复杂地层三维建模与深基坑地下渗流稳定性研究

（安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230041）

引言：当前我国各大城市高层建筑总面积已超过1 亿平方米，基坑深度已达到10m～20m 之间，随着深基坑工程规模的不断扩大，其施工质量广受社会关注。我国地形地貌情况较为特殊，在地层水系分布复杂的地区实施深基坑工程其质量控制难度极大，利用三维建模技术是提高深基坑地下渗流稳定性的有效手段。

一、三维建模在深基坑地下水渗流稳定性中的应用优势

地下水渗流问题是影响深基坑工程质量的关键因素，若不能有效解决相关问题，极易引发基坑不稳的险情。在深基坑工程中工程设计、施工技术、材料选择等都会对地下水渗流稳定性造成影响，而在传统施工管理模式下，相关施工参数的设定多由技术人员与施工人员按过往经验来执行相关操作，这使得工程施工严重缺乏技术含量，给人们的生命与财产安全带来了极大的隐患。在深基坑工程中应用三维建模技术能够将施工过程中各学科理论、各施工技术量化数值、工程实测条件等进行同一分析，可有效解决深基坑渗流场难以估计的问题。

二、复杂地层三维建模的常用工具

（一）BIM 技术

BIM 技术是建筑行业实现工程建设信息化的标志，将此技术应用于复杂地层深基坑工程中，进行施工模型构建，能够根据当地地质水文条件将复杂的施工条件可视化、可量化，同时可对工程量、技术选择、材料设备搭配等进行合理布局，是未来建筑行业重点应用的信息化技术之一，但当前该技术在深基坑工程中的应用仍比较少。

（二）CAD 技术

CAD 技术是行业内针对地质专业专门设计开发的软件，能够对施工地区的地层状况、水文分布等进行全面的数据勘察与处理，其中ItasCAD 3.0 具备直接与BIM 技术衔接的能力，能够将地下工程勘测、分析、设计流程合为一体，在测算深基坑渗流场方面具有较高的技术优势。

（三）GOCAD 建模

GOCAD 建模技术具有系统、灵活地质分析的优势，能够实现多平台集成参数约束的目标，在深基坑工程施工中能够精准收集地理信息、水文特征、地层剖面、钻孔数据等与工程建设质量相关的资料，能够有效分析出地下水渗流的情况[1]。

三、复杂地层三维模型在深基坑工程中的应用

（一）构建深基坑施工环境三维地质模型

在传统深基坑工程中，其建设施工的各个环节都比较独立，大多以二维平面图纸以及数据表格等作为各施工环节传递信息的载体，此种方法极易出现不同程度的人为操作误差，如若操作不当将导致施工区域地下水渗流不稳定的问题发生。在施工区域周边环境恶劣、地层复杂的深基坑工程中，其施工技术、施工工艺等应用的难点通常较大，利用三维地质建模技术构建施工环境三维地质模型，可以将基坑断层、出露等复杂地质现象可视化，然后以数字化信息数据的方式将施工条件更加直观的展现给工程设计师，此时设计师能够通过可视化数据将基坑降水时其支护结构受力情况进行较为精准的预估，从而得到地面沉降与降水量变化之间的关系，为解决地下水渗流不稳定问题提供良好的设计条件。

（二）技术交底

利用三维地质模型技术能够将深基坑设计模型与施工进度计划方案进行有效关联，同时可以将施工材料、设备、施工工艺、施工时间等按照标准的施工工序进行最优匹配，然后设计团队可针对一些技术关键节点与技术难点等制作成为动画演示材料，基于此形成较为具体且完整的技术交底资料，便于设计师在施工前为现场施工技术人员进行技术讲解，从而为提高施工质量提供保障。

（三）深基坑施工方案模拟

利用三维建模技术进行深基坑施工方案模拟需要以建立完善的深基坑模型为前提，同时需要对施工区域周边建筑物、道路设施、材料型号、设备参数等条件按照施工现场需求进行布置，从而为模拟制定施工方案奠定基础；同时还需要管理人员根据工程设计三维模型中所反映的工程量进行资金、技术、时间等方面的成本核算，一方面能够避免个别地区在冬季严寒天气条件下地下水凝结所造成的渗流量估算误差大的问题，另一方面能够促使管理人员利用三维模型中的信息化管理功能，根据施工步骤进行详细的施工进度规划，从而确保地下排水系统建设过程中的各类资源得以合理应用。

（四）施工安全监测

利用三维地质建模技术能够对施工现场安全施工与施工质量进行实时监控，比如利用BIM 技术建立施工安全监测模型，能够对基坑四周的地表沉降、围护结构深层、围护桩顶面处的水平位移、地下水位线涨幅等影响地下水渗流的条件进行实时监测。另外，需要在施工现场设置警报设施，当地表沉降即将超过预警参数时，会给施工质量控制中心发出警报提示，实现对基坑工程施工质量进行有效监督的同时，还能够对深基坑使用过程中的支护变形程度进行精准预测，从而便于施工单位能够及时调整施工方案，为地下排水系统的搭建提供安全保障[2]。

结论：综上所述，深基坑工程建设质量的高低，与其基底地下水渗流性能有着极大的联系，在地质地形复杂地区引进三维地质建模技术开展此类工程，是全面解决地下水渗流不稳定问题的关键。因此，相关工程单位应积极加强对三维建模技术与软件的投入力度，并在地质勘测、技术交底、施工方案模拟、施工质量及安全监测方面积极应用此类技术，合理推测地下工程施工过程中可能出现的地下水涌水现象，可有效降低地下渗流问题对工程质量的危害。