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        BIM技術(shù)在隧道巖層注漿用量計算中的應(yīng)用

        2019-08-19 01:36:56劉博文張城瑞
        關(guān)鍵詞:隧道工程

        劉博文 張城瑞

        【摘 要】論文通過理論分析和數(shù)值計算,對隧道巖層注漿進行分析,通過BIM技術(shù)創(chuàng)建理論的注漿模型,自動計算更為精準的注漿用量,對比JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》中的巖層注漿用量公式,推導出更為合理的巖層注漿設(shè)計用量計算方法。

        【Abstract】Through theoretical analysis and numerical calculation, this paper analyzes the grouting of tunnel stratum. A theoretical grouting model is created through BIM technology to automatically calculate more accurate grouting consumption. This paper compares the formula of rock layer grouting amount in JTG/T D70—2010 "Highway Tunnel Design Rules" and deduces a more reasonable calculation method of rock layer grouting design amount.

        【關(guān)鍵詞】隧道工程;注漿量;三維數(shù)字模型

        【Keywords】 tunnel engineering; grouting quantity; three-dimensional digital model

        【中圖分類號】U47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069(2019)06-0143-03

        1 概述

        G575線巴里坤至哈密公路建設(shè)項目位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū),是國家“一帶一路”部署“絲綢之路大通道”及《國家公路網(wǎng)規(guī)劃》的重要組成部分,也是自治區(qū)“五橫七縱”路網(wǎng)布局中第五縱的重要組成路段。

        項目控制性工程為東天山特長隧道,左洞全長11.767km,右洞全長11.775km,最大埋深1225m,為中交一公局集團有限公司在建公路第一長隧。

        隧址區(qū)域斷裂部位及其影響帶巖體破碎,且基巖終年得到天山積雪融水補給,裂隙水豐富,計算隧道單洞最大涌水量約為36000m3/d,加之超長距離獨頭掘進帶來的反坡排水、超長距離通風等一系列問題,給隧道施工帶來了極大的難度和挑戰(zhàn)。

        東天山隧道右線K9+180~K9+235該段為Ⅴ級圍巖,主要為晚更新統(tǒng)洪積粉質(zhì)黏土,下伏基巖為凝灰質(zhì)砂巖,受斷層影響巖體極破碎。圍巖穩(wěn)定性差,隧道開挖后易產(chǎn)生大坍塌及冒頂,側(cè)壁易塌腔。

        本文通過對東天山隧道右洞富水段全斷面預(yù)注漿處治設(shè)計方案進行分析,對比設(shè)計方案巖層注漿用量和采用BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維注漿模型導出的注漿用量,推導出更為合理的巖層注漿用量計算方法[1]。

        2 注漿用量的對比分析

        2.1 東天山隧道右洞全斷面帷幕注漿設(shè)計方案

        東天山隧道右洞涌水設(shè)計方案注漿采用前進式注漿,套筒安裝完成后,每鉆進5~7m即開始注漿,注漿達到設(shè)計要求后開始下一段鉆孔注漿;本循環(huán)長度30m(不含止?jié){墻),預(yù)留5m作為下一循環(huán)的止水巖盤。

        全斷面超前注漿設(shè)計參數(shù)如下:

        ①每循環(huán)設(shè)置90個孔,A1~A21號孔縱向孔深8m,環(huán)向注漿深度6m;B1~B21號孔縱向孔深18m,環(huán)向注漿深度6m;C1~C21、D1~D15、E1~E9、F1~F3號孔縱向孔深30m,環(huán)向注漿深度6m。

        ②注漿孔前段安設(shè)?108×4mm套管,套管長度2m。

        ③套管段采用?110mm鉆頭成孔,后續(xù)注漿段采用?90mm鉆頭成孔。

        ④注漿加固范圍為開挖輪廓線外6m,擴散半徑R=2.0m。

        全斷面帷幕注漿示意如圖1、圖2所示。

        2.2 設(shè)計方案巖層注漿計算

        設(shè)計方案計算巖層注漿用量Q根據(jù)JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》漿液擴散半徑及巖層裂隙率估算得:Q=πr2Hηβ。式中:

        通過隧道右洞全斷面帷幕注漿設(shè)計方案,可以得到參數(shù)r=2m,根據(jù)圍巖性質(zhì)β統(tǒng)一取值0.5,η統(tǒng)一取值為5%。我們只需計算出總壓漿長度便可以得出注漿用量Q。由于單孔注漿長度大部分不相同,我們還需要計算出每個孔的壓漿長度。采用勾股定理進行計算能得到單孔壓漿長度準確值。

        2.3 采用三維數(shù)字模型巖層注漿計算

        由于漿液擴散半徑為R=2m,注漿模型的繪制采用最為理想的注漿狀態(tài),即每次注漿形成一個長度不一半徑為2m的圓柱+半徑為2m的半球。模型的繪制采用Revit軟件,首先創(chuàng)建A序孔、B序孔、C序孔、D序孔、E序孔、F序孔注漿構(gòu)件,并設(shè)置好對應(yīng)參數(shù),使單孔注漿模型能在項目中根據(jù)不同角度、不同長度進行參變。

        在三維繪制出不同類別注漿構(gòu)件,形成一個重合部分自動扣減的三維注漿模型,并通過參數(shù)設(shè)置(r=2m,η=5%,β=0.5,Q=V三維模型體積×η×β)及明細表功能模塊自動計算出總注漿用量,A1孔的壓漿長度為10.56m,單根管注漿理論體積為149.52m3,注漿用量為3.74m3;A2孔的壓漿長度為10.56m,單根管注漿理論體積為116.82m3,注漿用量為2.92m3。通過模型自動計算得出A1孔壓漿長度與設(shè)計方案計算得出的壓漿長度一致,在壓漿長度一致的情況下,A2孔注漿模型體積比A1孔注漿模型體積少32.7m3,即為模型重合部分自動扣減的體積,如圖3所示。

        通過Revit明細表模塊能直接得出總注漿用量752.79m3,如圖4所示。

        2.4 對比分析

        ①設(shè)計方案參數(shù)取值

        漿液擴散半徑r值根據(jù)設(shè)計方案進行取值,取值有變化后需重新計算注漿用量Q值。

        壓漿段長度H值通過勾股定理進行計算??偟膲簼{長度H值由所有單孔壓漿長度再進行求和,對比三維數(shù)字模型自動生成值完全一致。

        巖層裂隙率η值根據(jù)JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》規(guī)范統(tǒng)一取1%~5%,與三維數(shù)字模型取值一致。

        漿液裂隙內(nèi)的有效填充系數(shù)β,可取0.3~0.9,視圍巖性質(zhì)而定,與三維數(shù)字模型參數(shù)取值一致。

        注漿用量Q值根據(jù)JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》中巖層注漿用量公式Q=πr2Hηβ進行計算。

        ②三維數(shù)字模型參數(shù)取值

        漿液擴散半徑r值根據(jù)設(shè)計方案進行取值,通過三維模型參數(shù)設(shè)置,r值可以進行參變,對比同條件下不同r值注漿模型形狀。視覺也更為直觀。

        壓漿段長度H值由模型繪制完自動生成,對比設(shè)計方案計算值,完全一致。模型繪制完即自動生成壓漿長度,比設(shè)計方案計算簡單,且無人為計算誤差,相較更為方便。

        巖層裂隙率η值根據(jù)JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》規(guī)范統(tǒng)一取1%~5%,與設(shè)計方案取值一致。

        漿液裂隙內(nèi)的有效填充系數(shù)β,可取0.3~0.9,視圍巖性質(zhì)而定,與設(shè)計方案取值一致。

        注漿用量Q值通過優(yōu)化JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》中巖層注漿用量公式Q=V三維模型體積ηβ進行計算。

        ③對比分析

        通過對比分析,我們發(fā)現(xiàn)在漿液擴散半徑r、巖層裂隙率η、漿液裂隙內(nèi)的有效填充系數(shù)β取值一致的情況下,三維數(shù)字模型自動計算出來的壓漿長度H與設(shè)計方案計算值一致,但注漿用量Q值比設(shè)計方案計算得到的Q值小575.35m3,即偏差43.32%。這是因為三維注漿模型能自動扣除注漿重合的部分,而設(shè)計方案的計算方式并沒有考慮每個孔重合的注漿量,或者可以說設(shè)計方案的計算方式根本無法扣減出注漿重合的注漿量,因此得到的注漿用量偏大。且使用三維數(shù)字模型計算隧道巖層注漿用量能參變漿液擴散半徑r、自動計算壓漿段長度H值。得到數(shù)值的方式更為便捷,能節(jié)省計算工作量,避免不必要的誤差。

        3 結(jié)論

        現(xiàn)國內(nèi)隧道巖層注漿用量計算依然采用JTG/T D70—2010《公路隧道設(shè)計細則》中巖層注漿用量公式Q=πr2Hηβ,由于此公式無法自動扣減計算出來的注漿用量重合的部分,導致計算出來的數(shù)值大大超過真實的注漿用量,計算出來的數(shù)值并不精準。使用三維數(shù)字模型進行隧道巖層注漿用量計算意義重大,不僅能簡化設(shè)計方案注漿用量計算流程,避免人為計算產(chǎn)生的錯誤,更重要的是不用局限于規(guī)范中不完善的計算公式得出精準的注漿用量。為施工準備工作提供更為合理的參考值,建立正常的施工程序,使各種資源得到合理使用,避免不必要的浪費現(xiàn)象。

        【參考文獻】

        【1】張林.淺談BIM技術(shù)在隧道巖層注漿用量計算中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā),2018(6):16-17.

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