淺析BIM與裝配式隧道施工技術

王中偉

（四川綿九高速公路有限責任公司，四川綿陽 621000）

1 工程概況

1.1 基本概況

東環路二期工程地處臨近山林河東岸。路線呈東西走向，道路全長約2.5 km，城市主干路，設計速度50 km/h，標準路幅寬度8 m，雙向六車道，本項目含徐家灣隧道1座。

隧道采用分離式隧道，隧道單洞凈寬為8.2 m，凈高為5.6 m。隧道左線位于半徑R=1 000 m的圓曲線上，隧道縱坡4.0%。左線隧道起止樁號：左隧道全長420 m。右線隧道位于半徑R=900 m的圓曲線上，隧道縱坡3.5%。

1.2 水文情況

（1）第四系松散巖類孔隙水。

在進洞口處填土、含碎石粉質黏土中，松散巖類多具較大孔隙，接收大氣降水及地表徑流補給，以垂直補給為主，多形成孔隙潛水，富水性較弱且不穩定。多以坡面流向當地四側低洼處排泄，季節性變化大。

（2）基巖裂隙水。

主要賦存在砂巖中，含水介質為基巖的風化裂隙、層間裂隙及構造裂隙。

1.3 地形地貌

線路區屬于侵蝕剝蝕丘陵地貌。場地內部分地形已進行人工改造，線路區內多已征地。地形坡度平緩，地形坡角8°～15°，局部地段可達25°。場地內最高點高程274.20 m，最低點高程193.50 m，相對高差80.7 m，整體地形斜坡狀，局部為陡坎。

1.4 地層巖性

（1）第四系全新統。

素填土（Q4ml）：鉆孔揭露厚度0.30～0.8 m，分布于局部地段。

粉質黏土（Q4el+dl）：稍有光澤，無搖震反應，刀切面光滑。裂隙不發育，結構致密。干強度中等，韌性中等，呈可塑狀。揭露厚度0.30～4.10 m，分布于整個場地。在水田部位上部1.0～2.0 m呈軟塑，為軟土。

（2）侏羅系中統沙溪廟組。

砂巖（J2s-Ss）：巖體風化強烈，風化裂隙發育，巖體較破碎，巖芯呈塊狀，少數呈短柱狀，巖質軟，為強風化帶。巖體較完整，巖芯呈柱狀，巖質較硬，為中等風化帶。揭露厚度2.30～43.65 m。

我們在積極引導農村土地有序流轉，支持各類農業新型經營主體發展的同時，要高度重視普通農戶，鼓勵他們創新經營模式，放手讓廣大農民群眾自主選擇，推進家庭經營、合作經營、集體經營、企業經營等共同發展的農業經營方式創新，打造傳統承包農戶的家庭經營“升級版”。

泥巖（J2s-Ms）：為中等風化帶，呈褐色。揭露厚度為3.45～46.90 m。

1.5 氣象

項目區屬亞熱帶季風氣候區，溫暖濕潤，四季分明，年均氣溫17.5～18.5 ℃，多年平均最大日降雨量173.50 mm。降雨主要集中于5～9月，且常有雷陣暴雨。春冬多霧，霧日最長達238 d。年平均相對濕度80%，絕對濕度17.6%。常年風速較小，以偏西北風見多，最大風速為28.4 m/s。

2 裝配式與現澆隧道結構對比

（1）預制裝配式混凝土結構。

現場裝配效率高，現場采用工廠化制作安裝，室內鋼筋加工采用數控機床，混凝土澆筑采用振動臺，養護采用自動噴淋系統，場內溫度恒定，采用機械化生產，自動化程度高，人工成本大幅降低。誤差控制在毫米級，墻體無滲透、無裂痕，室內可實現下一步裝飾裝修，更高效快捷，質量更有保證。實現設計、生產、施工一體化以及精細化數字化管理，集成技術規范標準通過規?；?，可以更好地實現材料節約、能源節約，減少垃圾產生，施工現場揚塵、噪聲等環境污染較少。

（2）現澆混凝土結構。

現場工序多，包括現場鋼筋截取、綁扎、驗收、各種預埋件設置、混凝土澆筑、混凝土養護等。生產效率低，現場需要眾多模板、支架、人工，工藝過程需要的時間間隔等使生產效率進一步降低。人工成本高，從事現場施工環境人員逐年減少，導致工程施工人工成本陡增。由于工序繁多，需要的人員數量也較多。誤差難以控制，目前為厘米級?？臻g尺寸變形大部分安裝難以實現標準化，基層質量較差，難以實現標準化，數字化管控較難，無法進行有效設計、施工一體化管理，容易造成材料浪費、能源消耗多、垃圾問題嚴重施工現場環節較差，噪聲、廢水等環境問題突出。

3 BIM+裝配式建造

（1）配式建筑的核心是集成，BIM技術是集成的主線。主線串聯設計、生產、施工、裝修和管理的全過程，服務于設計、建設、運維、拆除的全生命周期，可以數字化虛擬、信息化描述各種系統要素，實現信息化協同設計、可視化裝配，工程信息交互和節點連接模擬及質量校核等全新運用，整合建筑全產業鏈，實現全過程、全方位信息化集成。

（2）傳統的二維設計存在各專業交圈不夠、各專業沖突的問題，在施工過程中頻繁出現設計變更、返工等，延誤工期，增加項目成本。

（3）BIM設計的全專業協調綜合了建筑、結構、機電、精裝、景觀等各專業，通過可視化的優勢對前期的設計問題進行綜合協調，避免返工。

（4）裝配式項目本身具有一定的綜合性和復雜性，前期通過BIM可視化的優勢對復雜節點、鋼筋節點等問題提前發現并優化，解決后期生產、施工環節的隱患。

（5）設計前置，穿插前行，一體化設計，對于后期施工運營都采用全周期管理。

（6）預制構件實施范圍不是項目提質提效的決定因素，技術路線的選擇是設計基于提質提效需求、統籌全產業鏈的結果。

（7）提質提效除了技術因素，還與項目精細化管理和施工組織的計劃性密切相關。

（8）新體系、新工法、新產品需要在項目全過程中接受檢驗，應符合“工序簡化、操作簡單、質量易控”原則。應提高數量、產量、質量，在保證預制率和裝配率的同時，需要具有較高的有效率。

4 裝配式隧道

4.1 裝配式隧道背景

19世紀末，英國倫敦地鐵率先采用盾構法施工并獲得成功。盾構隧道通常采用全裝配式結構，預制管片在接頭處通過螺栓連接，螺栓處外面預留注漿管，安裝后及時注漿，對結構起到了良好的防水作用。

1996年，裝配拱頂結構在礦山法暗挖條件下，由2個帶千斤頂的鋼筋楔形接頭擠壓連接形成。日本在山嶺隧道的二次襯砌中開發了預制板兼模板技術，減少模板的同時保證了裝配式結構的順利實施。日本采用過預制裝配式構件進行隧道修筑，隧道拱頂和邊墻為預制構件、底部的中間部位為現場澆筑，即HK工法，起到了一定的引領作用。

2016年，全國首例全裝配式明挖地鐵車站長春地鐵2號線袁家店站建成，標志著我國裝配式結構建筑首次進入地鐵領域，起到了良好的示范作用。

2017年，北京市首座全裝配式車站北京地鐵6號線金安橋站建成，進一步推動裝配式建筑結構在地鐵中的應用。

2020年，哈爾濱地鐵3號線TJ2-6標丁香公園站采用疊合結構與局部整體現澆的組合模式車站建成，自2020年，青島、深圳的首個裝配式地鐵車站陸續開建。

4.2 本項目裝配式隧道設計及施工

按照吊裝要求、裝配式工廠機械設備要求、道路運輸車輛運輸要求、現場機械設備吊裝要求、現場安裝精度要求進行綜合設計考慮，采用BIM技術精確設計連接構造節點。

每環設計采用BIM相結合建立1∶1模型，設計時考慮現行常規設備能夠生產、能夠運輸、能夠吊裝、能夠安裝和穩固要求。每一環長度為3.5 m，隧道每環切割為6大塊，每環2塊A型預制塊，重量1.3 t，2塊B型預制塊，重量1.2 t，2塊C型預制塊，重量1.6 t。預制塊A采用鋼筋接駁器與預制C的仰拱連接；預制塊B與預制塊A采用雙榫接頭，灌漿套筒連接；2塊預制塊B之間采用雙榫接頭，鋼棒連接；縱向每環之間采用單榫接頭，鋼棒連接；榫槽內間隙采用壓力注漿的方法水泥漿液，為保證施工安全注漿后，待漿液凝固一周后方可回填土。

項目設計斷面如圖1所示。

圖1 設計斷面

施工主要工序有施工準備、基坑開挖、基底檢測、管片臺車就位、管片安裝、基坑回填?；娱_挖過程中注意放坡的坡度必須滿足基坑穩定要求，隨挖隨支。基底檢測過程中需要預留30 cm土體不可破壞，檢測承載力合格后，采用小型設備開挖最后的土體并用壓路機壓實，壓實度≥96%，回填土每層左右高差小于50 cm，對稱夯實壓實度≥94%，施工過程中采用跨墩龍門吊及汽車吊配合安裝。在隧道施工過程中，嚴禁使用大型機械設備對隧道進行加載，小型設備壓實過程中壓實速度需要控制在規范允許范圍內。

5 結語

采用裝配式隧道與BIM的深化設計，縮短了工期并減少了工程造價，達到了“十四五”計劃和2035年遠景目標綱要“堅持創新驅動發展，全面塑造發展新優勢”要求，將創新與綠色環保和可持續發展相結合。在設計過程中采用多種方案模擬以及現場試驗研究，在過程中采用模擬吊裝、模擬安裝、模擬臨時支撐體系搭建和拆除等工序，更明確了明挖隧道采用裝配式結構具有諸多優點和巨大的市場潛力，在未來的推廣應用中起到了良好的示范作用。