基于地铁工程实体模型的施工方法和地铁工程实体模型

技术领域

本申请涉及隧道工程技术领域，尤其涉及基于地铁工程实体模型的施工方法和地铁工程实体模型。

背景技术

地铁工程埋于地面以下，地质条件复杂，施工方法多样，工序繁琐，涉及施工、测量、检测、监测、维护等专业方向，是个极其复杂的系统工程。目前，为帮助学生理解地铁施工要点，多利用图片、PPT、动画、视频等教学资源辅助课堂教学，以及组织学生到施工现场参观学习。

然而，地铁工程动态多样化施工，难以在同一工点的某一时间段汇集众多施工方法和多项工作内容，不利于学生精准掌握地铁工程的施工技术；施工现场安全风险大，存在着极高的安全隐患，不便于开展现场实训教学，学生的动手操作能力得不到锻炼。

发明内容

本申请提供基于地铁工程实体模型的施工方法和地铁工程实体模型，以解决现有技术中地铁工程教学难以开展现场实训教学的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种基于地铁工程实体模型的施工方法，包括：通过回填开挖施工技术、现场模筑施工技术和预制拼装施工技术，逐次施工建造车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和区间隧道工区；将开挖基槽的土方对称回填至底部，其余部位则回填泡沫轻质土。

可选地，建造车站明挖法工区，包括：开挖两侧挡土墙基槽；模筑挡土墙；在区段内回填土；施工SMW工法桩、钻孔灌注桩、高压旋喷桩和钢格构柱；施工维护结构上方的冠梁；边开挖中部土体边施工锚杆、锚索和围檩，直至开挖到基底设计标高。

可选地，建造车站盖挖法工区，包括：开挖基槽；模筑结构底板；模筑连续墙和冠梁，安装顶盖、立柱和内支撑，使之成为一个稳定的结构体系；模筑两侧挡土墙；在挡土墙和地下连续墙间回填土；施工导向墙；铺设路面板。

可选地，建造车站浅埋暗挖法工区，包括：开挖基槽；模筑二次衬砌和挡土墙；在区段内回填土；超前小导管注浆加固区段末端土层；按中洞法开挖土体，并施作初期支护及防排水系统；施工部分车站的附属设施。

可选地，建造区间隧道工区，包括：开挖基槽；拼装盾构管片，模筑新奥法二次衬砌和挡土墙；在区段内回填土；超前小导管注浆加固新奥法区段前端土层；按上下台阶法开挖新奥法区段前端土体，并施作初期支护及防排水工程系统；施工部分区间的附属设施。

为解决上述技术问题，本申请提出一种地铁工程实体模型，由地铁车站模型和地铁区间模型组成，地铁车站模型按地下两层岛式站台车站规模足尺模拟，地铁区间模型按单线隧道规模足尺模拟；地铁工程实体模型分为：车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和车站区间隧道工区；其中车站区间隧道工区包括盾构法工区和新奥法工区，在盾构法工区设置基地大门，在车站明挖法工区设置楼梯上二层平台。

可选地，地铁工程实体模型的尺寸为101m(长)×33.6m(宽)×14.6m(高)，占地面积为3393.6m

可选地，在地铁工程实体模型的四周挡土墙围挡内充填土体以模拟地下环境。

可选地，挡土墙的上方还安装有钢结构顶棚。

可选地，地铁工程实体模型为半地上-半地下式。

本申请提出基于地铁工程实体模型的施工方法和地铁工程实体模型，方法包括：通过回填开挖施工技术、现场模筑施工技术和预制拼装施工技术，逐次施工建造车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和区间隧道工区；将开挖基槽的土方对称回填至底部，其余部位则回填泡沫轻质土。通过上述方式，本申请可利用建造地铁工程实体模型，根据教学需要，充分展示了地铁工程支护与结构以及典型施工步骤，保证了现场教学的安全性，提高了教学效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请基于地铁工程实体模型的施工方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请地铁工程实体模型一实施例的俯视示意图；

图3是本申请建造车站明挖法工区一实施例的流程示意图；

图4是车站明挖法工区一实施例的典型断面示意图；

图5是本申请建造车站盖挖法工区一实施例的流程示意图；

图6是车站盖挖法工区一实施例的典型断面示意图；

图7是本申请建造车站浅埋暗挖法工区一实施例的流程示意图；

图8是车站浅埋暗挖法工区一实施例的典型断面示意图；

图9是本申请建造区间隧道工区一实施例的流程示意图；

图10是区间隧道工区一实施例的典型断面示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供基于地铁工程实体模型的施工方法和地铁工程实体模型进一步详细描述。

现有技术中的地铁工程采用全地下室，需要利用盾构机、爆破、基坑降水等地下工程施工技术建造。具有以下的缺点：

1)设备种类多，施工工艺复杂，工期长；

2)覆土厚2m，开挖深度达12m，施工风险高，难度大；

3)基地置于地面以下，受地下水渗入和降水的影响，后期维护管理难度极大；

4)工程造价高。

因此，若采用这种地铁工程施工方式进行教学，会存在着极高的安全隐患，且不便于开展现场实训教学。

基于此，本申请提出一种基于地铁工程实体模型的施工方法，请参阅图1和图2，图1是本申请基于地铁工程实体模型的施工方法一实施例的流程示意图，图2是本申请地铁工程实体模型一实施例的俯视示意图。本实施例具体包括以下步骤：

步骤S110：通过回填开挖施工技术、现场模筑施工技术和预制拼装施工技术，逐次施工建造车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和区间隧道工区。

步骤S120：将开挖基槽的土方对称回填至底部，其余部位则回填泡沫轻质土。

其中，区间隧道工区包括盾构法工区和新奥法工区。

本实施例的地铁工程实体模型采用半地上-半地下的建造型式，为了营造一个真实的地铁施工现场，在四周挡土墙围挡内充填土体模拟地下环境，通过回填开挖施工技术、现场模筑施工技术和预制拼装施工技术，逐次施工建造车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和区间隧道工区。为减轻结构负荷以及减少土石方外运，将开挖基槽的土方对称回填至底部，其余部位则回填泡沫轻质土。

在本实施例中，采用预制拼装、现场浇筑、回填暗挖等方法建造，无需大型设备，施工简便，工期短；回填土以泡沫轻质土为主，可以减轻临时支护和衬砌结构负荷，大幅减少钢筋用量，工程造价低；可利用企业现有资源，便于校企共筹共建。将开挖基槽的土方对称回填至底部，其余部位则回填泡沫轻质土，减少土石方外运。根据教学需要，充分展示了地铁工程支护与结构以及典型施工步骤。

根据实训教学的需要，施工时，应注意展示地铁工程支护与结构的构造，如外露地下连续墙的导向墙、桩基钢筋、混凝土支撑钢筋、防水层、初期支护等；应真实反映地铁施工动态，如新奥法工区按施工进程依次展示超前支护、上下台阶开挖、初期支护、防排水系统、二次衬砌、附属设施等；应融入新工艺、新材料和新技术，如新型管片连接件、UHPC、光纤等。此外，现场应做好预留预埋，方便安装栏杆、楼梯、顶棚等附属设施。

请参阅图3和图4，图3是本申请建造车站明挖法工区一实施例的流程示意图，图4是车站明挖法工区一实施例的典型断面示意图。建造车站明挖法工区，包括以下步骤：

步骤S210：开挖两侧挡土墙基槽。

步骤S220：模筑挡土墙。

步骤S230：在区段内回填土。

步骤S240：施工SMW工法桩、钻孔灌注桩、高压旋喷桩和钢格构柱。

步骤S250：施工维护结构上方的冠梁。

步骤S260：边开挖中部土体边施工锚杆、锚索和围檩，直至开挖到基底设计标高。

请参阅图5和图6，图5是本申请建造车站盖挖法工区一实施例的流程示意图，图6是车站盖挖法工区一实施例的典型断面示意图。建造车站盖挖法工区，包括以下步骤：

步骤S310：开挖基槽。

步骤S320：模筑结构底板。

步骤S330：模筑连续墙和冠梁，安装顶盖、立柱和内支撑，使之成为一个稳定的结构体系。

步骤S340：模筑两侧挡土墙。

步骤S350：在挡土墙和地下连续墙间回填土。

步骤S360：施工导向墙。

步骤S370：铺设路面板。

请参阅图7和图8，图7是本申请建造车站浅埋暗挖法工区一实施例的流程示意图，图8是车站浅埋暗挖法工区一实施例的典型断面示意图。建造车站浅埋暗挖法工区，包括以下步骤：

步骤S410：开挖基槽。

步骤S420：模筑二次衬砌和挡土墙。

步骤S430：在区段内回填土。

步骤S440：超前小导管注浆加固区段末端土层。

步骤S450：按中洞法开挖土体，并施作初期支护及防排水系统。

步骤S460：施工部分车站的附属设施。

请参阅图9和图10，图9是本申请建造区间隧道工区一实施例的流程示意图，图10是区间隧道工区一实施例的典型断面示意图。建造区间隧道工区，包括以下步骤：

步骤S510：开挖基槽。

步骤S520：拼装盾构管片，模筑新奥法二次衬砌和挡土墙。

步骤S530：在区段内回填土。

步骤S540：超前小导管注浆加固新奥法区段前端土层。

步骤S550：按上下台阶法开挖新奥法区段前端土体，并施作初期支护及防排水工程系统。

步骤S560：施工部分区间的附属设施。

以上实施例中，泡沫轻质土是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。

高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低。

此外，本申请还提出一种地铁工程实体模型，由地铁车站模型和地铁区间模型组成，地铁车站模型按地下两层岛式站台车站规模足尺模拟，地铁区间模型按单线隧道规模足尺模拟；地铁工程实体模型分为：车站明挖法工区、车站盖挖法工区、车站浅埋暗挖法工区和车站区间隧道工区；其中车站区间隧道工区包括盾构法工区和新奥法工区，在盾构法工区设置基地大门，在车站明挖法工区设置楼梯上二层平台。

可选地，地铁工程实体模型的尺寸为101m(长)×33.6m(宽)×14.6m(高)，占地面积为3393.6m

地铁工程实体模型分为盾构法工区、新奥法工区、盖挖法工区、明挖法工区和浅埋暗挖法工区。为了方便组织实训教学，确保作业人员的人身安全和足够的操作空间，在盾构法工区起始点处设基地大门，人员通过盾构法工区进入实训基地，经明挖法工区的楼梯上二层平台；各实训项目作业空间净宽不小于3m，净高不小于2.5m；临空面四周设防护栏杆，台阶、钢筋外露、脚手架等危险位置张贴安全标识和安全警示牌。

充分考虑教学、场地、施工、维护、造价等多种因素，地铁工程实体模型采用半地上-半地下式，根据最小规模地铁工程的结构尺寸，按几何比例1:1仿真建造。为了营造一个真实的地铁施工现场，在四周挡土墙围挡内充填土体模拟地下环境；为了减少外部环境的侵扰，在挡土墙上方安装钢结构顶棚。

可选地，在地铁工程实体模型的四周挡土墙围挡内充填土体以模拟地下环境。

可选地，挡土墙的上方还安装有钢结构顶棚。

可选地，地铁工程实体模型为半地上-半地下式。

地铁工程实体模型的基地底标高设在地面常水位附近，受地下水影响小；可采用预制拼装、现场浇筑、回填暗挖等方法建造，无需大型设备，施工简便，工期短；回填土以泡沫轻质土为主，减轻临时支护和衬砌结构负荷，大幅减少钢筋用量，工程造价低。可利用企业现有资源，便于校企共筹共建。

地铁工程实体模型的积极效果：

1、地铁工程实训基地可以为学生提供一个与实际工作岗位相贴近的技能训练空间，让学生对地铁建设所涉及的设计、施工、检测、维护等工作内容进行全方位训练，提高学生的操作水平和实践能力。

2、构建技能培训、技能鉴定和资格认证中心，实现学生的职业技能训练与职业资格证书认证全面接轨，满足社会和区域经济发展的需要。

3、让教学科研的有机结合，激发教师和学生的创新精神，促进我院铁道工程技术专业群高质量发展。

可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。