【摘 要】
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我国中西部地区地质条件复杂多变,在局部地区,断层、褶皱、岩溶、地下暗河等不良地质现象星罗棋布。在隧道开挖的过程中,掌子面与围岩常呈现出“地层复杂多变、强度低、自稳能力差、富水性强”等软弱与极软弱特征,加之隧道断面大,开挖初期极易出现大变形、塌方、冒顶、突泥与涌水等灾害。针对该类工程地质条件极为复杂的高风险大断面隧道,研究基于BIM（建筑信息模型）技术的新型铁路隧道施工方法与施工管理理念及方法,对提
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我国中西部地区地质条件复杂多变,在局部地区,断层、褶皱、岩溶、地下暗河等不良地质现象星罗棋布。在隧道开挖的过程中,掌子面与围岩常呈现出“地层复杂多变、强度低、自稳能力差、富水性强”等软弱与极软弱特征,加之隧道断面大,开挖初期极易出现大变形、塌方、冒顶、突泥与涌水等灾害。针对该类工程地质条件极为复杂的高风险大断面隧道,研究基于BIM（建筑信息模型）技术的新型铁路隧道施工方法与施工管理理念及方法,对提高施工效率,确保施工质量,实现“快速、安全、高效”的施工目标具有重要的推动作用与现实意义。本文以宝兰客专石鼓山隧道为工程依托,运用BIM技术辅助解决施工中所面临的具体问题,主要研究工作包含以下四个方面。（1）针对铁路隧道“条带状,与地质密切相关”的地质特征,采用CATIA软件提出了一种面向长大山岭隧道的三维（3D）地质建模方法。基于该建模方法建立了石鼓山隧道3D地质模型,模型结果即符合二维（2D）地质资料的约束要求,也符合面向施工图的精度要求,从而论证了建模方法的可行性与可靠性。进一步研究了利用Skyline软件进行BIM模型的轻量化处理方法,创建了从CATIA到Skyline的文件转换接口,实现了上述石鼓山隧道3D地质模型的轻量化展示。（2）提出了一种新型的“三九”开挖技术。该开挖法以弧形导坑开挖预留核心土为基本模式,将大断面划分成九个小单元,同台阶采用预留核心土+临时仰拱的方式,有效发挥了初期支护结构承载能力。为应对富水区段在开挖过程中出现的渗水、涌沙现象,发展了一种二重管后退式超前深孔注浆预加固技术。采用CATIA软件对上述隧道开挖与支护技术工艺的详细施工过程建立了标准化的BIM模型,为实现3D可视化技术交底垫定了基础。（3）研发了基于BIM技术的隧道围岩监测与超前地质预报技术。搭建了一款隧道及地下工程施工监测信息系统（TGMIS）,将监测结果实时传递至BIM管理平台,实现了数据自动处理并发出分级预警。同时将现有超前地质预报技术与BIM技术结合方便地获得了隧道掌子面前方的3D地质预报模型,进一步与云模型的结合实现了对掌子面稳定性的科学预测,为施工安全提供了技术保证。（4）以BIM协同管理平台与BIM模型为基础开展了4D虚拟施工模拟,并借助于倾斜摄影技术形成了4D+实景的进度管理模式。二者的有机结合有效避免了建材浪费和返工情况,构建了以4D理念为基础的精细化隧道施工组织管理技术,极大地提高了施工效率与管理水平。上述基于BIM的隧道开挖、支护、监测及施工管理技术在石鼓山隧道建造过程中的应用效果表明:（i）新技术不仅加快了施工进度,增强了施工安全性,还扩大了作业面施工空间,为机械化作业提供了良好环境;（ii）隧道开挖过程中,TGMIS与BIM平台的结合有效预警了20余次异常拱顶沉降变形,自动发送预警信息至相应责任人,避免了严重的拱顶塌方事故的发生;（iii）BIM技术的运用节约了总计约10%的预算建材,并比预计工期提前20余天竣工,有效降低了施工成本,且施工质量符合相关标准。
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