基于BIM技术的铁路隧道洞口设计软件研究

随着BIM技术在铁路隧道工程领域的飞速发展与应用，为解决铁路隧道洞口传统二维设计过程中洞口位置选择不合理，洞口开挖回填边界线绘制困难，洞口开挖工程量难以精确计算，端墙洞门结构及截水沟设计与地形匹配不直观等难题，提出利用BIM技术在Bentley OpenRail Design平台研发隧道洞口设计软件技术方案。通过对隧道洞口设计内容和设计流程进行梳理，对软件整体架构、关键模块和数据库进行设计，研发基于BIM技术的铁路隧道洞口设计软件。本软件利用C#/C++混合编程技术，通过动态剖切地形曲面，实现隧道洞口横、纵断面图与三维模型实时联动，实现隧道洞口位置的合理选择，完成洞口边仰坡设计以及端墙洞门结构、洞外截水沟创建以及图纸输出等功能。工程应用表明，该软件结构合理，满足隧道洞口设计实际需求，能有效减轻设计人员的劳动强度，显著提高隧道洞口设计效率与设计质量。     

基于BIM技术的隧道洞口二三维同步设计方法研究

为解决设计人员完成隧道洞口二维设计文件后还需耗费额外时间进行BIM翻模的问题,提高隧道洞口设计质量,实现精细化设计目标。基于Bentley OpenRailDesigner CE软件对地形与线路中线支持的特性,结合隧道洞口设计流程与习惯,提出基于中心数据库的隧道洞口二、三维同步设计方法;利用数字地形高程生成网格化地形模型,基于三维线路中线定位动态剖切地形模型生成横、纵断面,参数化驱动洞门设计模板图元,选取与地形适应的洞门类型并确定洞口位置;通过二三维互动的参数化交互方式设计边仰坡开挖及支护参数、明洞回填高度与坡度、端墙式洞门结构参数、洞口截水沟及超前大管棚设计参数;最后,通过这些设计参数同步生成三维BIM模型与二维设计图纸,并统计相关工程数量。利用C#、C++API接口研发了“隧道洞口二三维同步设计系统”。通过在西十、西康高铁项目中应用表明,该方法与系统符合设计习惯,能够实现隧道洞口工程的二维与三维设计与成果输出,在后续项目中具有推广应用价值。     

铁路山岭隧道BIM设计应用研究

以铁路山岭隧道为研究对象,通过广泛调研提出了铁路山岭隧道BIM设计技术路线,结合"武襄十"铁路王家庄隧道BIM设计实践,详细论述了铁路山岭隧道BIM设计流程。实践表明,利用BIM技术构建3D模型,可以直观、准确地再现隧道与地质构造、附属结构等的空间关系,避免了常规二维设计的差错漏碰现象;通过三维可视化模型输出二维图纸及进行隧道工程数量统计保证了二维图纸相互关系的正确性及工程数量的准确性。通过应用研究初步实现了BIM与GIS系统结合,并引入FLAC3D软件对BIM隧道模型结构受力进行了三维数值模拟分析。     

全风化岩石隧道洞口段施工过程的三维数值模拟

某隧道洞口段岩性为全风化石英片岩夹变粒岩,节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,易坍塌。针对该隧道洞口段的具体地质条件,对隧道支护设计参数及施工方法进行三维数值模拟,分析开挖过程中围岩及支护结构的变形和受力特征,为隧道安全施工提供科学依据。     

铁路隧道洞口三维设计系统研究与实现

为解决隧道洞口工程设计因控制因素变化导致设计工作需多次反复、工作量大、传统设计方式效率低的问题,提出利用BIM技术在AutoCAD Civil 3D平台上研发三维辅助设计系统技术方案。通过对隧道洞口处dwg地形图进行预处理与识别,建立三维数字地形模型,采用部件编辑器与C#语言编程相结合的方式实现自定义部件,利用Civil 3D的“廊道”功能,实现隧道洞门参数化设计。通过对系统进行整体架构设计和关键模块设计,利用.NET API二次开发接口,研发铁路隧道洞口三维设计系统,并应用到隧道设计中。工程应用表明,该三维设计系统技术方案可行,系统结构设计合理,满足隧道专业设计需求。     

基岩山区高速铁路高陡边坡BIM应用

选取西成高铁纸坊1号隧道为研究对象,在施工过程中,为查明隧道洞口高陡边坡危岩落石的分布,面对工程环境危险、施工工期紧张、外业调查工作效率低、传统二维设计局限性等工程问题,首次采用"无人机+BIM+GIS"的创新技术方法开展高陡边坡危岩治理工作。首先通过无人机采集隧道洞口高清影像数据和DEM数据,然后开展不良地质判释和三维地质建模工作,最后通过计算分析完善了高陡边坡加固设计方案。在BIM实施过程中,建立了多专业协同工作机制,高效可靠地完成了高陡边坡勘察设计工作。项目BIM技术的成功实践,可为其他基岩山区铁路BIM应用提供解决方案。     

浅析隧道洞口不良地质段的施工技术

研究目的:简要介绍隧道洞口不良地质段的施工技术,隧道坍塌的预防和处理措施,总结隧道洞口不良地质段施工的一些体会。研究方法:通过对洞口不良地质段地质条件的分析,提出不同的施工方法并简要介绍其施工技术特点,同时对隧道坍塌的危害及原因进行简要分析,并提出相应的预防及处理措施。研究结果:在隧道洞口施工方案制定时,应充分考虑现场地质条件,施工前应根据现场实际情况对设计和施工方案进行调整,同时针对可能突发的情况做好必要的准备,并在施工中采取相应的措施。研究结论:山区隧道地质条件复杂,应根据不同的情况,采取合适有效的施工技术及施工方法,确保隧道施工安全及运营。     

复杂地形、地质情况下大跨度隧道洞口段设计

研究目的:大跨度隧道洞口地段地形地质情况复杂,对隧道施工和结构影响较大,结合渝怀线大板溪隧道洞口特殊地段的处理,对复杂地形、地质情况下大跨度洞口段设计进行小结。研究方法:针对本工程的地形、地质条件,采用工程类比和结构分析的方法,确定经济合理的处理措施,并对结构进行检算和分析。研究结果:针对大板溪隧道洞口段特殊的地形、地质情况采取有效的处理措施,取得了良好的效果。研究结论:大跨度隧道洞口段,对顺层偏压地段,可于靠山侧适当范围设置预加固桩,消除山体滑移对线路和结构物的危害;对地形十分陡峻,且衬砌基础存在软弱围岩地段,为减少开挖对山体的扰动,于靠山侧设置锚杆挡墙减少刷方高度,采取反压混凝土及配合超前大管棚的施工方法,解决了进洞难的问题;同时设置两侧边墙不等厚的衬砌结构形式,软弱围岩基础设置桩基托梁,将衬砌外侧基础置于桩基托梁上,解决了衬砌结构设计的难题。     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

隧道洞口施工技术

研究目的:隧道洞口段施工是整个隧道工程施工的关键.针对隧道洞口的特点,如何做到超前思维,制定出切实可行的进洞施工方案,使其既能减少隧道洞口边坡开挖和防护工程量,又能维护洞口的原生植被,同时也能加快洞口段的施工进度,确保施工安全,对此进行施工技术研究.研究结果:隧道洞口施工应根据现场地形、地质、水文条件,从环保角度出发,制定出科学合理的进洞方案,采用合理的施工技术、方法和步骤开展施工.本文阐述的隧道大跨施工应选择变大跨为小跨的施工方法(如CD法、CRD法等)和辅助施工方法(如环形开挖留核心土法、前置式洞口工法等),有效地解决了隧道洞口施工的安全隐患和环保问题.     

山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法与应用研究

为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。     

基于CAD/BIM+GIS技术的江阴靖江长江隧道设计

BIM与GIS技术互补的特点决定了BIM+GIS集成及应用是隧道工程BIM设计下一步发展的必然趋势。以江阴靖江长江隧道工程为例,探讨BIM+GIS技术在隧道工程设计各阶段的应用。在规划、工可阶段,GIS可辅助隧道工程选线和设计;在初步设计和施工图阶段,建立三维GIS模型和精细化BIM模型,通过中铁第四勘察设计院集团有限公司自主研发的BIM+GIS模型三维数据综合管理平台集成BIM模型和GIS模型,基于BIM+GIS模型三维数据综合管理平台丰富的分析功能,可为工程精细设计、决策等提供真实、准确的依据。     

复杂地质条件下隧道洞口段的施工

在浅埋、偏压、围岩破碎等复杂地质条件下的隧道洞口段施工,经常会出现洞口坍塌,甚至造成洞顶山体滑坡,主要原因是对地质情况认识模糊,施工方法不当,机具设备、材料选用达不到质量要求.以楚雄至大理高速公路九顿坡隧道上行线进口为例,对复杂地质条件下洞口段的施工技术进行探讨.     

隧道工程数字信息化施工关键技术及应用

针对隧道工程地质及环境条件复杂,不可预见安全风险因素多,质量控制和环水保要求高,施工组织协调任务重,研究采用数字信息化技术实现隧道工程安全优质高效施工建设。首先,研究提出基于BIM的隧道施组进度跨任务综合预警方法和基于BIM的三维可视化进度精细化管理;其次,研究基于数字视频分析、短距离人机定位技术实现隧道内人员和机械设备安全定位管理,基于BIM、物联网、物探法、钻探法、自动监测等隧道施工不良地质超前探测预报预警、围岩变形动态监控量测、安全步距动态分析监控、有害气体监测预警等隧道工程施工多维度安全风险监控;再次,研究BIM、三维扫描、移动互联等新技术与隧道施工开挖业务融合,实现对隧道工程施工超欠挖和平整度、衬砌防脱空以及工程实体质量专业分析和自动预警等;最后,结合实际工程应用验证关键技术和应用效果,为隧道工程施工建设数字信息化管理提供借鉴参考。     

BIM技术在铁路隧道设计中的应用

阐述BIM在铁路领域中的应用理念和BIM在铁路设计中的发展趋势。针对铁路隧道专业,结合宝兰客运专线石鼓山隧道辅助坑道工程,从斜井模型建立、模型审查和生成二维视图等方面分析BIM在隧道设计中的应用,探索BIM三维模型的建立,实现隧道设计从传统二维向三维转型;提出铁路建设项目各参建方BIM技术应用方案,分析运用BIM技术开展铁路设计的发展趋势。     

隧道洞口施工技术

研究目的：隧道洞口段施工是整个隧道工程施工的关键。针对隧道洞口的特点，如何做到超前思维，制定出切实可行的进洞施工方案，使其既能减少隧道洞口边坡开挖和防护工程量，又能维护洞口的原生植被，同时也能加快洞口段的施工进度，确保施工安全，对此进行施工技术研究。研究结果：隧道洞口施工应根据现场地形、地质、水文条件，从环保角度出发，制定出科学合理的进洞方案，采用合理的施工技术、方法和步骤开展施工。本文阐述的隧道大跨施工应选择变大跨为小跨的施工方法（如CD法、CRD法等）和辅助施工方法（如环形开挖留核心土法、前置式洞口工法等），有效地解决了隧道洞口施工的安全隐患和环保问题。     

高速铁路偏压隧道高边坡零开挖进洞施工技术研究

零开挖进洞施工技术应用时必须对隧道洞口的地形、地质与隧道周边环境影响因素进行综合分析,使用不当容易产生地表沉陷、初期支护过量变形、衬砌间裂缝等诸多问题。为探究零开挖进洞施工技术在高速铁路偏压高边坡隧道的使用效果,以杭温铁路西安隧道洞口段施工为背景,理论分析表明偏压、高边坡和围岩差等不利因素是影响零开挖进洞施工技术的关键,现场采取抗滑桩防偏压、护拱补强、超前管棚预支护和注浆等措施,实现"零开挖"进洞的目标。     

考虑空间效应的岩堆体隧道管棚力学模型研究

针对现有管棚弹性地基梁模型中基床系数确定方法的不足,研究不同弹性模量、泊松比以及围岩应力释放率下岩堆体隧道洞口段掌子面附近围岩基床系数的分布规律,建立考虑空间效应的岩堆体隧道管棚弹性地基梁模型,进一步结合某岩堆体隧道工程实践,分析了管棚挠度分布的影响因素。结果表明:考虑隧道开挖空间效应的管棚弹性地基梁模型与实测更接近,可以更真实地反映管棚的受力变形行为。管棚变形行为与围岩弹性模量、泊松比等力学参数,开挖进尺、开挖高度、管棚钢管刚度等施工参数,以及应力释放率、隧道埋深等因素密切相关,影响因素多,力学机制较为复杂。对于岩堆体隧道浅埋段,开挖进尺宜取1m左右,开挖高度取3~6m间较合适,宜采用108mm及以上大直径管棚,并采取预加固措施。结论可为岩堆体隧道洞口浅埋段施工参数的合理选择提供理论依据。     

铁路隧道射流与洞口风道组合式通风效果分析

射流风机与洞口风道组合通风效果一直是学术界和工程界关注的关键科学问题,在长度超过5km的内燃牵引隧道中,射流风机并未有效阻止风流从洞口隧道内流出,未达到设计通风效果。采用CFD计算软件FLUENT建立三维非线性力学模型,研究洞口射流风机安装断面连接方式、轴流送风口风速、射流风机台数关键因素影响效果。射流风机安装处设置渐变过渡段后,风机吹出的风流可以平稳的进入隧道,从洞口引入新风效果明显;在同样的风量下,送风口风速不同,产生阻力也不同,对洞口端引入新风产生影响,设计中应适当降低送风口风速;在洞口设置同样的射流风机,轴流送风道送入的风量不同,洞口端隧道内风流的状态不同,当送风量大到一定程度时,将产生洞口段隧道风流流出,设计中洞口射流风机的台数应根据送风道的送风量进行调整。     

热棒技术在多年冻土地层隧道施工中的应用

根据热棒的工作原理,利用热棒制冷技术降低隧道冻土围岩的温度。结合青海省共和至玉树公路姜路岭隧道洞口段冻土地层热棒施工,介绍了热棒在隧道洞口冻土段的平面、横断面及监测元件布设情况。通过采用冻土地层热棒制冷控温,对由于隧道开挖后热扰动造成的冻土温度的升高进行有效控制,并使冻土及时回冻保持原状,确保了隧道洞口段结构安全。对以后高寒高海拔地区冻土地层的隧道洞口段施工具有推广价值。