帷幕灌漿施工中BIM技術的運用研究

劉大洲

(大連市普蘭店區河道管理處，遼寧 大連 116200)

0 引 言

由于過度依賴二維工程圖使得傳統的帷幕灌漿技術難以直觀的展現工程效果，對水利工程施工中存在的安全隱患難以精確的進行排查，導致建筑滲漏等問題的頻繁發生。為解決上述問題，考慮采用3D建模+4D數據信息管理系統以及BIM可視化模塊，完善裂隙巖體及漿液參數，通過采用BIM可視化模塊研究單孔灌漿工藝，在此基礎上檢測基于BIM技術的應用效果。

1 灌漿施工參數

滲透漿液在帷幕灌漿施工中的滲流變化特征與地下水運動基本保持相同，二者均滿足線性滲透的變化規律[1]。一般情況下，在沙子中做穩定紊流運動的被灌注物體滿足均勻性要求。而巖土體中的孔隙被漿液灌注時，當進入到空洞底部時發生填補和凝固[2-4]。在工程結構完全處于連通的情況下，可對漿液流通路徑相關參數W利用BIM技術描述，其計算公式為：

(1)

式中：p、l分別代表施工階段的裂縫參數與土壓數據參數；S代表水利工程施工的總長度；Vij代表距離i至j的灌漿整體土壓參數。

水力坡度和流體的滲流速度在滲流的灌漿巖體內存在反比例關系，為保證較好的灌漿質量漿液連通指數W應處于0-10之間。對于存在裂隙隱患的建筑結構，可采用計算公式(2)確定通過裂隙n的概率Q，即：

(2)

設Qnε、Qyε分別代表通過n個和y個裂痕的發生概率，根據以上計算流程確定質量參數R，其計算公式為：

(3)

通過計算分析灌漿的通性概率可求算灌漿工程的其他數據，其中帷幕灌漿的施工修復環節為水利工程施工最主要的過程。設ψ、γ分別為灌漿輸出速率和工程建筑磨損參數，則灌漿輸入系數T可根據相關理論確定，即：

T=∑Q(R/γ-ψ)

(4)

可見，工程建構質量參數和灌漿輸入系數呈負相關性，灌漿通過裂隙修復區域的難度隨著T值的增大而增加。對帷幕灌漿參數E結合上述算法進行計算，計算公式為：

(5)

對施工過程的有關參數按照上述算法采集確定，然后對系統信息結合以上計算值做出及時的調整。選擇遼寧省某水利工程為例，通過檢測帷幕灌漿情況及其相關參數確定計算數據，采集整理相關參數。統計整理的帷幕灌漿相關參數，見表1。

表1 統計整理的帷幕灌漿相關參數

從表1可以發現，帷幕灌漿參數檢測結果和計算數據保持較好的一致性，可見該算法的運算時間較短且具有較高的精準度。由于地質模型參數和工程所在地形實際數據存在一定差異，使得在灌漿參數計算時具有稍微的偏差。為了降低該計算偏差，可采用BIM技術展示模型拼合后的圖像信息，提高地理模型的客觀性和可靠性，同歸對地質情況和灌漿施工的精準融合，更加有效的反映建筑質量和實際情況。文章對帷幕灌漿施工流程結合上述計算方法和BIM技術進行詳細分析。

2 帷幕灌漿施工中BIM技術的應用

為了保證灌注的漿液能夠滿足工程建設的強度要求并并且有效填補到建筑滲漏的縫隙內，可采取提升單排孔漿液壓力的方法增大漿液與巖層縫隙之間的吸引力，促進漿液擴散過程發生擠密效應并保證漿液有效灌注和穩定附著于結構體系內，從而解決滲漏問題和修補建筑裂痕[5-7]。基于BIM技術的灌漿施工展示流程，見圖1。

圖1 基于BIM技術的灌漿施工展示流程

根據圖1所示，對施工建設相關信息利用BIM數據庫進行提取，然后在Revit管理模塊中輸入相關參數，由此實現快速、準確、直接的展示和查詢工程進展狀況。將施工工藝流程利用BIM系統進行完善和展示時，相應的地質信息展示可采用場景可視化模塊完成。為了更好的分析與掌握灌漿施工情況，需要進一步分析灌漿展示過程中系統的可視化功能，灌漿展示中系統的可視化功能模塊，見圖2。

圖2 灌漿展示中系統的可視化功能模塊

對帷幕灌漿工序根據BIM灌漿系統施工展示模塊進行分析，按照提高灌漿效果和縮小灌漿孔距的原則進行帷幕灌漿施工。為了在施工范圍能夠形成阻水幕墻采用單排孔方案進行灌注，可實現增加漿液擴散空間的設計要求以及提升建筑抗變形能力及承載量的目的，保證復雜灌漿的正常施工和水利工程建設質量。通過深入研究單排孔灌漿施工情況提高灌漿施工效果，以實現相關工作人員直觀展示灌漿效果和施工情況的要求，對鉆孔加密在施工過程中的處理情況進行更加直觀的觀察。為保證灌漿施工的準確性、安全性以及提高工程施工效率，對帷幕灌漿施工技術和施工過程采用BIM灌漿展示系統、可視化展示模塊進行完善處理及實時展示[8-10]。單排孔施工順序流程圖，見圖3。

圖3 單排孔施工流程圖

3 基于BIM的帷幕灌漿施工要點

鉆孔質量狀況將直接影響著帷幕灌漿的施工質量，所以必須根據BIM技術和工程設計資料精準的定位鉆孔位置。為避免由于過大的震動使得鉆孔方向發生偏移等情況的出現，待完成定位后還需要對鉆孔位置進行固定與矯正，在實際工程中灌漿鉆孔設備較為常見；另外，為防止孔洞發生堵塞等問題，在完成鉆孔工作后需要對鉆孔利用壓力水流進行反復清理直至排除的水流清澈[11]。

對灌漿壓力和漿料配比的控制為灌漿施工的重要環節，漿料配比濃度的精準計算可結合前文中灌漿施工參數算法確定，注漿過程應遵循先稀后濃的原則。對于壓力的變化結合BIM施工模塊進行科學的評判和展示，以防在出現異常的情況下能夠對灌漿施工采取有效的措施[12]。若在灌漿過程中出現串漿現象，應立即封堵灌漿孔并停止灌漿。待灌漿完成后還需要對其質量情況按照可視化系統檢查，從而保證水利工程質量的穩定性與安全性，對灌漿施工質量利用BIM可視化基礎檢測的主要流程。水利工程灌漿施工，見圖4。

根據圖4可知，對覆蓋層按照孔口封閉循環的方法進行設計，可達到灌漿施工的循環分段處理。為防止再次出現裂痕、滲漏并保證工程的穩固，采用壓力灌漿法對灌漿施工的最后階段進行封孔處理。

圖4 水利工程灌漿施工

4 實驗檢測分析

采用仿真實驗有效檢測了灌漿過程中BIM的應用效果，考慮到工程結構不同部位承載壓力的不同，進而對灌漿效果的影響也不盡相同[13]。因此，有必要采用灌漿檢測實驗對復雜地質條件的水利工程進行分析，對比檢測基于BIM和傳統方法在帷幕灌漿施工中的效果，并對不同方法的地中灌漿和地表灌漿情況進行實時記錄。BIM可視化技術和傳統方法的灌漿吸入量檢測值，見圖5

Ⅰ傳統方法

Ⅱ基于BIM技術

圖5 BIM可視化技術和傳統方法的灌漿吸入量檢測值

通過對比分析兩種檢測方法的灌漿吸入量發現，帷幕灌漿施工采用BIM可視化技術可顯著提升地下、地中與地表的灌漿效果，在不同部位的灌漿吸入量大致保持相同，保障了工程建設質量和安全性能。實證分析表明，對于建筑裂縫的修復和填補基于BIM可視化系統的灌漿技術具有更好的效果。通過設計傳統方法和BIM帷幕灌漿技術對比實驗，進一步檢驗其防滲效果的有效性。傳統方法和實驗方法的灌漿效果，見圖6。

圖6 傳統方法和實驗方法的灌漿效果

根據灌漿檢測結果可知，在防滲效果方面傳統灌漿技術的耗時過多且防滲性能較差，而基于BIM技術的帷幕灌漿施工期防滲性達到90%以上，針對水利建設中較為常見的滲漏問題能夠較好的進行處理。可見，在保證水利工程建設穩定性與安全性方面基于BIM技術的帷幕灌漿施工發揮著重要作用，可為促進水利工程的可持續建設發展提供強大的推動力[14]。

5 結 論

針對傳統的灌漿滲漏問題，文章對帷幕灌漿技術利用BIM可視化技術進行了優化設計，以期為減少工程內部的侵蝕情況和提高水利工程建設質量提供一定參考。通過試驗檢測BIM灌漿技術和傳統方法，結果顯示：在防滲效果方面傳統灌漿技術的耗時過多且防滲性能較差，而基于BIM技術的帷幕灌漿施工期防滲性達到90%以上，針對水利建設中較為常見的滲漏問題能夠較好的進行處理。證實了基于BIM可視化技術的灌漿施工能夠有效解決建筑工程常見的滲漏問題，提高灌漿質量并保障漿液的有效吸入，可為完善灌漿技術的應用和促進建筑行業的可健康發展提供一定的技術支持。