张德良，吴广磊，丁杰
（中交三公局工程总承包分公司 北京 100000）
摘 要： 为了解决传统施工中遇到的施工协同性差，监测成本高，施工环境复杂导致进程缓慢等问题，探讨了基于BIM的三维地质模型在盾构施工过程中的应用的新方法。基于三维地质模型，通过获取各地层各项力学参数及有限元模拟，实现施工过程中全时间段的监测、各类信息的整合以及盾构掘进参数的实时调整。该方法大大提高了工程技术人员的决策效率，在天津地铁11号线施工中的应用，已经有效提高了施工效率，降低施工成本，实现了施工过程中的全方位监测，预防了各类风险。
关健词：BIM地质模型；富水砂层盾构；城市轨道交通；建筑信息化；地下工程
中图分类号：U231+.3
0 引言
近年以来，城市轨道交通是城市建设的重点，各大城市的地铁及其配套设施的施工均进展迅速[1-3]。
盾构施工中若遇到富水砂层，施工难度大大提高，由于富水砂层具有结构松散、砂土及黏土比例不均、渗透系数大、自稳能力差等特征，其物理力学参数特征不明，导致盾构施工技术与该类地层的适应性存在较多问题。为保证施工的精确性，实时监测施工进程，本文将引入BIM地质模型（Building Information Modeling）[4]。
在隧道工程施工中应用BIM技术，首先要将地质勘查的结果三维可视化，其次需要建立隧道施工的三维模型，通过BIM技术的支持，实现各专业模型的可视化以及信息的共享与传递。
1依托项目
1.1 工程总体概况
本文依托依托天津地铁11号线一期工程（见图1），线路全长22.6km，全线共设21座车站，20个盾构区间。标段起讫里程为DK32+506.137～DK36+167.391，跨度总长3661.254m。施工区间位于天津市河西区，两侧建筑物较多，人车流量较大，沿线地下管网密集，地下水丰富。
图1 项目施工范围示意图
Fig.1 Project construction scope diagram
1.2 施工重难点及应对措施
1）施工前对隧道施工影响的建筑物进行第三方鉴定和评估，对建筑物的变形、沉降进行预测，将预测量在BIM模型上进行展现，以制定保护加固方案。
2）利用BIM模型中的地层参数，在施工过程中实现信息交互，加强盾构施工管理，调整盾构掘进参数，控制地面沉降，确保建筑物安全。
3）盾构管片增设注浆孔，施工中加强对受影响的建筑物地面沉降的监测，实时反映在BIM模型中，分析建筑物的沉降趋势，及时注浆，确保建筑结构安全。
4）在建筑物附近施工时，降低推进速度，严格控制盾构姿态，确保盾构机的平稳穿越，保证施工影响范围内地层损失率≤5‰。
5）盾构推进对建筑物的控制标准：沉降≤10mm；整体倾斜≤2‰。
6）加强管片密封条安装和拼装质量管理，防止密封条脱落或管片破裂及错台严重，出现渗漏水。
2 基于OpenRoads Designer的BIM地质建模
2.1 生成三维地质模型
基于勘察资料，在OpenRoads Designer中，生成三维的地质模型，分别为贯通层、地层尖灭、透镜体。OpenRoads Designer软件可通过裁剪贯通层地质体，得到符合地层分布规律的地层尖灭与透镜体[5-6]。
2.2 获得三维地质模型各信息
在OpenRoads Designer中得到完整的三维地质模型，导入3dMAX软件中进行汇总查看，从而实现三维地质模型信息在施工的交互传递，如图2所示。
图2 分段建立的三维地质模型 图3 桥梁进度与桥梁工程结构数据存储框架图
3 三维地质模型的传递与交互
3.1 整合模型参数
获得三维地质模型后，对于不同的岩土层有侧重地添加不同参数，如地质成因、地质时代、岩土层描述、渗透系数、天然密度、弹性模量、计算内摩擦角、地基承载力特征值、施工的工程分级等大量信息，所有与地质模型相关的参数均会在施工过程中得到合理应用[7-9]。
3.2 与施工过程的信息交互
使用OpenRoads Designer实时生成盾构模型与路线模型，对施工进程实时监测。针对地层参数信息，实时调整盾构机各项掘进参数[10]，有效地控制地表沉降，如图3所示。
（1）支护压力调整
根据施工具体进度分段建立盾构模型，通过Abaqus软件对盾构模型进行三维有限元数值模拟，分析富水地区开挖时的渗流规律。
（2）盾构推力调整
掘进过程中，通过分段开挖模型，在施工中可以得到当前开挖段的土体侧压力系数、土体重力密度、主动土压力系数等参数。同时，改变地质模型的内摩擦角属性以实时改变各阻力值，调整盾构机的实际推力。
4 结论
通过BIM技术生成三维地质模型，并实现各参数与各专业模型间信息的传递与交互，可大大提高施工效率，降低施工成本，有效实现施工过程中的风险管控。
以天津地铁5号线为依据可以得出结论，经过信息集成的三维地质模型，可以有效地为下一步的站点设计，盾构路线设计，结构设计，施工进程实时监测，调整盾构机掘进参数等工作步骤提供依据，应用于城市轨道交通具有巨大的信息化优势。
参考文献
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