本发明涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构及施工方法，该原位保护结构包括支撑桩体和柔性连接机构，支撑桩体包括型钢主梁、型钢次梁、型钢立柱，两个型钢主梁平行布置在原位保护管线的左右上方，至少两个型钢次梁垂直布置在型钢主梁的下方，型钢主梁与所述型钢次梁通过高强度螺栓固定连接；型钢立柱的一端与所述型钢次梁下表面连接，另一端与地面连接；柔性连接机构包括扁平尼龙吊带和铰链结构，扁平尼龙吊带穿过所述型钢主梁与所述原位保护管线，形成三角形支撑结构。采用三角形支撑结构的原位保护结构增强了稳定性，采用数字化施工和三维可视化技术手段，便于对管线原位保护的点位定制化、同步记录及更新。
1.一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：所述原位保护结构包括支撑桩体和柔性连接机构，所述支撑桩体包括型钢主梁、型钢次梁、型钢立柱，两个所述型钢主梁平行布置在原位保护管线的左右上方，至少两个所述型钢次梁垂直布置在型钢主梁的下方，所述型钢主梁与所述型钢次梁通过高强度螺栓固定连接；所述型钢立柱的一端与所述型钢次梁下表面连接，另一端与地面连接；四个所述型钢立柱分别搭设在原位保护管线的四个角点，四个所述型钢立柱顶部齐平；所述柔性连接机构包括扁平尼龙吊带和铰链结构，所述扁平尼龙吊带穿过所述型钢主梁与所述原位保护管线，形成三角形支撑结构；所述扁平尼龙吊带在其接口处设置有铰链结构，所述铰链结构能够调节所述扁平尼龙吊带的长度；所述扁平尼龙吊带外侧设置有刚性伸缩支撑件，所述刚性伸缩支撑件固定设置在所述扁平尼龙吊带形成的三角形支撑结构的外侧，提高三角形支撑结构的稳定性；
S1：创建地下管线BIM模型及周边环境模型；在三维可视化环境中，确定需要迁改和原位保护的地下管线；
S2：根据原位保护管线BIM模型，确定各原位保护点位需设置的管线原位保护结构各构件详细组成和各部位规格尺寸，确定各个原位保护点位的具体坐标点位；确定各个原位保护点位的施工顺序安排，并做好施工序号模型标记；构件组成及规格尺寸按照“构件代号‑数量‑规格尺寸”做好模型标记；
S3：在需要原位保护点位进行管线开挖，在开挖至露出原位保护管线的表面、方向、需保护的长度后，在平行于该原位保护点位管线的方向，均匀布置锚入四个型钢立柱；参照管线原位保护BIM模型中构件尺寸及点位，在垂直于原位保护管线的方向上，在每相邻两个型钢立柱上焊接一型钢次梁；在平行于原位保护管线的方向上，在两个型钢次梁上通过高强度螺栓固定两个型钢主梁；
S4：在型钢主梁上，参照管线原位保护BIM模型中点位，确定扁平尼龙吊带的点位，将扁平尼龙吊带穿过两个型钢主梁和原位保护管线，并通过铰链结构形成闭环；微调扁平尼龙吊带和铰链结构组合连接的长度，并将刚性伸缩支撑件固定在所述扁平尼龙吊带形成的三角形支撑结构的外侧，以提高三角形支撑结构的稳定性，确保原位保护管线水平和竖直方向均不变形；
S5：继续开挖原位保护管线周边的土体直至管底及需开挖的更深深度，在确保原位保护结构的稳定性之后，继续进行管线迁改施工工序。
2.根据权利要求1所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：所述型钢次梁与原位保护管线垂直布设；所述型钢次梁分别与相邻两个型钢立柱进行搭接，并采用固定双面焊接方式，增强整个管线原位保护结构的稳定性。
3.根据权利要求2所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：所述扁平尼龙吊带的根数根据原位保护管线的单位重量和长度确定，经过力学计算验证确定所述扁平尼龙吊带的根数N，N根所述扁平尼龙吊带在原位保护管线上均匀布置。
4.根据权利要求2所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：所述铰链结构为针扣卡合机构。
5.根据权利要求1所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：步骤S1包括，创建地下管线BIM模型的方法采用CAD识图的方式进行，创建周边环境模型包括施工影响范围内的地上、地下建构筑物、道路、绿化及车站结构、围护结构模型；在地下管线建模软件中根据管线专业类型，结合施工场地范围，提示软件操作人员是否将部分需迁改管线调整为局部原位保护的形式，并出具管线原位保护模型。
6.根据权利要求1所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：步骤S2包括，对原位保护点位的地下管线进行悬吊保护受力计算，确保各原位保护结构的构件组成满足管线自重荷载要求；对最终确定的地下管线迁改BIM模型，确定其中各原位保护点位的结构各构件组成和规格尺寸后，制定管线原位保护施工方案，并进行施工动态模拟，根据施工动态模拟结果，优化施工方案，再进行施工，并根据管线迁改实际施工过程，同步记录、更新管线迁改BIM模型，将管线迁改施工数字化资料同步记录、更新。
7.根据权利要求1所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：进行管线开挖时，采用机械进行路面破除，路面破除后，根据管道埋深，先采用机械设备进行开挖，至管道埋深0.5m以上，改为人工开挖，保证原位保护管线周边土体受扰动最小，防止原位保护管线发生变形或损坏。
8.根据权利要求1所述的管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，其特征在于：当实际设置型钢立柱点位与管线原位保护BIM模型中点位不一致时，将根据实际设置点位调整BIM模型，并重新进行该点位管线原位保护结构调整，进行力学计算验证，并更新该点位管线原位保护结构的构件组成及规格尺寸。
一种管线迁改数字化施工的原位保护结构及施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及轨道交通工程中地下管线迁改技术领域，尤其涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构及施工方法。
背景技术
[0002] 随着我国城市化进程的发展，与之配套的城市基础设施类工程建设正在全面铺开，其中，为改善城市交通出行的轨道交通项目，特别是地下站在施工过程中，施工区域常会与现有地下管线重合，为满足施工需要，需对影响施工的地下管线进行迁改。地下管线迁改基本方法包括永久迁改、临时迁改和原位保护等，但是实际施工过程中，当受现场条件和管线专业种类限制，不能进行管线迁改或迁改成本较高；或者对于跨度大，管线级别相对较高，管线产权单位禁止管线迁改时，为保障市民正常生活和地铁正常施工且不影响管线的运营和维护，管线原位保护成为地铁施工前期的一项重要工作。
[0003] 传统的管线原位保护往往没有数字化策划，仅对开挖后的管线进行局部原位保护，与周边其他管线间迁改方案没有综合考虑和制定整体迁改方案。传统的管线局部原位保护常借助于地铁施工围护结构时增设桩、柱、梁、混凝土护臂等来对管线进行原位保护，通常要使用基础零部件现场搭建，常常因为需要浇筑大量额外钢筋混凝土结构、架设钢梁结构、增加支模、拆模、搭设支架等工序而造成耗时耗力，施工工序复杂、难度大，且会影响车站结构的正式浇筑，甚至影响车站结构方案，原位保护结构拆除也增加了额外工作量。
[0004] 现有专利CN112609741A公开了一种轨道交通明挖车站大直径管道原位保护结构及方法，其原位保护结构包括围护桩、结构板和限位机构，围护桩设置在大直径管道下方，用于支撑结构板以及限位机构，结构板用于直接支撑大直径管道，而限位机构用于限制管道的横向和竖向运动，防止大直径管道发生变性；原位保护方法包括首先在管道下方打入围护桩，其次在围护桩上浇筑结构板和挡墙，然后合上限位机构并且将限位机构与挡墙连接。该发明制定的原位保护结构中的围护桩、结构板和限位机构均需要按照所需保护管线的尺寸和标高进行尺寸大小的特制，制作过程耗时较长；原位保护结构中围护桩和结构板需要在管道下方设立，施工过程的地基震动容易影响被原位保护管道及其他周边地下管线的结构稳定性，容易破坏原有地下管线；结构板和挡墙均需要浇筑钢筋混凝土，管线原位保护结构设置过程施工工序繁琐；局部管线原位保护方案缺乏与周边其他管线的迁改施工方案的关联性。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明提出一种管线迁改数字化施工的原位保护结构及施工方法。
[0006] 本发明采用以下技术方案实现：
[0007] 本发明涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构，包括支撑桩体和柔性连接机构，所述支撑桩体包括型钢主梁、型钢次梁、型钢立柱，两个所述型钢主梁平行布置在原位保护管线的左右上方，至少两个所述型钢次梁垂直布置在型钢主梁的下方，所述型钢主梁与所述型钢次梁通过高强度螺栓固定连接；所述型钢立柱的一端与所述型钢次梁下表面连接，另一端与地面连接；四个所述型钢立柱分别搭设在原位保护管线的四个角点，四个所述型钢立柱顶部齐平；所述柔性连接机构包括扁平尼龙吊带和铰链结构，所述扁平尼龙吊带穿过所述型钢主梁与所述原位保护管线，形成三角形支撑结构；所述扁平尼龙吊带在其接口处设置有铰链结构，所述铰链结构能够调节所述扁平尼龙吊带的长度。
[0008] 进一步地，所述型钢次梁与原位保护管线垂直布设；所述型钢次梁分别与相邻两个型钢立柱进行搭接，并采用固定双面焊接方式，增强整个管线原位保护结构的稳定性。
[0009] 进一步地，所述扁平尼龙吊带外侧设置有刚性伸缩支撑件，所述刚性伸缩支撑件固定设置在所述扁平尼龙吊带形成的三角形支撑结构的外侧，能够提高用三角形支撑结构的稳定性。
[0010] 进一步地，所述扁平尼龙吊带的根数根据原位保护管线的单位重量和长度来确定，经过力学计算验证确定所述扁平尼龙吊带的根数N，N根所述扁平尼龙吊带在原位保护管线上均匀布置。
[0011] 进一步地，所述铰链结构可以设置为针扣卡合机构。
[0012] 进一步地，本发明还涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，包括以下步骤：
[0013] S1：创建地下管线BIM模型及周边环境模型；在三维可视化环境中，确定需要迁改和原位保护的地下管线；
[0014] S2：根据原位保护管线BIM模型，确定各原位保护点位需设置的管线原位保护结构各构件详细组成和各部位规格尺寸，确定各个原位保护点位的具体坐标点位；确定各个原位保护点位的施工顺序安排，并做好施工序号模型标记；构件组成及规格尺寸按照“构件代号‑数量‑规格尺寸”做好模型标记；
[0015] S3：在需要原位保护点位进行管线开挖，在开挖至露出原位保护管线的表面、方向、需保护的长度后，在平行于该原位保护点位管线的方向，均匀布置锚入四个型钢立柱；参照管线原位保护BIM模型中构件尺寸及点位，在垂直于原位保护管线的方向上，在每相邻两个型钢立柱上焊接一型钢次梁；在平行于原位保护管线的方向上，在两个型钢次梁上通过高强度螺栓固定两个型钢主梁；
[0016] S4：在型钢主梁上，参照管线原位保护BIM模型中点位，确定扁平尼龙吊带的点位，将扁平尼龙吊带穿过两个型钢主梁和原位保护管线，并通过铰链结构形成闭环；微调扁平尼龙吊带和铰链结构组合连接的长度，并将刚性伸缩支撑件固定在所述扁平尼龙吊带形成的三角形支撑结构的外侧，以提高三角形支撑结构的稳定性，确保原位保护管线水平和竖直方向均不变形；
[0017] S5：继续开挖原位保护管线周边的土体直至管底及需开挖的更深深度，在确保原位保护结构的稳定性之后，继续进行管线迁改其他施工工序。
[0018] 进一步地，步骤S1包括，创建地下管线BIM模型的方法采用CAD识图的方式进行，创建周边环境模型包括施工影响范围内的地上、地下建构筑物、道路、绿化及车站结构、围护结构模型；在地下管线建模软件中根据管线专业类型，结合施工场地范围，提示软件操作人员是否将部分需迁改管线调整为局部原位保护的形式，并出具管线原位保护模型。
[0019] 进一步地，步骤S2包括，对原位保护点位的地下管线进行悬吊保护受力计算，确保各原位保护结构的构件组成满足管线自重荷载要求；对最终确定的地下管线迁改BIM模型，确定其中各原位保护点位的结构各构件组成和规格尺寸后，进而制定管线原位保护施工方案，并进行施工动态模拟，根据施工动态模拟结果，进一步优化施工方案，再进行施工，并根据管线迁改实际施工过程，同步记录、更新管线迁改BIM模型，将管线迁改施工数字化资料同步记录、更新。
[0020] 进一步地，进行管线开挖时，采用机械进行路面破除，路面破除后，根据管道埋深，先采用机械设备进行开挖，至管道埋深0.5m以上，改为人工开挖，保证原位保护管线周边土体受扰动最小，防止原位保护管线发生变形或损坏。
[0021] 进一步地，当实际设置型钢立柱点位与管线原位保护BIM模型中点位不一致时，将根据实际设置点位调整BIM模型，并重新进行该点位管线原位保护结构调整，进行力学计算验证，并更新该点位管线原位保护结构的构件组成及规格尺寸。
[0022] 与现有的技术相比，本发明整体提升了管线原位保护的迁改方法，极大的减少了管线迁改的施工步骤，提高了迁改作业效率；采用可拆卸的管线原位保护简易结构，节约工程施工成本；采用三角形支撑结构的原位保护结构增强了稳定性，管线与保护结构之间采用绳索柔性连接避免了抗压问题；采用数字化施工和三维可视化技术手段，便于对管线原位保护的点位定制化、同步记录及更新；在制定管线原位保护方案时，同时考虑了周边其他管线与原位保护管线的空间位置关系，进而便于根据现场实际制定管线原位保护施工方法和结构；不仅适用于地铁车站施工前期的管线迁改原位保护，还适用于其他结构工程、房屋建筑等施工过程中对地下、地上管线的原位保护。
附图说明
[0023] 图1是本发明一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的轴测示意图；
[0024] 图2是本发明一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的前视图示意图；
[0025] 图3是本发明一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的左视图示意图；
[0026] 图4是本发明一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的俯视图示意图；
[0027] 附图标记说明
[0028] 1.原位保护管线，2.型钢主梁，3.型钢次梁，4.高强度螺栓，5.型钢立柱，6.扁平尼龙吊带，7. 铰链结构，8.临近地下管线，9.地面，10.刚性伸缩支撑件，11.摩擦层。
具体实施方式
[0029] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。本发明涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构，包括支撑桩体和柔性连接机构。所述支撑桩体包括型钢主梁2、型钢次梁3、型钢立柱5，两个所述型钢主梁2平行布置在原位保护管线1的左右上方，至少两个所述型钢次梁3垂直布置在型钢主梁2的下方，所述型钢主梁2与所述型钢次梁3通过高强度螺栓4固定连接，型钢主梁2与型钢次梁3之间采用高强度螺栓连接，一方面便于型钢主梁2在型钢次梁3上左右移动点位来调整扁平尼龙吊带的高度，另一方面便于后续拆卸此管线原位保护结构，便于型钢构件的可重复利用。所述型钢立柱5的一端与所述型钢次梁3下表面连接，另一端与地面9连接；四个所述型钢立柱5分别搭设在原位保护管线1的四个角点，四个所述型钢立柱5顶部齐平；所述型钢次梁3分别与相邻两个型钢立柱5进行搭接，并采用固定双面焊接，双面焊接方式增强整个管线原位保护结构的稳定性。作为优选，型钢次梁3与原位保护管线1垂直布设。
[0030] 所述柔性连接机构包括扁平尼龙吊带6和铰链结构7，所述扁平尼龙吊带6穿过所述型钢主梁2与所述原位保护管线1，形成三角形支撑结构，稳定性好，且扁平尼龙吊带具有缓冲作用和柔性连接作用。所述扁平尼龙吊带6也可以设置为钢丝绳。所述扁平尼龙吊带6外侧设置有刚性伸缩支撑件10，所述刚性伸缩支撑件10固定设置在所述扁平尼龙吊带6形成的三角形支撑结构的外侧，优选地，刚性伸缩支撑件10的固定端粘贴在三角形支撑结构的外侧，能够进一步提高三角形支撑结构的稳定性。所述扁平尼龙吊带6的根数根据原位保护管线1的单位重量和长度来确定，经过力学计算验证确定所述扁平尼龙吊带6的根数N，N根所述扁平尼龙吊带6在原位保护管线上均匀布置。
[0031] 所述扁平尼龙吊带6在其接口处设置有铰链结构7，所述铰链结构7能够调节所述扁平尼龙吊带6的长度，进而便于控制原位保护管线的悬吊高度。所述铰链结构7也可以设置为针扣卡合机构等其他常见的可调节长度的连接形式。
[0032] 所述扁平尼龙吊带6形成的三角形支撑结构的底端上表面设置有摩擦层11，所述摩擦11层与所述原位保护管线1的外表面接触，该摩擦层11的设置有利于扁平尼龙吊带6对原位保护管线1的支撑与固定。
[0033] 所述扁平尼龙吊带6上设置有第一磁体和第二磁体，所述第一磁体设置在三角形支撑结构上边的内表面，所述第二磁体设置在三角形支撑结构与所述铰链结构相邻侧边的内表面上，所述第一磁体和第二磁体的异性磁性相对，能够为原位保护管线提供支撑力。
[0034] 另外，型钢立柱、型钢次梁、型钢主梁的截面尺寸优选250mmX250mm（高度X宽度），对腹板和翼缘的尺寸可灵活选取。原位保护管线优选供电专业管线。
[0035] 本发明还涉及一种管线迁改数字化施工的原位保护结构的施工方法，本方法中地下管线建模软件基于Microstation平台研发，嵌套在Open Roads Designer CE版本中。包括以下步骤：
[0036] S1：创建地下管线BIM模型及周边环境模型；在三维可视化环境中，确定需要迁改和原位保护的地下管线；
[0037] S2：根据原位保护管线BIM模型，确定各原位保护点位需设置的管线原位保护结构各构件详细组成和各部位规格尺寸，确定各个原位保护点位的具体坐标点位；确定各个原位保护点位的施工顺序安排，并做好施工序号模型标记；构件组成及规格尺寸按照“构件代号‑数量‑规格尺寸”做好模型标记；
[0038] S3：在需要原位保护点位进行管线开挖，在开挖至露出原位保护管线的表面、方向、需保护的长度后，在平行于该原位保护点位管线的方向，均匀布置锚入四个型钢立柱5；参照管线原位保护BIM模型中构件尺寸及点位，在垂直于原位保护管线的方向上，在每相邻两个型钢立柱5上焊接一型钢次梁3；在平行于原位保护管线的方向上，在两个型钢次梁3上通过高强度螺栓4固定两个型钢主梁2；
[0039] S4：在型钢主梁2上，参照管线原位保护BIM模型中点位，确定扁平尼龙吊带6的点位，将扁平尼龙吊带6穿过两个型钢主梁2和原位保护管线1，并通过铰链结构7形成闭环；微调扁平尼龙吊带6和铰链结构7组合连接的长度，并将刚性伸缩支撑件10固定在所述扁平尼龙吊带6形成的三角形支撑结构的外侧，以进一步提高三角形支撑结构的稳定性，确保原位保护管线1水平和竖直方向均不变形；
[0040] S5：继续开挖原位保护管线周边的土体直至管底及需开挖的更深深度，在确保原位保护结构的稳定性之后，继续进行管线迁改其他施工工序。
[0041] 步骤S1包括，创建地下管线BIM模型的方法采用CAD识图的方式进行，在创建地下管线BIM模型之前，整理的管线资料包括确定各类管线的专业类型、管径、坡度、埋深、管长、平面定位、材质、管线间连接关系，配套及管道附件、构筑物的类型、专业类型、规格尺寸、埋深、平面定位、材质等信息；创建周边环境模型包括施工影响范围内的地上、地下建构筑物、道路、绿化及车站结构、围护结构模型；在地下管线建模软件中根据管线专业类型，结合施工场地范围，提示软件操作人员是否将部分需迁改管线调整为局部原位保护的形式，并出具管线原位保护模型。
[0042] 步骤S2包括，对原位保护点位的地下管线进行悬吊保护受力计算，确保各原位保护结构的构件组成满足管线自重荷载要求；对最终确定的地下管线迁改BIM模型，确定其中各原位保护点位的结构各构件组成和规格尺寸后，进而制定管线原位保护施工方案，并进行施工动态模拟，根据施工动态模拟结果，进一步优化施工方案，再进行施工，并根据管线迁改实际施工过程，同步记录、更新管线迁改BIM模型，将管线迁改施工数字化资料同步记录、更新；可以按需输出并提供给权属单位、管线运营单位、建设单位、当地规划局、档案馆等相关单位。
[0043] 进行管线开挖时，采用机械进行路面破除，路面破除后，根据管道埋深，先采用机械设备进行开挖，至管道埋深0.5m以上，改为人工开挖，保证原位保护管线周边土体受扰动最小，防止原位保护管线发生变形或损坏。
[0044] 将根据地下管线BIM模型，避开周边其他临近地下管线8（包括需迁改的地下管线），并根据现场实际施工场地情况设置型钢立柱5点位；当实际设置型钢立柱点位与管线原位保护BIM模型中点位不一致时，将根据实际设置点位调整BIM模型，并重新进行该点位管线原位保护结构调整，进行力学计算验证，并更新该点位管线原位保护结构的构件组成及规格尺寸。
[0045] 所述型钢立柱5的上表面需在同一水平高度，可通过水准仪来确定各型钢立柱高度；所述型钢立柱5锚入地下的深度≥350mm；从俯视图上看，两根型钢主梁2与原位保护管线1的水平距离相同；采用高强度螺栓连接型钢主梁2与型钢次梁3的原因是实现两者的快速拆解与重复利用；在将扁平尼龙吊带6穿过原位保护管线1时，可视原位保护管线1的材质和强度，通过高压气枪或者高压水枪冲洗原位保护管线1与扁平尼龙吊带2接触面上的杂物。
[0046] 本发明与现有技术相比，本发明整体提升了管线原位保护的迁改方法，极大的减少了管线迁改的施工步骤，提高了迁改作业效率；采用可拆卸的管线原位保护简易结构，节约工程施工成本；采用三角形支撑结构的原位保护结构增强了稳定性，管线与保护结构之间采用绳索柔性连接避免了抗压问题；采用数字化施工和三维可视化技术手段，便于对管线原位保护的点位定制化、同步记录及更新；在制定管线原位保护方案时，同时考虑了周边其他管线与原位保护管线的空间位置关系，进而便于根据现场实际制定管线原位保护施工方法和结构；不仅适用于地铁车站施工前期的管线迁改原位保护，还适用于其他结构工程、房屋建筑等施工过程中对地下、地上管线的原位保护。
[0047] 以上所述，仅是本发明的较改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
