三维模型在工程滑坡处治方案中的应用

齐 飞 王海珠 李金阳

（四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

随着我国山区公路工程的建设，常常出现大型或超大型滑坡事故。常见的高边坡作为地质体的一部分，其稳定性取决于自然边坡的稳定状况、地质条件、人为改造的程度。由于不同的地层、岩性、风化程度的岩土体构成的自然山坡，受地质构造影响程度不同，水文地质条件不同，在自然营力作用下形成了各种形态的斜坡，由于漫长的地质历史作用的结果，其具有一种动态的、变化的特征。

人工边坡改变了自然坡体的应力状态和地下水的渗流条件，使其失去原有的稳定状态。滑坡是坡体岩土在自然或人为因素作用下沿坡体内的一定的软化带整体向下以水平滑移为主的变形，在某些地层结构下，边坡坡率并不是主导滑坡的主要因素，反使滑坡范围扩大。

由于其工作的复杂性，要求设计人员与勘察人员具备丰富的专业知识和技能。在进行勘测设计时，重视勘察工作，还需要设计人员与勘察人员及时沟通进行交流，协调工作。事先对可能会出现的问题进行考虑，在对施工成本进行控制的同时，充分考虑其他的影响因素，避免问题的产生。将采集的外业数据及时反馈到勘察设计单位，设计人员重新分析原设计方案思路，查明发生灾害的根本原因，从而制定新的处治方案，必须有三个以上必选方案才能组织相关专业人员研讨，综合分析确定具体处理内容。

目前在进行方案汇报时，主要是以图纸和文字的形式进行说明，由于高边坡灾害的突发性，要求方案汇报人员在很短的时间使每个参与人员明白方案具体表达的内容，这时传统的图纸与文字显得苍白，而从设计阶段入手，结合三维模型技术手段，针对地质的复杂性节点和难点施工进行解读，提高设计方案比选的流程，提高各专业人员交流的效率，为解决突发灾害的时间问题提供手段。

1 工程概况

挂弓山立交工程起点接观斗山隧道，经高架桥依次上跨白塔路、新楼路、化工路、长江北路，止点由路基高边坡开挖顺接盐坪坝隧道，为临港经济开发区城市快速路。其中路基部分桩号K2+961-K3+470，长度约509m。于2019年12月2日发生滑坡，本次滑坡地段为主线K3+430- K3+480左侧第四级至第九级边坡。

图1 边坡滑坡现场

2 处治方案的一般方法

公路滑坡的预防和治理一直是边坡

防护的难题，对大型复杂滑坡进行详细分析，查明地层相互之间的空间关系，评价各自的稳定性，分析相互间的影响，对确定整治方案有着非常重要的意义。

对于大型、 超大型滑坡处治工程实施后的评价体系是基于滑坡所在工点的工程地质情况、滑坡病害特征及发展状况，采用定性分析与定量计算，结合现场检查与专家会审等方法进行综合评价。

传统设计模式下，图纸中所包含的所有专业意见和反馈意见的传递途径一般都是以文字资料的形式进行的，不难发现，信息传递过程中始终是单项的且非连续性的，信息在传递过程中的不及时性导致了设计时间的延长，或者出现反馈滞后引起设计错误的现象时有发生。

3 处治方案应用技术路线

根据发生灾害的复杂节点工程的特点，建立三维模型，利用其强大的可视化功能进行表达。三维模型的可视化是创造动画和图片进行信息的沟通和交流，在表达沟通抽象的和具体想法时，可视化的表达方式是一种有效手段，但是二维施工图并不具备可视化，因为施工图是一系列抽象符号的集合，属于业内专业人士的“专用语言”，所以施工图属于“表达”范畴，也就是说，把一件事情的内容讲清楚，但不一定把一件事情讲的容易沟通。现利用三维模型进行方案汇报，可以弥补二维施工图表达上的缺陷。技术路线图如下：

图2 边坡分析流程图

3.1 三维建模

收集发生滑坡的挂弓山高边坡二维设计资料，将路线数据导入 ORD软件中生成主线和匝道的设计线，制作路基路面横断面模板，沿路线放样形成整个道路模型，在横断面模板中制作不同坡率的模板，这也是此次高边坡处置的难点，根据破碎的极软岩类土质边坡的特性，及高边坡在不同坡率、不同工况条件下稳定性计算结果，利用不同坡率之间的渐变，减少开挖，降低施工难度。

采用高精度卫星照片，进行贴图附着在地形模型上，利用CSD软件中生成桥梁等结构模型，将边坡防护、标志、标线等交安设施以共享单元的形式放置在模型上，成为完整三维高边坡模型。

3.2 复杂节点

通过对地形和地质分析可知，边坡其它暂时未发生垮塌部位也发现了大量的软弱结构面及不利的结构面的组合。为完成最大挖深为 76米的路堑施工，拟定了3个处治方案，在尽可能抑制风化营力对边坡力学性质劣化作用的防护工程作用下，确保路堑边坡的长期稳定。

图3 边坡滑坡现场

择优选定以下方案，K3+000～K3+100段边坡采用坡率1:1.0分级放坡，K3+160～K3+280段边坡采用坡率1:1.75, K3+300～K3+470段边坡采用坡率1:2.0。边坡每8m一级，其中K3+000～K3+280段第三级平台宽8.0m，其余平台宽2.0m；K3+280～K3+470段第3、6级边坡设8m宽的平台，其余平台宽2.0m，将高边坡分解为3段，提高整体稳定性，并在高边坡第2、3、5、6、8级平台设截水沟。同时考虑到边坡坡脚应力集中现象，在坡脚设仰斜式挡墙，墙高3.0m，基础埋深1.5m。其中最复杂、最难沟通的就是坡比由1:1.0渐变为1:1.75再渐变为1:2.0，加上边坡的防护措施也随之变化，通过三维模型可以很清楚的让坡率渐变这个复杂节点的沟通变得容易。

3.3 应用评价

随着近几年形式各异、造型复杂的建筑不断推出，三维模型提供了可视化的思路，将以往抽象的图纸，变成三维的立体实物图形展示在人们的面前。如何规避传统深化设计中的问题，需协调设计阶段和施工阶段信息资源的一致性，三维模型的信息集成特性可以化解这一矛盾，对于设计的特殊需求能够更深入的表现细节，另外，能够利用三维模型进行施工方案模拟，对工艺、现场、进度、施工难点进行预判与预处理，从而实现对施工过程的控制，提高项目的综合效益。

4 实例分析

对挂弓山高边坡方案汇报中应用三维模型，可以完成以下两点应用：

4.1 方案优化

三维模型展示的设计效果十分方便评审人员、业主对方案进行评估，甚至可以就当前设计方案评判施工可行性以及如何削减成本、缩短工期等问题。由于是用可视化方式进行，可获得来自用户和业主的积极反馈，使决策的时间大大减少，促成共识。

4.2 节点优化

受山区地形、地质因素的限制，各种异型设计随处可见，如高边坡斜率的渐变，如下图 5，这些节点的内容看似占整个工程的比例不大，但是占投资和工作量的比例却往往很大，而且通常是施工难度较大和施工问题较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以显著地节约工期和降低造价。

图5 边坡斜率渐变段

5 结论

本文通过对挂弓山灾害处治方案中的斜坡渐变过渡进行建模应用，可以得到以下结论：

（1）斜率渐变过渡是本项目中设计以及施工难点问题，通过建立三维模型，可以避免在边坡施工中无法协调的问题，主要体现在不同坡率之间的衔接，边坡表面防护工程的施工。

（2）提高各个专业之间的沟通效率，减少复审工作。三维模型可以提高设计施工单位的效率，由于其可视化的特点，可以使其他相关专业的人员快速审查处治方案，及时沟通反馈。

（3）提高项目的综合效益。模拟施工，前置所有的问题并得到解决，给交通领域增添了新的活力，获得更高的设计质量和施工速度，更流畅的沟通体验，更低的建造成本，获取更高的投资回报率。