復(fù)雜地層三維建模與深基坑地下滲流穩(wěn)定性研究

（安徽華電工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230041）

引言：當(dāng)前我國各大城市高層建筑總面積已超過1 億平方米，基坑深度已達(dá)到10m～20m 之間，隨著深基坑工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其施工質(zhì)量廣受社會(huì)關(guān)注。我國地形地貌情況較為特殊，在地層水系分布復(fù)雜的地區(qū)實(shí)施深基坑工程其質(zhì)量控制難度極大，利用三維建模技術(shù)是提高深基坑地下滲流穩(wěn)定性的有效手段。

一、三維建模在深基坑地下水滲流穩(wěn)定性中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

地下水滲流問題是影響深基坑工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素，若不能有效解決相關(guān)問題，極易引發(fā)基坑不穩(wěn)的險(xiǎn)情。在深基坑工程中工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、材料選擇等都會(huì)對(duì)地下水滲流穩(wěn)定性造成影響，而在傳統(tǒng)施工管理模式下，相關(guān)施工參數(shù)的設(shè)定多由技術(shù)人員與施工人員按過往經(jīng)驗(yàn)來執(zhí)行相關(guān)操作，這使得工程施工嚴(yán)重缺乏技術(shù)含量，給人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的隱患。在深基坑工程中應(yīng)用三維建模技術(shù)能夠?qū)⑹┕み^程中各學(xué)科理論、各施工技術(shù)量化數(shù)值、工程實(shí)測(cè)條件等進(jìn)行同一分析，可有效解決深基坑滲流場(chǎng)難以估計(jì)的問題。

二、復(fù)雜地層三維建模的常用工具

（一）BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)信息化的標(biāo)志，將此技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜地層深基坑工程中，進(jìn)行施工模型構(gòu)建，能夠根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)水文條件將復(fù)雜的施工條件可視化、可量化，同時(shí)可對(duì)工程量、技術(shù)選擇、材料設(shè)備搭配等進(jìn)行合理布局，是未來建筑行業(yè)重點(diǎn)應(yīng)用的信息化技術(shù)之一，但當(dāng)前該技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用仍比較少。

（二）CAD 技術(shù)

CAD 技術(shù)是行業(yè)內(nèi)針對(duì)地質(zhì)專業(yè)專門設(shè)計(jì)開發(fā)的軟件，能夠?qū)κ┕さ貐^(qū)的地層狀況、水文分布等進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)勘察與處理，其中ItasCAD 3.0 具備直接與BIM 技術(shù)銜接的能力，能夠?qū)⒌叵鹿こ炭睖y(cè)、分析、設(shè)計(jì)流程合為一體，在測(cè)算深基坑滲流場(chǎng)方面具有較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（三）GOCAD 建模

GOCAD 建模技術(shù)具有系統(tǒng)、靈活地質(zhì)分析的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)多平臺(tái)集成參數(shù)約束的目標(biāo)，在深基坑工程施工中能夠精準(zhǔn)收集地理信息、水文特征、地層剖面、鉆孔數(shù)據(jù)等與工程建設(shè)質(zhì)量相關(guān)的資料，能夠有效分析出地下水滲流的情況[1]。

三、復(fù)雜地層三維模型在深基坑工程中的應(yīng)用

（一）構(gòu)建深基坑施工環(huán)境三維地質(zhì)模型

在傳統(tǒng)深基坑工程中，其建設(shè)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)都比較獨(dú)立，大多以二維平面圖紙以及數(shù)據(jù)表格等作為各施工環(huán)節(jié)傳遞信息的載體，此種方法極易出現(xiàn)不同程度的人為操作誤差，如若操作不當(dāng)將導(dǎo)致施工區(qū)域地下水滲流不穩(wěn)定的問題發(fā)生。在施工區(qū)域周邊環(huán)境惡劣、地層復(fù)雜的深基坑工程中，其施工技術(shù)、施工工藝等應(yīng)用的難點(diǎn)通常較大，利用三維地質(zhì)建模技術(shù)構(gòu)建施工環(huán)境三維地質(zhì)模型，可以將基坑斷層、出露等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象可視化，然后以數(shù)字化信息數(shù)據(jù)的方式將施工條件更加直觀的展現(xiàn)給工程設(shè)計(jì)師，此時(shí)設(shè)計(jì)師能夠通過可視化數(shù)據(jù)將基坑降水時(shí)其支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行較為精準(zhǔn)的預(yù)估，從而得到地面沉降與降水量變化之間的關(guān)系，為解決地下水滲流不穩(wěn)定問題提供良好的設(shè)計(jì)條件。

（二）技術(shù)交底

利用三維地質(zhì)模型技術(shù)能夠?qū)⑸罨釉O(shè)計(jì)模型與施工進(jìn)度計(jì)劃方案進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，同時(shí)可以將施工材料、設(shè)備、施工工藝、施工時(shí)間等按照標(biāo)準(zhǔn)的施工工序進(jìn)行最優(yōu)匹配，然后設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可針對(duì)一些技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)等制作成為動(dòng)畫演示材料，基于此形成較為具體且完整的技術(shù)交底資料，便于設(shè)計(jì)師在施工前為現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)講解，從而為提高施工質(zhì)量提供保障。

（三）深基坑施工方案模擬

利用三維建模技術(shù)進(jìn)行深基坑施工方案模擬需要以建立完善的深基坑模型為前提，同時(shí)需要對(duì)施工區(qū)域周邊建筑物、道路設(shè)施、材料型號(hào)、設(shè)備參數(shù)等條件按照施工現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行布置，從而為模擬制定施工方案奠定基礎(chǔ)；同時(shí)還需要管理人員根據(jù)工程設(shè)計(jì)三維模型中所反映的工程量進(jìn)行資金、技術(shù)、時(shí)間等方面的成本核算，一方面能夠避免個(gè)別地區(qū)在冬季嚴(yán)寒天氣條件下地下水凝結(jié)所造成的滲流量估算誤差大的問題，另一方面能夠促使管理人員利用三維模型中的信息化管理功能，根據(jù)施工步驟進(jìn)行詳細(xì)的施工進(jìn)度規(guī)劃，從而確保地下排水系統(tǒng)建設(shè)過程中的各類資源得以合理應(yīng)用。

（四）施工安全監(jiān)測(cè)

利用三維地質(zhì)建模技術(shù)能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)安全施工與施工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，比如利用BIM 技術(shù)建立施工安全監(jiān)測(cè)模型，能夠?qū)铀闹艿牡乇沓两?、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層、圍護(hù)樁頂面處的水平位移、地下水位線漲幅等影響地下水滲流的條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置警報(bào)設(shè)施，當(dāng)?shù)乇沓两导磳⒊^預(yù)警參數(shù)時(shí)，會(huì)給施工質(zhì)量控制中心發(fā)出警報(bào)提示，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑工程施工質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)督的同時(shí)，還能夠?qū)ι罨邮褂眠^程中的支護(hù)變形程度進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，從而便于施工單位能夠及時(shí)調(diào)整施工方案，為地下排水系統(tǒng)的搭建提供安全保障[2]。

結(jié)論：綜上所述，深基坑工程建設(shè)質(zhì)量的高低，與其基底地下水滲流性能有著極大的聯(lián)系，在地質(zhì)地形復(fù)雜地區(qū)引進(jìn)三維地質(zhì)建模技術(shù)開展此類工程，是全面解決地下水滲流不穩(wěn)定問題的關(guān)鍵。因此，相關(guān)工程單位應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)三維建模技術(shù)與軟件的投入力度，并在地質(zhì)勘測(cè)、技術(shù)交底、施工方案模擬、施工質(zhì)量及安全監(jiān)測(cè)方面積極應(yīng)用此類技術(shù)，合理推測(cè)地下工程施工過程中可能出現(xiàn)的地下水涌水現(xiàn)象，可有效降低地下滲流問題對(duì)工程質(zhì)量的危害。