目的是为了提升下穿框架箱涵顶进效率、避免材料浪费、多次总结减少错误和时间浪费，而提供一种基于BIM技术的铁路下穿框架桥箱涵进施工方法。
一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，包括以下步骤：
步骤1、根据现场情况对所需线路、管道和设备的分布进行测量预估，对测量预估数据存储到文件存储系统；
步骤2、对框架箱涵及顶进的数据和步骤1的数据进行结合，设计出二维的设计图纸及相关明细表；
步骤3、针对图纸及明细表，选择相关BIM软件建立各不同类别族构件的各个局部节点模型，各个局部节点模型包括几何信息、技术信息、产品信息和建造信息；
步骤4、针对步骤3，先选择出符合设计要求的框架箱涵的BIM模型，其次选择建立工作坑开挖模型，用相关BIM技术进行场地建模，将各个局部节点模型拼装，并将数据存储在BIM云端；
步骤5、将步骤2～步骤4的数据进行内部审核，不通过将重新回到各个步骤中计算；
步骤6、通过内部审核的步骤4的数据，组合模拟出施工动画，根据步骤5的数据优化步骤2的明细表并生成相关施工图。
步骤7、针对步骤6，将步骤5通过的数据进行深化设计，并对各个局部节点模型进行应力分析及，应力分析包括强度、刚度和承载力；
步骤8、将步骤6至步骤7所有数据、施工图及动画，进行专家论证，不通过重新生成步骤6或步骤7；
步骤9、施工单位对施工图内容进行准备，包括以下依次步骤：
B.A.开挖工作坑
工作坑开挖前，先做好降水防护准备工作，运用设备将表面清除干净；同时，针对土质和地下管线详细调查，对周围有影响的地面构筑物进行加固或迁移；
其次，预算开挖空间符合开挖模型，保证工作坑中心线与铁路的垂直距离大于1.5倍的预制框架箱涵的对应尺寸，开挖上层土自上往下逐层开挖，人工挖掘坑底避免超挖情况的发生，其它部位人机结合开挖土方；
最后对坡面进行泼浆加固处理，对于工作坑的排水，设计3％～10％坡率的边沟并引入集水坑，集水坑内的水量定量排出，控制地下水位降至基底以下0.5～1.0m；
B.制作滑板
在工作坑底部进行基础整平，再浇筑混凝土底板并抹平和压实，再对浇筑成型的混凝土底板进行整平，对混凝土底板表面进行涂饰2～3mm的滑石粉或石蜡，再铺设塑料隔离层并再次整平，即完成滑板的制作；在滑板与相对应的墙面预留安装槽，安装槽适于安装顶进设备；
C.后背墙
对土质检测完成后，测量工作坑的内壁强度，与顶进框架箱涵的预估强度形成对比，强度足够时，对工作坑墙面泼浆成型并整平即可，强度不足时，在工作坑的内壁增设后背墙，对于后背墙采用先架构后背梁和后背桩，后背桩垂直内壁打入墙面，在将后背梁与后背桩固定连接，在将两者之间架设模板后浇筑混凝土，成型后表面整平；
D.整平安装槽
安装槽为梯形槽，安装槽表面进行整平，表面增加安装孔；在安装槽内增加排水支管，排水支管与边沟相连；
E.预制框架箱涵
选择在其它位置预制框架箱涵，成型的框架箱涵需要测量强度与步骤7形成对比；
F.安装顶进设备
在安装槽内可拆卸安装千斤顶系统，千斤顶系统设置有多个等距的千斤顶，千斤顶系统包括支架，支架上设置多个平行定位孔，支架与安装孔通过螺栓连接，支架支撑千斤顶并保证多个千斤顶垂直度，保证千斤顶工作时，不产生偏移；
对顶铁表面增设有缓冲垫层，随后检查顶进设备并做预顶试验测试顶管和顶铁移动的位置；
G.加固既有线路加工现有路面或铁路
在滑板和后背墙完成后对工作坑内的油泵等安装线路加固，然后对于安装框架箱涵上的铁路抽取枕木加设扣轨，加设工字钢在铁路两侧，在工字钢上加设纵梁加固；
H.吃土顶进
顶进面坡度控制在1:0.5～0.85内，每次开挖顶进控制在0.5～1m,采用机械开挖，顶进挖运土方应在列车运行间隙时间内进行，保证挖土与顶进间隔运行；
J.框架箱涵就位
将符合要求的框架箱涵通过吊装至滑板上，准备顶进；
步骤10、基于BIM模型进行进度施工模拟，指导并进行现场顶进施工；
步骤11、针对步骤9和步骤10需要实时监控，做到随时停机检测；在千斤顶行程上，通过在滑板上搭设透明平行架，平行架内放置顶铁并观察千斤顶的顶进距离；
步骤12、顶进完成后，对框架箱涵两侧、顶部路基回填及注浆密实。最后拆除辅助设施，整修并恢复线路；
步骤13、存储预估、设计、安装的流程及数据于文件存储系统，对于多次共同位置点的设计进行离散点分析，得到位置点的限定范围，存储数据便于提高下次内部评审及专家论证。
进一步的，所述BIM模型包括框架箱涵BIM模型，所述框架箱涵BIM模型包含混凝土材质、尺寸和辅助机构，所述尺寸包括长度、宽度、结构高度、平面位置、标高，所述辅助机构包括结构钢筋、模板支立、边沟排水。
进一步的，所述工作坑开挖模型必须符合相关规范、标准，所述工作坑开挖模型包括土质情况、材质、工作坑平面位置、设计标高、深度、宽度、边坡支护。
进一步的，所述工作坑的滑板及后背墙施工完成必须经过强度、刚度和承载力计算。
进一步的，所述施工图和图纸均包括二维图、三维图和3D打印构造实体模型；
所述施工图和图纸包括构件的参数特征和材料明细表，所述参数特征对BIM模型和数据标注编号。
进一步的，所述离散点分析包括强度、刚度、平整度、距离、坡度、滑板表面材料。
本发明包含以下有益成果：
本发明采用基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，利用BIM技术建立框架箱涵及工作坑等相关的模型，围绕框架箱涵的复杂工艺和顶进箱涵技术难点，通过模型和施工对比，严格把控施工工序和要求，在保证铁路正常运营情况下，采用前期策划、优化施工方案，基于BIM模型进行深化设计和顶进施工提供技术支撑，采用BIM技术可以降低工程成本，缩短工期，提高生产效率，帮助优化铁路顶进施工工艺，有助于提升整个铁路箱涵下穿铁路施工的质量；
其次对于滑板的设定，多次整平保证了滑板上的框架箱涵对的移动，对后背墙的强度及安装方式跟进一步的限定，采用统计离散点的方式，总结在不同情况下的框架箱涵顶进各个关键位置的取值范围，对于下次的通过内部审查和专家论证通过率大大提高，且节省重新设计的时间和资金；最后离散点分析，对整体流程的骨架的列出具有有利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工工艺流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，包括以下步骤：
步骤1.根据现场情况对所需线路、管道和设备的分布进行测量预估，对测量预估数据存储到文件存储系统；
步骤2、对框架箱涵及顶进的数据和步骤1的数据进行结合，设计出二维的设计图纸及相关明细表；
步骤3、针对图纸及明细表，选择相关BIM软件建立各不同类别族构件的各个局部节点模型，各个局部节点模型包括几何信息、技术信息、产品信息和建造信息；
步骤4、针对步骤3，先选择出符合设计要求的框架箱涵的BIM模型，其次选择建立工作坑开挖模型，用相关BIM技术进行场地建模在创建完各类模型的基础上建立顶进施工整合模型；模型中包含所有信息，族类别、材质、平面位置、标高、细部高度、宽度、特征、连接方式等，将各个局部节点模型拼装，并将数据存储在BIM云端；
步骤5、将步骤2～步骤4的数据进行内部审核，不通过将重新回到各个步骤中计算；
步骤6、通过内部审核的步骤4的数据，组合模拟出施工动画，根据步骤5的数据优化步骤2的明细表并生成相关施工图；
步骤7、针对步骤6，将步骤5通过的数据进行深化设计，并对各个局部节点模型进行应力分析及，应力分析包括强度、刚度和承载力；
步骤8、将步骤6至步骤7所有数据、施工图及动画，进行专家论证，不通过重新生成步骤6或步骤7；
步骤9、施工单位对施工图内容进行准备，包括以下依次步骤：
A.开挖工作坑
工作坑开挖前，先做好降水防护准备工作，运用设备将表面清除干净；同时，针对土质和地下管线详细调查，对周围有影响的地面构筑物进行加固或迁移；
其次，预算开挖空间符合开挖模型，保证工作坑中心线与铁路的垂直距离大于1.5倍的预制框架箱涵的对应尺寸，开挖上层土自上往下逐层开挖，人工挖掘坑底避免超挖情况的发生，其它部位人机结合开挖土方；
最后对坡面进行泼浆加固处理，对于工作坑的排水，设计3％～10％坡率的边沟并引入集水坑，集水坑内的水量定量排出，控制地下水位降至基底以下0.5～1.0m；
B.制作滑板
在工作坑底部进行基础整平，再浇筑混凝土底板并抹平和压实，再对浇筑成型的混凝土底板进行整平，对混凝土底板表面进行涂饰2～3mm的滑石粉或石蜡，再铺设塑料隔离层并再次整平，即完成滑板的制作；在滑板与相对应的墙面预留安装槽，安装槽适于安装顶进设备；
C.后背墙
对土质检测完成后，测量工作坑的内壁强度，与顶进框架箱涵的预估强度形成对比，强度足够时，对工作坑墙面泼浆成型并整平即可，强度不足时，在工作坑的内壁增设后背墙，对于后背墙采用先架构后背梁和后背桩，后背桩垂直内壁打入墙面，在将后背梁与后背桩固定连接，在将两者之间架设模板后浇筑混凝土，成型后表面整平；
D.整平安装槽
安装槽为梯形槽，安装槽表面进行整平，表面增加安装孔；在安装槽内增加排水支管，排水支管与边沟相连；
E.预制框架箱涵
选择在其它位置预制框架箱涵，成型的框架箱涵需要测量强度与步骤7形成对比；
F.安装顶进设备
在安装槽内可拆卸安装千斤顶系统，千斤顶系统设置有多个等距的千斤顶，千斤顶系统包括支架，支架上设置多个平行定位孔，支架与安装孔通过螺栓连接，支架支撑千斤顶并保证多个千斤顶垂直度，保证千斤顶工作时，不产生偏移；
对顶铁表面增设有缓冲垫层，随后检查顶进设备并做预顶试验测试顶管和顶铁移动的位置；
G.加固既有线路加工现有路面或铁路
在滑板和后背墙完成后对工作坑内的油泵等安装线路加固，然后对于安装框架箱涵上的铁路抽取枕木加设扣轨，加设工字钢在铁路两侧，在工字钢上加设纵梁加固；
H.吃土顶进
顶进面坡度控制在1:0.5～0.85内，每次开挖顶进控制在0.5～1m,采用机械开挖，顶进挖运土方应在列车运行间隙时间内进行，保证挖土与顶进间隔运行；
J.框架箱涵就位
将符合要求的框架箱涵通过吊装至滑板上，准备顶进；
步骤10、基于BIM模型进行进度施工模拟，指导并进行现场顶进施工；
步骤11、针对步骤9和步骤10需要实时监控，做到随时停机检测；在千斤顶行程上，通过在滑板上搭设透明平行架，平行架内放置顶铁并观察千斤顶的顶进距离；
步骤12、顶进完成后，对框架箱涵两侧、顶部路基回填及注浆密实。最后拆除辅助设施，整修并恢复线路；
步骤13、存储预估、设计、安装的流程及数据于文件存储系统，对于多次共同位置点的设计进行离散点分析，得到位置点的限定范围，存储数据便于提高下次内部评审及专家论证。
BIM模型包括框架箱涵BIM模型，框架箱涵BIM模型包含混凝土材质、尺寸和辅助机构，尺寸包括长度、宽度、结构高度、平面位置、标高，辅助机构包括结构钢筋、模板支立、边沟排水。
BIM模型还包括双孔框架涵结构模型、挖孔防护桩、结构钢筋族构件、满堂脚手架、工作坑体量、排水涵、边沟盖板、防护栏杆、顶进机具设备族构件等各类模型共计37项；
工作坑开挖模型必须符合相关规范、标准，工作坑开挖模型包括土质情况、材质、工作坑平面位置、设计标高、深度、宽度、边坡支护。
工作坑的滑板及后背墙施工完成必须经过强度、刚度和承载力计算。
施工图和图纸均包括二维图、三维图和3D打印构造实体模型和4D模拟动画；组织专家组对预制加工图和构件参数表进行论证，论证通过后反馈给施工技术人员进行可视化技术交底，指导施工作业；施工图和图纸包括构件的参数特征和材料明细表，参数特征对BIM模型和数据标注编号。
离散点分析包括强度、刚度、平整度、距离、坡度、滑板表面材料，针对节点位置例如滑板表面不同的材料来减少摩擦，例如后背墙的强度计算，多次总结利于下次安装。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，包括以下步骤：
步骤1、根据现场情况对所需线路、管道和设备的分布进行测量预估，对测量预估数据存储到文件存储系统；
步骤2、对框架箱涵及顶进的数据和步骤1的数据进行结合，设计出二维的设计图纸及相关明细表；
步骤3、针对图纸及明细表，选择相关BIM软件建立各不同类别族构件的各个局部节点模型，各个局部节点模型包括几何信息、技术信息、产品信息和建造信息；
步骤4、针对步骤3，先选择出符合设计要求的框架箱涵的BIM模型，其次选择建立工作坑开挖模型，用相关BIM技术进行场地建模，将各个局部节点模型拼装，并将数据存储在BIM云端；
步骤5、将步骤2～步骤4的数据进行内部审核，不通过将重新回到各个步骤中计算；
步骤6、通过内部审核的步骤4的数据，组合模拟出施工动画，根据步骤5的数据优化步骤2的明细表并生成相关施工图。
步骤7、针对步骤6，将步骤5通过的数据进行深化设计，并对各个局部节点模型进行应力分析，应力分析包括强度、刚度和承载力；
步骤8、将步骤6至步骤7所有数据、施工图及动画，进行专家论证，不通过重新生成步骤6或步骤7；
步骤9、施工单位对施工图内容进行加工，包括以下依次步骤：
A.开挖工作坑
工作坑开挖前，先做好降水防护准备工作，运用设备将表面清除干净；同时，针对土质和地下管线详细调查，对周围有影响的地面构筑物进行加固或迁移；
其次，预算开挖空间符合开挖模型，保证工作坑中心线与铁路的垂直距离大于1.5倍的预制框架箱涵的对应尺寸，开挖上层土自上往下逐层开挖，人工挖掘坑底避免超挖情况的发生，其它部位人机结合开挖土方；
最后对坡面进行泼浆加固处理，对于工作坑的排水，设计3％～10％坡率的边沟并引入集水坑，集水坑内的水量定量排出，控制地下水位降至基底以下0.5～1.0m；
B.制作滑板
在工作坑底部进行基础整平，再浇筑混凝土底板并抹平和压实，再对浇筑成型的混凝土底板进行整平，对混凝土底板表面进行涂饰2～3mm的滑石粉或石蜡，再铺设塑料隔离层并再次整平，即完成滑板的制作；在滑板与相对应的墙面预留安装槽，安装槽适于安装顶进设备；
C.后背墙
对土质检测完成后，测量工作坑的内壁强度，与顶进框架箱涵的预估强度形成对比，强度足够时，对工作坑墙面泼浆成型并整平即可，强度不足时，在工作坑的内壁增设后背墙，对于后背墙采用先架构后背梁和后背桩，后背桩垂直内壁打入墙面，在将后背梁与后背桩固定连接，在将两者之间架设模板后浇筑混凝土，成型后表面整平；
D.整平安装槽
安装槽为梯形槽，安装槽表面进行整平，表面增加安装孔；在安装槽内增加排水支管，排水支管与边沟相连；
E.预制框架箱涵
选择在其它位置预制框架箱涵，成型的框架箱涵需要测量强度与步骤7形成对比；
F.安装顶进设备
在安装槽内可拆卸安装千斤顶系统，千斤顶系统设置有多个等距的千斤顶，千斤顶系统包括支架，支架上设置多个平行定位孔，支架与安装孔通过螺栓连接，支架支撑千斤顶并保证多个千斤顶垂直度，保证千斤顶工作时，不产生偏移；
对顶铁表面增设有缓冲垫层，随后检查顶进设备并做预顶试验测试顶管和顶铁移动的位置；
G.加固既有线路加工现有路面或铁路
在滑板和后背墙完成后对工作坑内的油泵等安装线路加固，然后对于安装框架箱涵上的铁路抽取枕木加设扣轨，加设工字钢在铁路两侧，在工字钢上加设纵梁加固；
H.吃土顶进
顶进面坡度控制在1:0.5～0.85内，每次开挖顶进控制在0.5～1m,采用机械开挖，顶进挖运土方应在列车运行间隙时间内进行，保证挖土与顶进间隔运行；
J.框架箱涵就位
将符合要求的框架箱涵通过吊装至滑板上，准备顶进；
步骤10、基于BIM模型进行进度施工模拟，指导并进行现场顶进施工；
步骤11、针对步骤9和步骤10需要实时监控，做到随时停机检测；在千斤顶行程上，通过在滑板上搭设透明平行架，平行架内放置顶铁并观察千斤顶的顶进距离；
步骤12、顶进完成后，对框架箱涵两侧、顶部路基回填及注浆密实。最后拆除辅助设施，整修并恢复线路；
步骤13、存储预估、设计、安装的流程及数据于文件存储系统，对于多次共同位置点的设计进行离散点分析，得到位置点的限定范围，存储数据便于提高下次内部评审及专家论证。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，其特征在于：所述BIM模型包括框架箱涵BIM模型，所述框架箱涵BIM模型包含混凝土材质、尺寸和辅助机构，所述尺寸包括长度、宽度、结构高度、平面位置、标高，所述辅助机构包括结构钢筋、模板支立、边沟排水。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，其特征在于：所述工作坑开挖模型必须符合相关规范、标准，所述工作坑开挖模型包括土质情况、材质、工作坑平面位置、设计标高、深度、宽度、边坡支护。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，其特征在于：所述工作坑的滑板及后背墙施工完成必须经过强度、刚度和承载力计算。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，其特征在于：所述施工图和图纸均包括二维图、三维图和3D打印构造实体模型；
所述施工图和图纸包括构件的参数特征和材料明细表，所述参数特征对BIM模型和数据标注编号。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的铁路下穿框架箱涵顶进施工方法，其特征在于：所述离散点分析包括强度、刚度、平整度、距离、坡度、滑板表面材料。
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