[0001] 本发明属于盾构管片安装技术领域，具体涉及一种基于BIM技术的管片拼装方法。

[0002] 在盾构隧道施工过程中，盾尾间隙、千斤顶行程差是控制盾构机姿态的重要参考指标。盾尾间隙即盾尾内径与衬砌外径之间的施工间隙，间接反映了已拼管片与盾尾钢环在微小空间内的相对位置关系。千斤顶行程差，即盾构机各推进千斤顶行程长度的差值，直接反应管片与盾尾壳体之间的夹角，体现了管片与盾构机之间的空间关系。现阶段盾构隧道工程大部分采用通用环管片，即管片具有因宽度差而形成的楔形量，使得在隧道工程的管片排版过程中，可通过K块(管片宽度最短处)的点位选择，实现姿态纠偏、行程差优化以及掘进曲线拟合；

[0003] 因此盾尾间隙、千斤顶行程差是管片拼装过程中K块点位选择的重要依据，影响着后续隧道的施工质量。确定管片与盾构机机体相对位置的传统方法是先由现场人员使用刻度尺或卷尺等工具，手工测量已拼管片的端面盾尾间隙，并根据已拼管片K块位置及管片楔形量得知已拼管片的管环中心线角度，随后通过空间解算，得出已拼管片与盾尾钢环的相对位置关系，但是此解算方法计算复杂，且每次解算仅能得出已拼管片与盾尾钢环在轴向的某一平面的相对位置关系，无法直观地在三维层面了解管片整体与盾尾钢环的相对空间关系，也会影响后续管片拼装的点位选择。

[0023] 下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0024] 应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

[0025] 本发明优选实施例提供了一种基于BIM技术的管片拼装方法，其包括以下步骤：

[0026] 步骤1：根据隧道设计曲线对管片的轴线的曲线段进行设计和计算，得出当前管片的偏差量，即预纠偏量；

[0027] 步骤2：根据预纠偏量计算出曲线段的盾构机姿态相较于单环管片的设计轴线的实际合理偏差量，即盾构机姿态范围；

[0028] 步骤3：根据盾构机姿态范围，推导出当前盾构机掘进前后的千斤顶行程差；

[0029] 步骤4：在施工阶段，根据推导出的千斤顶行程差进行掘进，并根据实际的盾构机姿态和实际掘进前后的千斤顶行程差，预设合理的目标盾尾间隙值；

[0030] 步骤5：根据预设合理的目标盾尾间隙值，得出相应需拼装的管片的K块预拼装点位，并在BIM模型中进行试拼装；

[0031] 步骤6：根据BIM模型中呈现的盾构机实际姿态、管片实际姿态以及实际盾尾间隙，对试拼装的管片进行修正以贴合隧道设计曲线；还需要说明的是，在对试拼装的管片进行修正时，可以通过改变模型中的K块点位，直接通过视觉判断K块点位在哪一位置效果最好即可，以贴合隧道设计曲线。

[0032] 步骤7：根据修正后的管片模拟姿态，建立三维模型和二维剖面图，呈现盾尾间隙，并根据K块安装推荐点位，指导后续管片拼装；

[0033] 步骤8：重复上述步骤1‑步骤7，直至所有的管片全部拼装完毕。

[0034] 采用本发明的一种基于BIM技术的管片拼装方法，通过BIM模型结合盾尾间隙、千斤顶行程实时监测的方法，在隧道设计曲线、盾构机姿态和预设的目标盾尾间隙值的基础上，通过BIM快速建模形成已拼管片模型，随后根据盾构机实时姿态及盾尾间隙大小模拟下一环管片姿态，具象化为下一环管片拼装点位选择提供依据，保证数据的实时性，同时对后续施工具有较大的指导意义。

[0035] 在本方案中，在步骤4和步骤5之间，使用成型隧道测量装置，对已拼管片的盾尾间隙进行实时测量、采集，并且根据单环管片的设计图、盾构机的机械设计图分别建立单环管片三维模型和盾构机三维模型；同时，根据既有已拼管片的姿态、点位，通过BIM快速建模，形成多环已拼管片的串联模型，立体呈现已拼管片实时姿态以及管片与盾构机三维位置关系。

[0036] 其中，所述单环管片均为通用型管片，所述单环管片包括一块封顶块、两块相邻块和四块标准块，并按照所述标准块—所述相邻块—所述封顶块的拼接顺序依次拼接成环；所述单环管片的三维模型为斜空心圆柱体，所述单环管片沿轴向的宽度从L‑X逐渐变化至L+X，其中，宽度为L‑X的位置位于所述封顶块中心位置，宽度为L+X的位置位于与所述封顶块中心对面位置处。

[0037] 示例性的，在所述单环管片的外侧壁沿圆周等角度确定19个点位，各点位分别对应设置一处纵向螺栓孔，则相邻两个纵向螺栓孔之间对应的圆心角为360°/19；沿拼装线路，通过螺栓将前后两个所述单环管片的各点位对应的螺栓孔连接，以完成前后两个所述单环管片的对接。

[0038] 示例性的，在串联过程中，将前后对接的所述单环管片的封顶块对应的点位对接，则得到转弯曲率最大线路；将前后对接的所述单环管片的宽度为L‑X的位置与宽度为L+X的位置处点位对接，则得到曲率为零的直线线路，因此可通过改变封顶块安装点位，从而得到不同曲率曲线，立体呈现已拼管片实时姿态。

[0039] 还需要说明的是，实际盾构机姿态为盾构机中轴线的前中后三点与隧道设计中心线的偏移量，分为垂直、水平两个方向，且偏移量不大于50mm；已拼管片实时姿态为盾构掘进过程已拼管片相对于隧道设计中心线以及盾构机的位置的偏差量，且偏差量不大于50mm。

[0040] 同时，在调整单环管片的拼装点位时，相应地调节掘进千斤顶行程差、盾尾间隙和盾尾与单环管片之间的夹角，使盾尾间隙均匀，并保持管片轴线和盾尾轴线基本平行。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0042] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。