帷幕灌浆施工中BIM技术的运用研究

刘大洲

(大连市普兰店区河道管理处，辽宁 大连 116200)

0 引 言

由于过度依赖二维工程图使得传统的帷幕灌浆技术难以直观的展现工程效果，对水利工程施工中存在的安全隐患难以精确的进行排查，导致建筑渗漏等问题的频繁发生。为解决上述问题，考虑采用3D建模+4D数据信息管理系统以及BIM可视化模块，完善裂隙岩体及浆液参数，通过采用BIM可视化模块研究单孔灌浆工艺，在此基础上检测基于BIM技术的应用效果。

1 灌浆施工参数

渗透浆液在帷幕灌浆施工中的渗流变化特征与地下水运动基本保持相同，二者均满足线性渗透的变化规律[1]。一般情况下，在沙子中做稳定紊流运动的被灌注物体满足均匀性要求。而岩土体中的孔隙被浆液灌注时，当进入到空洞底部时发生填补和凝固[2-4]。在工程结构完全处于连通的情况下，可对浆液流通路径相关参数W利用BIM技术描述，其计算公式为：

(1)

式中：p、l分别代表施工阶段的裂缝参数与土压数据参数；S代表水利工程施工的总长度；Vij代表距离i至j的灌浆整体土压参数。

水力坡度和流体的渗流速度在渗流的灌浆岩体内存在反比例关系，为保证较好的灌浆质量浆液连通指数W应处于0-10之间。对于存在裂隙隐患的建筑结构，可采用计算公式(2)确定通过裂隙n的概率Q，即：

(2)

设Qnε、Qyε分别代表通过n个和y个裂痕的发生概率，根据以上计算流程确定质量参数R，其计算公式为：

(3)

通过计算分析灌浆的通性概率可求算灌浆工程的其他数据，其中帷幕灌浆的施工修复环节为水利工程施工最主要的过程。设ψ、γ分别为灌浆输出速率和工程建筑磨损参数，则灌浆输入系数T可根据相关理论确定，即：

T=∑Q(R/γ-ψ)

(4)

可见，工程建构质量参数和灌浆输入系数呈负相关性，灌浆通过裂隙修复区域的难度随着T值的增大而增加。对帷幕灌浆参数E结合上述算法进行计算，计算公式为：

(5)

对施工过程的有关参数按照上述算法采集确定，然后对系统信息结合以上计算值做出及时的调整。选择辽宁省某水利工程为例，通过检测帷幕灌浆情况及其相关参数确定计算数据，采集整理相关参数。统计整理的帷幕灌浆相关参数，见表1。

表1 统计整理的帷幕灌浆相关参数

从表1可以发现，帷幕灌浆参数检测结果和计算数据保持较好的一致性，可见该算法的运算时间较短且具有较高的精准度。由于地质模型参数和工程所在地形实际数据存在一定差异，使得在灌浆参数计算时具有稍微的偏差。为了降低该计算偏差，可采用BIM技术展示模型拼合后的图像信息，提高地理模型的客观性和可靠性，同归对地质情况和灌浆施工的精准融合，更加有效的反映建筑质量和实际情况。文章对帷幕灌浆施工流程结合上述计算方法和BIM技术进行详细分析。

2 帷幕灌浆施工中BIM技术的应用

为了保证灌注的浆液能够满足工程建设的强度要求并并且有效填补到建筑渗漏的缝隙内，可采取提升单排孔浆液压力的方法增大浆液与岩层缝隙之间的吸引力，促进浆液扩散过程发生挤密效应并保证浆液有效灌注和稳定附着于结构体系内，从而解决渗漏问题和修补建筑裂痕[5-7]。基于BIM技术的灌浆施工展示流程，见图1。

图1 基于BIM技术的灌浆施工展示流程

根据图1所示，对施工建设相关信息利用BIM数据库进行提取，然后在Revit管理模块中输入相关参数，由此实现快速、准确、直接的展示和查询工程进展状况。将施工工艺流程利用BIM系统进行完善和展示时，相应的地质信息展示可采用场景可视化模块完成。为了更好的分析与掌握灌浆施工情况，需要进一步分析灌浆展示过程中系统的可视化功能，灌浆展示中系统的可视化功能模块，见图2。

图2 灌浆展示中系统的可视化功能模块

对帷幕灌浆工序根据BIM灌浆系统施工展示模块进行分析，按照提高灌浆效果和缩小灌浆孔距的原则进行帷幕灌浆施工。为了在施工范围能够形成阻水幕墙采用单排孔方案进行灌注，可实现增加浆液扩散空间的设计要求以及提升建筑抗变形能力及承载量的目的，保证复杂灌浆的正常施工和水利工程建设质量。通过深入研究单排孔灌浆施工情况提高灌浆施工效果，以实现相关工作人员直观展示灌浆效果和施工情况的要求，对钻孔加密在施工过程中的处理情况进行更加直观的观察。为保证灌浆施工的准确性、安全性以及提高工程施工效率，对帷幕灌浆施工技术和施工过程采用BIM灌浆展示系统、可视化展示模块进行完善处理及实时展示[8-10]。单排孔施工顺序流程图，见图3。

图3 单排孔施工流程图

3 基于BIM的帷幕灌浆施工要点

钻孔质量状况将直接影响着帷幕灌浆的施工质量，所以必须根据BIM技术和工程设计资料精准的定位钻孔位置。为避免由于过大的震动使得钻孔方向发生偏移等情况的出现，待完成定位后还需要对钻孔位置进行固定与矫正，在实际工程中灌浆钻孔设备较为常见；另外，为防止孔洞发生堵塞等问题，在完成钻孔工作后需要对钻孔利用压力水流进行反复清理直至排除的水流清澈[11]。

对灌浆压力和浆料配比的控制为灌浆施工的重要环节，浆料配比浓度的精准计算可结合前文中灌浆施工参数算法确定，注浆过程应遵循先稀后浓的原则。对于压力的变化结合BIM施工模块进行科学的评判和展示，以防在出现异常的情况下能够对灌浆施工采取有效的措施[12]。若在灌浆过程中出现串浆现象，应立即封堵灌浆孔并停止灌浆。待灌浆完成后还需要对其质量情况按照可视化系统检查，从而保证水利工程质量的稳定性与安全性，对灌浆施工质量利用BIM可视化基础检测的主要流程。水利工程灌浆施工，见图4。

根据图4可知，对覆盖层按照孔口封闭循环的方法进行设计，可达到灌浆施工的循环分段处理。为防止再次出现裂痕、渗漏并保证工程的稳固，采用压力灌浆法对灌浆施工的最后阶段进行封孔处理。

图4 水利工程灌浆施工

4 实验检测分析

采用仿真实验有效检测了灌浆过程中BIM的应用效果，考虑到工程结构不同部位承载压力的不同，进而对灌浆效果的影响也不尽相同[13]。因此，有必要采用灌浆检测实验对复杂地质条件的水利工程进行分析，对比检测基于BIM和传统方法在帷幕灌浆施工中的效果，并对不同方法的地中灌浆和地表灌浆情况进行实时记录。BIM可视化技术和传统方法的灌浆吸入量检测值，见图5

Ⅰ传统方法

Ⅱ基于BIM技术

图5 BIM可视化技术和传统方法的灌浆吸入量检测值

通过对比分析两种检测方法的灌浆吸入量发现，帷幕灌浆施工采用BIM可视化技术可显著提升地下、地中与地表的灌浆效果，在不同部位的灌浆吸入量大致保持相同，保障了工程建设质量和安全性能。实证分析表明，对于建筑裂缝的修复和填补基于BIM可视化系统的灌浆技术具有更好的效果。通过设计传统方法和BIM帷幕灌浆技术对比实验，进一步检验其防渗效果的有效性。传统方法和实验方法的灌浆效果，见图6。

图6 传统方法和实验方法的灌浆效果

根据灌浆检测结果可知，在防渗效果方面传统灌浆技术的耗时过多且防渗性能较差，而基于BIM技术的帷幕灌浆施工期防渗性达到90%以上，针对水利建设中较为常见的渗漏问题能够较好的进行处理。可见，在保证水利工程建设稳定性与安全性方面基于BIM技术的帷幕灌浆施工发挥着重要作用，可为促进水利工程的可持续建设发展提供强大的推动力[14]。

5 结 论

针对传统的灌浆渗漏问题，文章对帷幕灌浆技术利用BIM可视化技术进行了优化设计，以期为减少工程内部的侵蚀情况和提高水利工程建设质量提供一定参考。通过试验检测BIM灌浆技术和传统方法，结果显示：在防渗效果方面传统灌浆技术的耗时过多且防渗性能较差，而基于BIM技术的帷幕灌浆施工期防渗性达到90%以上，针对水利建设中较为常见的渗漏问题能够较好的进行处理。证实了基于BIM可视化技术的灌浆施工能够有效解决建筑工程常见的渗漏问题，提高灌浆质量并保障浆液的有效吸入，可为完善灌浆技术的应用和促进建筑行业的可健康发展提供一定的技术支持。