基于BIM技术帷幕灌浆施工技术分析

孙瑞君

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

0 引言

传统水利工程帷幕灌浆技术过度依赖二维工程图，难以直观地对工程效果进行展示，无法精确排查施工过程中存在的安全隐患，易造成水利工程建筑渗漏等现象。为解决工程渗漏问题，结合文献[1]中李敏提出的集成BIM技术中的3D建模＋4D建筑信息管理系统的设计方法，设计了基于BIM技术对水利工程施工帷幕灌浆施工技术进行优化方案。利用裂隙岩体参数和浆液参数对帷幕灌浆参数计算方法进行完善，利用可视化技术对水利工程单排孔帷幕灌浆工序流程进行直观展示，完善帷幕灌浆施工技术，对基于BIM技术的帷幕灌浆技术效果进行了检测。

1 确立灌浆施工参数

在帷幕灌浆施工过程中，渗透浆液遵从线性渗透定律进行渗流，其渗透性规律与地下水的运动规律基本一致。通常被灌注的物体是均匀的物体，渗流在沙子中做稳定的紊流运动[1]。当浆液进入到岩土体的空洞底部时，会在孔隙中进行填补并且凝固[2]。若水利工程内部完全连通，建筑结构特性视为施工阶段浆液流动路径连通总和，则BIM施工连通参数W为：

式中，l和p分别为工程施工阶段土压数据参数和裂缝参数;Vij为工程灌浆距离i与j的整体土压参数，S为工程总长度。在渗流的灌浆岩石里流体渗透速度和水力的坡度成为反比例。在浆液通性指数W的取值介于0～10时证明灌浆质量相对较好。若在建筑结构中存在个裂痕隐患，帷幕通过第n个裂痕的概率为Q，则Q可表示为:

结合上述算法可有效对帷幕灌浆施工参数数据进行采集计算，并及时根据计算结果对系统采集信息对做出调整。通过对山西省某水利工程灌浆情况进行检测得到帷幕灌浆参数采集数据检测计算结果。系统对帷幕灌浆参数采集信息见表1。

通过对帷幕灌浆的通性概率进行分析和计算，进而求出灌浆工程的其他数据[3]。在水利工程施工过程中最主要的是对工程进行帷幕灌浆施工修复环节。设工程建筑磨损参数为γ，灌浆输出速率为ψ，则根据相关理论，帷幕灌浆输入系数T算法为：

显然，帷幕灌浆输入系数T结构质量参数反射成反比，当T的数值越大则灌浆就越难通过建筑裂痕修复区域[4]。结合上述算法对水利工程帷幕灌浆参数E进行计算，计算方法如下。

表1 帷幕灌浆参数采集信息

根据表1数据可知，对帷幕灌浆信息参数进行计算其结果与检测结果基本一致，由此证实该算法精准度较高且所需运行时间较短。在对帷幕灌浆参数进行计算过程中，由于工程所在地形实际参数与地质模型数据会存在一定误差[6]。为了缩小计算误差，可在拼合模型后利用BIM技术对地理模型图像信息进行展示，使其更趋近于真实情况，从而完成水利建筑灌浆工程与当地地质的拼合准确度，保障工程建筑质量。结合上述算法对基于BIM的帷幕灌浆工程施工流程进行分析。

2 基于BIM的帷幕灌浆施工过程设计

为保障灌注的浆液能有效填补到建筑渗漏缝隙中，且浆液的硬化程度能够达到水利建筑工程施工强度要求，需要通过单排孔灌浆方法提升浆液压力，从而提高岩层缝隙和浆液间的吸引力，保障浆液有效灌注并稳定附着于建筑结构中，促进得浆液扩散的过程中发生挤密效应，以修补建筑裂痕，解决渗透问题。为保证施工过程安全规范，结合BIM技术的可视化优点对灌浆施工技术流程进行规划，以期达到对施工情况进行精准展示和有效的处理的设计目标。基于BIM的灌浆施工展示模块设计见图1。

图1 基于BIM的灌浆施工展示流程

如图1所示，通过BIM数据库对灌浆工程信息进行采集处理后，将工程数据传输至在Revit管理模块，以便直接、快速准确的对工程进展情况进行查询和展示。在利用BIM技术对水利工程灌浆施工流程进行展示和优化的过程中，可通过BIM可视系统中的场景切换功能实现对地质地貌信息的展示。为了更好的对工程施工情况进行掌握和分析，需要对可视化灌浆展示系统展示功能进行分析，灌浆展示系统功能展示模块见图2。

图2 基于BIM的灌浆展示系统功能模块

结合BIM灌浆系统灌浆施工展示系统对帷幕灌浆的工序进行分析，在帷幕灌浆施工过程中要遵从缩小灌浆孔距，提高灌浆效果的原则。通过单排孔施工方式灌注浆液，以便浆液在灌浆区域形成阻水幕墙，从而提升建筑的承载量和抗形变能力，达到增加浆液扩散空间的设计要求，保障灌浆质量，完成复杂灌浆工程的施工项目。为了提高灌浆效果，要对单排序孔灌浆施工情况进行研究，以便相关工作人员更加直观的对施工过程中灌注钻孔加密处理过程进行观察，以实现对灌浆施工情况和效果进行直观展示的要求。单排孔施工顺序展示图见图3。

图3 单排孔施工顺序展示图

结合BIM灌浆展示系统可更好的对灌浆工程施工过程进行实时展示，保障灌浆施工过程安全性和准确性。结合BIM可视化工程展示系统对帷幕灌浆施工技术进行完善处理，以期提高工程施工效率。

3 基于BIM的帷幕灌浆施工要点

在帷幕灌浆技术中，钻孔质量直接影响施工质量。因此在工程开始之前需要结合BIM技术对钻孔位置进行精确的分析和定位。定位完成后，利用灌浆钻孔设备进行钻孔位置校正和固定工作，以防在施工过程中由于震动过大造成的钻孔方向偏移等问题。在钻孔打好后，利用压力水流对钻孔进行反复清理,直至排除水流清澈，防止孔洞堵塞等问题发生。

在灌浆施工过程中，对浆料的配比和对灌浆压力的控制十分重要，需要结合前文灌浆施工参数算法对浆料配比浓度进行精准计算后依据先稀后浓的原则开始进行注浆。结合BIM施工展示系统对浆料灌注过程中的压力变化数据进行实时判断和展示，保障在灌浆异常情况下迅速采取解决措施。在灌浆过程中，一旦发生串浆情况，需要立刻停止灌浆并堵塞灌浆孔。另外在灌浆施工工作结束后，需要利用BIM可视化技术对施工质量进行检查，从而保障工程的安全性和稳定性。基于BIM的灌浆施工质量检测过程见图4。

图4 基于BIM的灌浆施工技术

如图4所示，利用孔口封闭循环原理对帷幕灌浆覆盖层进行设计，进行循环分段式灌浆。在帷幕灌浆工程技术的最后阶段，需要利用压力灌浆法进行灌浆封孔处理。以保障建筑的稳固，避免再次出现渗漏、裂痕等问题。

4 实验结果检测

为了对基于BIM技术的水利工程施工帷幕灌浆施工技术的有效性进行检测，设计了仿真实验。由于在帷幕灌浆施工过程中，建筑结构地表、地中和地下承载压力不同，会造成的灌浆效果各有不同。因此在地质较为复杂的建筑中进行灌浆检测实验，分别对传统方法与结合BIM可视化技术的灌浆方法进行对比检测，并记录两种方法的地表灌浆情况、地中灌浆情况。记录结果见图5、图6。

图5 传统方法灌浆吸入量检测结果

图6 基于BIM技术的灌浆吸入量检测结果

通过对图5、图6的对比检测可知，利用BIM可视化技术进行的帷幕灌浆施工技术，可有效提高建筑地表、地中和地下灌浆效果，使三者灌浆吸入情况基本相同，保障建筑的稳定性。由此证实，结合BIM可视化技术的帷幕灌浆技术可更好的对建筑裂缝进行填补和修复。为了进一步对基于BIM的帷幕灌浆技术的防渗性效果进行检测，设计了与传统方法的对比实验检测，检测结果见图7。

图7 灌浆效果对比检测

根据图7的检测结果可以看出，传统灌浆技术防渗性效果相对较差且检测过程耗时过多，而基于BIM技术的水利工程施工帷幕灌浆施工技术可更好的解决水利工程建筑中常见的渗漏问题，其防渗性达到90%左右。由此证实基于BIM技术的水利工程施工帷幕灌浆施工技术可更好的保障水利工程建设安全性和稳定性，有利于推动水利工程建筑行业的健康、长远发展。

5 结语

为解决当前水利工程建筑渗漏问题，结合BIM技术可视化优势对帷幕灌浆技术进行设计，以期达到提高工程质量、减轻工程内部侵蚀情况的设计要求。对基于BIM的帷幕灌浆技术进行试验检测，实验结果证实结合BIM可视化技术进行灌浆，可更好的保障浆液吸入，提高灌浆质量，有效解决传统水利工程建筑中常见的渗漏等问题，推动现代化水利工程建设事业的健康发展，为水利工程灌浆技术提供重要的参考依据。