三維模型在工程滑坡處治方案中的應用

齊 飛 王海珠 李金陽

（四川公路橋梁建設集團有限公司勘察設計分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

隨著我國山區公路工程的建設，常常出現大型或超大型滑坡事故。常見的高邊坡作為地質體的一部分，其穩定性取決于自然邊坡的穩定狀況、地質條件、人為改造的程度。由于不同的地層、巖性、風化程度的巖土體構成的自然山坡，受地質構造影響程度不同，水文地質條件不同，在自然營力作用下形成了各種形態的斜坡，由于漫長的地質歷史作用的結果，其具有一種動態的、變化的特征。

人工邊坡改變了自然坡體的應力狀態和地下水的滲流條件，使其失去原有的穩定狀態。滑坡是坡體巖土在自然或人為因素作用下沿坡體內的一定的軟化帶整體向下以水平滑移為主的變形，在某些地層結構下，邊坡坡率并不是主導滑坡的主要因素，反使滑坡范圍擴大。

由于其工作的復雜性，要求設計人員與勘察人員具備豐富的專業知識和技能。在進行勘測設計時，重視勘察工作，還需要設計人員與勘察人員及時溝通進行交流，協調工作。事先對可能會出現的問題進行考慮，在對施工成本進行控制的同時，充分考慮其他的影響因素，避免問題的產生。將采集的外業數據及時反饋到勘察設計單位，設計人員重新分析原設計方案思路，查明發生災害的根本原因，從而制定新的處治方案，必須有三個以上必選方案才能組織相關專業人員研討，綜合分析確定具體處理內容。

目前在進行方案匯報時，主要是以圖紙和文字的形式進行說明，由于高邊坡災害的突發性，要求方案匯報人員在很短的時間使每個參與人員明白方案具體表達的內容，這時傳統的圖紙與文字顯得蒼白，而從設計階段入手，結合三維模型技術手段，針對地質的復雜性節點和難點施工進行解讀，提高設計方案比選的流程，提高各專業人員交流的效率，為解決突發災害的時間問題提供手段。

1 工程概況

掛弓山立交工程起點接觀斗山隧道，經高架橋依次上跨白塔路、新樓路、化工路、長江北路，止點由路基高邊坡開挖順接鹽坪壩隧道，為臨港經濟開發區城市快速路。其中路基部分樁號K2+961-K3+470，長度約509m。于2019年12月2日發生滑坡，本次滑坡地段為主線K3+430- K3+480左側第四級至第九級邊坡。

圖1 邊坡滑坡現場

2 處治方案的一般方法

公路滑坡的預防和治理一直是邊坡

防護的難題，對大型復雜滑坡進行詳細分析，查明地層相互之間的空間關系，評價各自的穩定性，分析相互間的影響，對確定整治方案有著非常重要的意義。

對于大型、 超大型滑坡處治工程實施后的評價體系是基于滑坡所在工點的工程地質情況、滑坡病害特征及發展狀況，采用定性分析與定量計算，結合現場檢查與專家會審等方法進行綜合評價。

傳統設計模式下，圖紙中所包含的所有專業意見和反饋意見的傳遞途徑一般都是以文字資料的形式進行的，不難發現，信息傳遞過程中始終是單項的且非連續性的，信息在傳遞過程中的不及時性導致了設計時間的延長，或者出現反饋滯后引起設計錯誤的現象時有發生。

3 處治方案應用技術路線

根據發生災害的復雜節點工程的特點，建立三維模型，利用其強大的可視化功能進行表達。三維模型的可視化是創造動畫和圖片進行信息的溝通和交流，在表達溝通抽象的和具體想法時，可視化的表達方式是一種有效手段，但是二維施工圖并不具備可視化，因為施工圖是一系列抽象符號的集合，屬于業內專業人士的“專用語言”，所以施工圖屬于“表達”范疇，也就是說，把一件事情的內容講清楚，但不一定把一件事情講的容易溝通。現利用三維模型進行方案匯報，可以彌補二維施工圖表達上的缺陷。技術路線圖如下：

圖2 邊坡分析流程圖

3.1 三維建模

收集發生滑坡的掛弓山高邊坡二維設計資料，將路線數據導入 ORD軟件中生成主線和匝道的設計線，制作路基路面橫斷面模板，沿路線放樣形成整個道路模型，在橫斷面模板中制作不同坡率的模板，這也是此次高邊坡處置的難點，根據破碎的極軟巖類土質邊坡的特性，及高邊坡在不同坡率、不同工況條件下穩定性計算結果，利用不同坡率之間的漸變，減少開挖，降低施工難度。

采用高精度衛星照片，進行貼圖附著在地形模型上，利用CSD軟件中生成橋梁等結構模型，將邊坡防護、標志、標線等交安設施以共享單元的形式放置在模型上，成為完整三維高邊坡模型。

3.2 復雜節點

通過對地形和地質分析可知，邊坡其它暫時未發生垮塌部位也發現了大量的軟弱結構面及不利的結構面的組合。為完成最大挖深為 76米的路塹施工，擬定了3個處治方案，在盡可能抑制風化營力對邊坡力學性質劣化作用的防護工程作用下，確保路塹邊坡的長期穩定。

圖3 邊坡滑坡現場

擇優選定以下方案，K3+000～K3+100段邊坡采用坡率1:1.0分級放坡，K3+160～K3+280段邊坡采用坡率1:1.75, K3+300～K3+470段邊坡采用坡率1:2.0。邊坡每8m一級，其中K3+000～K3+280段第三級平臺寬8.0m，其余平臺寬2.0m；K3+280～K3+470段第3、6級邊坡設8m寬的平臺，其余平臺寬2.0m，將高邊坡分解為3段，提高整體穩定性，并在高邊坡第2、3、5、6、8級平臺設截水溝。同時考慮到邊坡坡腳應力集中現象，在坡腳設仰斜式擋墻，墻高3.0m，基礎埋深1.5m。其中最復雜、最難溝通的就是坡比由1:1.0漸變為1:1.75再漸變為1:2.0，加上邊坡的防護措施也隨之變化，通過三維模型可以很清楚的讓坡率漸變這個復雜節點的溝通變得容易。

3.3 應用評價

隨著近幾年形式各異、造型復雜的建筑不斷推出，三維模型提供了可視化的思路，將以往抽象的圖紙，變成三維的立體實物圖形展示在人們的面前。如何規避傳統深化設計中的問題，需協調設計階段和施工階段信息資源的一致性，三維模型的信息集成特性可以化解這一矛盾，對于設計的特殊需求能夠更深入的表現細節，另外，能夠利用三維模型進行施工方案模擬，對工藝、現場、進度、施工難點進行預判與預處理，從而實現對施工過程的控制，提高項目的綜合效益。

4 實例分析

對掛弓山高邊坡方案匯報中應用三維模型，可以完成以下兩點應用：

4.1 方案優化

三維模型展示的設計效果十分方便評審人員、業主對方案進行評估，甚至可以就當前設計方案評判施工可行性以及如何削減成本、縮短工期等問題。由于是用可視化方式進行，可獲得來自用戶和業主的積極反饋，使決策的時間大大減少，促成共識。

4.2 節點優化

受山區地形、地質因素的限制，各種異型設計隨處可見，如高邊坡斜率的漸變，如下圖 5，這些節點的內容看似占整個工程的比例不大，但是占投資和工作量的比例卻往往很大，而且通常是施工難度較大和施工問題較多的地方，對這些內容的設計施工方案進行優化，可以顯著地節約工期和降低造價。

圖5 邊坡斜率漸變段

5 結論

本文通過對掛弓山災害處治方案中的斜坡漸變過渡進行建模應用，可以得到以下結論：

（1）斜率漸變過渡是本項目中設計以及施工難點問題，通過建立三維模型，可以避免在邊坡施工中無法協調的問題，主要體現在不同坡率之間的銜接，邊坡表面防護工程的施工。

（2）提高各個專業之間的溝通效率，減少復審工作。三維模型可以提高設計施工單位的效率，由于其可視化的特點，可以使其他相關專業的人員快速審查處治方案，及時溝通反饋。

（3）提高項目的綜合效益。模擬施工，前置所有的問題并得到解決，給交通領域增添了新的活力，獲得更高的設計質量和施工速度，更流暢的溝通體驗，更低的建造成本，獲取更高的投資回報率。