復雜地層三維建模與深基坑地下滲流穩定性研究

（安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230041）

引言：當前我國各大城市高層建筑總面積已超過1 億平方米，基坑深度已達到10m～20m 之間，隨著深基坑工程規模的不斷擴大，其施工質量廣受社會關注。我國地形地貌情況較為特殊，在地層水系分布復雜的地區實施深基坑工程其質量控制難度極大，利用三維建模技術是提高深基坑地下滲流穩定性的有效手段。

一、三維建模在深基坑地下水滲流穩定性中的應用優勢

地下水滲流問題是影響深基坑工程質量的關鍵因素，若不能有效解決相關問題，極易引發基坑不穩的險情。在深基坑工程中工程設計、施工技術、材料選擇等都會對地下水滲流穩定性造成影響，而在傳統施工管理模式下，相關施工參數的設定多由技術人員與施工人員按過往經驗來執行相關操作，這使得工程施工嚴重缺乏技術含量，給人們的生命與財產安全帶來了極大的隱患。在深基坑工程中應用三維建模技術能夠將施工過程中各學科理論、各施工技術量化數值、工程實測條件等進行同一分析，可有效解決深基坑滲流場難以估計的問題。

二、復雜地層三維建模的常用工具

（一）BIM 技術

BIM 技術是建筑行業實現工程建設信息化的標志，將此技術應用于復雜地層深基坑工程中，進行施工模型構建，能夠根據當地地質水文條件將復雜的施工條件可視化、可量化，同時可對工程量、技術選擇、材料設備搭配等進行合理布局，是未來建筑行業重點應用的信息化技術之一，但當前該技術在深基坑工程中的應用仍比較少。

（二）CAD 技術

CAD 技術是行業內針對地質專業專門設計開發的軟件，能夠對施工地區的地層狀況、水文分布等進行全面的數據勘察與處理，其中ItasCAD 3.0 具備直接與BIM 技術銜接的能力，能夠將地下工程勘測、分析、設計流程合為一體，在測算深基坑滲流場方面具有較高的技術優勢。

（三）GOCAD 建模

GOCAD 建模技術具有系統、靈活地質分析的優勢，能夠實現多平臺集成參數約束的目標，在深基坑工程施工中能夠精準收集地理信息、水文特征、地層剖面、鉆孔數據等與工程建設質量相關的資料，能夠有效分析出地下水滲流的情況[1]。

三、復雜地層三維模型在深基坑工程中的應用

（一）構建深基坑施工環境三維地質模型

在傳統深基坑工程中，其建設施工的各個環節都比較獨立，大多以二維平面圖紙以及數據表格等作為各施工環節傳遞信息的載體，此種方法極易出現不同程度的人為操作誤差，如若操作不當將導致施工區域地下水滲流不穩定的問題發生。在施工區域周邊環境惡劣、地層復雜的深基坑工程中，其施工技術、施工工藝等應用的難點通常較大，利用三維地質建模技術構建施工環境三維地質模型，可以將基坑斷層、出露等復雜地質現象可視化，然后以數字化信息數據的方式將施工條件更加直觀的展現給工程設計師，此時設計師能夠通過可視化數據將基坑降水時其支護結構受力情況進行較為精準的預估，從而得到地面沉降與降水量變化之間的關系，為解決地下水滲流不穩定問題提供良好的設計條件。

（二）技術交底

利用三維地質模型技術能夠將深基坑設計模型與施工進度計劃方案進行有效關聯，同時可以將施工材料、設備、施工工藝、施工時間等按照標準的施工工序進行最優匹配，然后設計團隊可針對一些技術關鍵節點與技術難點等制作成為動畫演示材料，基于此形成較為具體且完整的技術交底資料，便于設計師在施工前為現場施工技術人員進行技術講解，從而為提高施工質量提供保障。

（三）深基坑施工方案模擬

利用三維建模技術進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，同時需要對施工區域周邊建筑物、道路設施、材料型號、設備參數等條件按照施工現場需求進行布置，從而為模擬制定施工方案奠定基礎；同時還需要管理人員根據工程設計三維模型中所反映的工程量進行資金、技術、時間等方面的成本核算，一方面能夠避免個別地區在冬季嚴寒天氣條件下地下水凝結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，根據施工步驟進行詳細的施工進度規劃，從而確保地下排水系統建設過程中的各類資源得以合理應用。

（四）施工安全監測

利用三維地質建模技術能夠對施工現場安全施工與施工質量進行實時監控，比如利用BIM 技術建立施工安全監測模型，能夠對基坑四周的地表沉降、圍護結構深層、圍護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行實時監測。另外，需要在施工現場設置警報設施，當地表沉降即將超過預警參數時，會給施工質量控制中心發出警報提示，實現對基坑工程施工質量進行有效監督的同時，還能夠對深基坑使用過程中的支護變形程度進行精準預測，從而便于施工單位能夠及時調整施工方案，為地下排水系統的搭建提供安全保障[2]。

結論：綜上所述，深基坑工程建設質量的高低，與其基底地下水滲流性能有著極大的聯系，在地質地形復雜地區引進三維地質建模技術開展此類工程，是全面解決地下水滲流不穩定問題的關鍵。因此，相關工程單位應積極加強對三維建模技術與軟件的投入力度，并在地質勘測、技術交底、施工方案模擬、施工質量及安全監測方面積極應用此類技術，合理推測地下工程施工過程中可能出現的地下水涌水現象，可有效降低地下滲流問題對工程質量的危害。