一种岩溶发育区域多源地质BIM建模预判指导施工方法与流程

本发明涉及盾构施工安全风险管理技术领域，具体涉及一种岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法。

背景技术：

近年来地下空间开发迅猛发展，在地铁施工领域，盾构施工技术在隧道区间施工过程中得到广泛应用，面对日益繁重的地铁工程建设任务及复杂多变的工程施工风险，探索研发科学、有效的盾构施工安全、质量监控管理技术手段与方法，已成为地铁隧道工程建设日常管理工作的当务之急。

现有的隧道施工项目中，地质勘察数据表现形式各不相同，非专业施工人员无法快速掌握地质信息，需要通过专业人员数据分析与处理才能掌握前方溶洞信息，这样的分析和处理过程严重影响了隧道的施工进度，并且存在诸多不可控因素，影响施工安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法，利用地质勘察中钻孔地质数据以及ct扫描数据进行地层与溶洞建模，并赋予地质体以及溶洞参数化数据，利用相关测距工具以及剖切工具，使施工人员直观查看盾构机当前位置与溶洞之间的空间关系、溶洞结构、填充物以及处置方式等信息，有效的利用岩溶处置工艺工法指导盾构施工，确保施工安全。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法，该方法包括以下步骤：

(1)、建立地质体模型(步骤s100)；

(2)、将地质体模型与建立的隧道模型及盾构机模型结合，并进行三维可视化融合展示(步骤s400)；

(3)、通过测距工具展示盾构机与岩溶之间的空间位置信息(步骤s401)；

(4)、通过剖切工具展示岩溶的内部结构与填充物信息(步骤s402)；

(5)、按照岩溶处置范围判断岩溶是否需要处置(步骤s500)，不需要处置继续施工(步骤s502)，需要处置匹配处置方案(步骤s501)，处置方案根据岩溶处置工艺工法编制。

(6)、选择处置方案，同时根据岩溶处置后信息调整模型(步骤s502)。

所述步骤(1)中的地质体模型的建立过程为：采用基于microstation开发的专业软件aglosgeo，对多源地质数据进行加工处理并生成钻孔；再根据地质数据，结合钻孔位置，拟合生成地层；根据两个钻孔本身的地质数据，拟合生成钻孔之间的地质情况；模型精度可以达到0.1米。

所述步骤(2)中的盾构机模型的建立方法为：采用soldworks软件，按照盾构机监造图纸进行精细化建模，建模精度达到lod300。

所述步骤(2)中的隧道模型的建立方法为：采用revit软件，按照设计院施工图纸，对隧道进行精细化建模，模型精度达到lod300。

所述步骤(4)中的岩溶处置范围为：盾构隧道管片上方及侧向外轮廓外扩3m、下方外轮廓外扩5m范围为主影响区；盾构隧道管片上方及侧向外轮廓外3-6m、下方外轮廓5-10m范围为次影响区；此范围内直径(长边或等效长轴)≥3m的溶洞均需要加固。

所述步骤(5)中的处置方案按照处理范围内的溶洞及被充填情况，可分为全充填、半充填及未充填三种类型。

所述步骤(5)中的三种类型的溶洞的处置方案具体如下：

(1)无填充溶洞和半填充溶洞

对大于2m的无填充或半填充溶洞，先采用水泥砂浆填空洞，再采用袖阀管注浆加固；

对小2m的无填充或半填充溶洞，则采用注浆填充；

(2)全填充溶洞

采用袖阀管注浆法填充加固，压力逐渐增大，间歇并反复压浆；

注浆材料：周边孔采用水泥-水玻璃双液浆，中央孔为水泥浆。

本发明的有益效果：盾构掘进与地质仿真模拟，通过多源地质建模技术，结合地勘资料，建立地质模型，将地质模型、隧道模型、盾构机模型关联3dgis位置信息后与导入到bim平台，在平台上实时展现当前盾构机的掘进数据，盾构机与周边地质体和岩溶洞之间的位置关系，在盾构还未掘进到的位置，预先展示地质和岩溶洞的情况以及二者和盾构机的空间关系，做到地质预判，提前处置，辅助施工决策。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述，其中：

图1为本发明岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法的流程图。

图2为岩溶处置范围示意图。

图3为岩溶分类处理流程。

具体实施方式

下面结合实施例附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，描述的实施例仅仅是本发明的一个具体的实施例，不是全部的实施例。下述实施例是说明性的，不是限制性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

本发明的岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法，通过多源地质数据进行地质体建模，结合隧道模型以及盾构模型直观展示盾构机当前位置与溶洞之间的空间关系、溶洞结构、填充物以及处置方式等信息，结合溶洞处置工艺工法，实现指导施工的方法。

图1为本发明阐述的岩溶发育区域多源地质bim建模预判指导施工方法的流程图，下面结合图1来说明，在岩溶发育区域通过多源地质建模来预判指导施工的实施过程。

首先，建立地质体模型：采用基于microstation开发的专业软件aglosgeo，对多源地质数据进行加工处理并生成钻孔；再根据地质钻孔数据，结合钻孔位置，拟合生成地层；根据两个钻孔本身的地质数据，拟合生成钻孔之间的地质情况；包括地层信息以及溶洞加固前后等信息，模型精度可以达到0.1米(步骤s100)。

然后，建立隧道模型与盾构机模型：盾构机模型的建立采用soldworks软件，按照盾构机监造图纸进行精细化建模，建模精度达到lod300。隧道模型的建立采用revit软件，按照设计院施工图纸，对隧道进行精细化建模，模型精度达到lod300。然后将地质体模型、隧道模型和盾构机模型轻量化处理后，结合进行三维可视化融合展示(步骤s400)。

然后，通过测距工具展示盾构机与岩溶之间空间位置信息(步骤s401)。

然后，通过剖切工具展示岩溶内部结构与填充物信息(步骤s402)，填充物信息主要表达岩溶洞的填充类型(填充，半填充，无填充)及其填充介质(海水，淤泥，碎岩，或者半海水半淤泥等)。

至此，完成在岩溶发育区域进行建模、展示和信息获取的过程，下面将对获取的信息进行分析，并对可能的结果进行分类处置。

按照岩溶处置范围判断岩溶是否需要处置(步骤s500)。不需要处置继续施工(步骤s502)。需要处置匹配处置方案(步骤s501)，处置方案根据岩溶处置工艺工法进行编制。岩溶处置范围为：盾构隧道管片上方及侧向外轮廓外扩3m、下方外轮廓外扩5m范围为主影响区；盾构隧道管片上方及侧向外轮廓外3-6m、下方外轮廓5-10m范围为次影响区；此范围内直径(长边或等效长轴)≥3m的溶洞均需要加固。

然后，选择处置方案，同时根据岩溶处置后信息调整模型(步骤s502)。

处置方案：对于处理范围内的溶洞，被充填情况可分为全充填、半充填及未充填三种类型。溶洞处理的方法是静压灌浆法、砂浆灌注等施工方法。注浆总体施工顺序遵循“先外后里、先大后小、先砂浆后水泥浆”的原则,对多层溶洞要先处理下层溶洞再处理上层。

(1)无填充溶洞和半填充溶洞

对大于2m的无填充或半填充溶洞，先采用水泥砂浆填空洞，再采用袖阀管注浆加固。对小2m的无填充或半填充溶洞，则采用注浆填充。

(2)全填充溶洞

采用袖阀管注浆法填充加固，压力逐渐增大，间歇并反复压浆。

注浆材料：周边孔采用水泥-水玻璃双液浆，中央孔为水泥浆。

至此，便通过多源地质建模地质预判起到，实现指导施工的作用。

实施例

大连地铁5号线工程项目-梭鱼湾跨海段隧道盾构bim应用项目中，应用本发明岩溶发育区域多源地质建模预判指导施工的方法，一方面进行工艺工法的三维展示，另一方面进行盾构掘进与地质地况的仿真模拟过程。

首先进行模型的建立，包括多源地质模型、盾构机模型、隧道管片模型、临建场地模型等模型的构建，然后将各模型进行轻量化处理。将多种轻量化后的模型导入大连地铁五号线海底隧道施工管理bim云平台。

选取p1087号溶洞，溶洞体积为82.0098m³，通过剖切工具展示岩溶内部结构与填充物信息，溶洞填充物为流塑状黏土夹风化岩碎屑，溶洞与当前掘进环距离为66.16m，按照岩溶处置范围判断该溶洞在盾构机掘进路径需要处理的范围内，处理方案为用水泥砂浆灌注进行处置，在盾构施工前对岩溶进行处置。同时，将bim云平台中的岩溶洞信息和处置后的岩溶洞模型进行更新。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，可以在合理范围内随意变化。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出其他种种变化。