何昌杰，李建新，周芙蓉，曾 波，趙金國

(1.中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410004； 2.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410004)

1 工程概況

1.1 工程整體概況

工程位于湖南省長沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)，主體結(jié)構(gòu)坐落在山塘村—獅峰山地段的采石礦坑上，由礦坑壁巖承受結(jié)構(gòu)水平作用力和豎向荷載。礦坑邊坡巖石裸露，巖面破碎，頂部有黏土、雜填土覆蓋(見圖1)。

圖1 礦坑原始地貌

1.2 巖土工程地質(zhì)條件

場地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地，邊坡巖體表面見裂隙性溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象。經(jīng)地質(zhì)勘察揭露，沿層面、裂隙及斷層等結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象較普遍，裂隙風(fēng)化較發(fā)育，溶蝕填充現(xiàn)象普遍，結(jié)構(gòu)面膠結(jié)物蝕變明顯。

1.3 地層巖性特征

經(jīng)地質(zhì)鉆探揭露，巖土層主要為土、礫～卵石、灰?guī)r及溶蝕物，邊坡巖體主要為灰?guī)r。溶洞為無充填、半充填或全充填式。場地為巖溶中等發(fā)育區(qū)。

1.4 水文地質(zhì)條件

場地深度范圍內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水、孔隙潛水及上層滯水。

1.5 特殊巖土與不良地質(zhì)

1)場地巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，節(jié)理面為方解石和石英充填，礦坑坡頂部局部因水作用沿裂隙巖溶發(fā)育形成溶蝕槽和溶蝕溝。

2)場地巖溶為淺埋型巖溶，規(guī)模較大，發(fā)育深度在地表下30m以內(nèi)。溶溝、溶槽、溶洞等在標(biāo)高-5.000～35.000m發(fā)育。

3)場地局部分布厚度約30m人工填土系采石場采石開挖堆填而成，密實度不均。

2 工藝流程

基于三維地質(zhì)模型的破碎巖體加固施工方法，需經(jīng)過收集地質(zhì)數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維地質(zhì)模型、現(xiàn)場放樣鉆孔復(fù)核地質(zhì)、優(yōu)化并確定加固方案組織現(xiàn)場施工等工序，其具體工藝流程為：創(chuàng)建三維地質(zhì)模型→轉(zhuǎn)換設(shè)計坐標(biāo)系→模型取點現(xiàn)場放樣→現(xiàn)場鉆探復(fù)核地質(zhì)→確定加固方案、組織現(xiàn)場施工→加固信息錄入、建立加固檔案。

3 實施步驟

1)創(chuàng)建三維地質(zhì)模型 根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的各地層勘察數(shù)據(jù)，結(jié)合三維地質(zhì)雷達對擬加固巖體掃描補充的巖體地質(zhì)參數(shù)，再結(jié)合現(xiàn)場超前鉆采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行復(fù)核修正。將補充完善且修正后的地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入GOCAD軟件按比例1∶1創(chuàng)建三維地質(zhì)模型，提高三維地質(zhì)建模的精準(zhǔn)度。模型中顯示各結(jié)構(gòu)面、破碎帶及溶洞的分布情況，同時附加各地層的地質(zhì)參數(shù)，綜合反映所需加固巖體的地質(zhì)情況，將巖體內(nèi)部地質(zhì)情況可視化(見圖2，3)。

圖2 地質(zhì)雷達掃描圖像數(shù)據(jù)

圖3 三維地質(zhì)模型建立

2)轉(zhuǎn)換設(shè)計坐標(biāo)系 三維地質(zhì)模型建立完成后，需進行一次坐標(biāo)系的檢查復(fù)核。若三維地質(zhì)模型所采用的坐標(biāo)系與施工圖提供的坐標(biāo)系不一致，則需將建立三維地質(zhì)模型時采用的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為設(shè)計圖紙給定的坐標(biāo)系，保證三維地質(zhì)模型坐標(biāo)系與施工圖的坐標(biāo)系一致。以此避免因坐標(biāo)系不一致，導(dǎo)致現(xiàn)場實際地質(zhì)與模型反映地質(zhì)不一致，影響后續(xù)工作中作業(yè)人員的工作判斷和施工技術(shù)及工藝的選擇。同時，便于后續(xù)取點放樣工作開展(見圖4)。

圖4 三維地質(zhì)模型坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

3)模型取點現(xiàn)場放樣 結(jié)合三維地質(zhì)模型反映的地質(zhì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)勘察報告提供的地質(zhì)勘察結(jié)論及建議，進行巖體加固設(shè)計，制訂巖體加固方案，繪制巖體加固施工圖。在施工圖中提取加固孔位布置圖，將巖體加固孔位布置圖中反映的鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維地質(zhì)模型，結(jié)合巖體加固孔位和特殊地質(zhì)邊界確定地質(zhì)復(fù)核鉆孔位置。地質(zhì)復(fù)核鉆孔3個為1組，以地質(zhì)邊界鉆孔為中心孔，地質(zhì)邊界內(nèi)、外間距各3m，布置1個鉆孔。每個特殊地質(zhì)體沿地質(zhì)邊界線均勻布置3～4組地質(zhì)復(fù)核鉆孔。在三維地質(zhì)模型中提取地質(zhì)復(fù)核鉆孔坐標(biāo)，進行現(xiàn)場放樣定點。放樣坐標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)識在現(xiàn)場并保護，標(biāo)識數(shù)據(jù)中包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)、地表到地質(zhì)模型中擬定特殊地質(zhì)邊界垂直距離以及各鉆孔到地質(zhì)模型中擬定特殊地質(zhì)邊界水平距離等，便于后續(xù)地質(zhì)復(fù)核，判別特殊地質(zhì)范圍(見圖5)。

圖5 探孔放樣

4)現(xiàn)場鉆探復(fù)核地質(zhì) 組織地質(zhì)勘察隊伍在點位上進行鉆探取芯，并詳細記錄地層參數(shù)，具體操作標(biāo)準(zhǔn)參照GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》(2009年版)。將現(xiàn)場勘察的實際地質(zhì)數(shù)據(jù)與三維地質(zhì)模型反映的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行比對，復(fù)核地質(zhì)情況。以三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實際勘察情況，綜合分析判別特殊地質(zhì)邊界類型及巖體等級，明確特殊地質(zhì)邊界起止位置。若初始擬定的特殊地質(zhì)邊界外鉆孔未能落在完整巖體上，則需向外延伸再次進行鉆探，探孔間距為3m，以探孔落在完整巖體上為鉆探停止依據(jù)。通過最新采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)再次修正三維地質(zhì)模型。特殊地質(zhì)邊界內(nèi)及邊界上的鉆孔孔徑與巖體加固孔孔徑一致，用于復(fù)核地質(zhì)和加固巖體。特殊地質(zhì)邊界外鉆孔采用標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)鉆孔孔徑。鉆探施工需穿過特殊地質(zhì)，鉆到完整巖體以下1m停止作業(yè)。地質(zhì)復(fù)核鉆探中發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)情況及時反饋給勘察單位進行補勘，鑒別新的特殊地質(zhì)邊界，獲取新的地質(zhì)邊界巖體參數(shù)，做到巖體加固不遺漏，避免無用加固，提高整體加固質(zhì)量(見圖6)。

圖6 地質(zhì)鉆探

5)確定加固方案組織現(xiàn)場施工 根據(jù)現(xiàn)場鉆探實測獲取的更新的地質(zhì)數(shù)據(jù)，及時反饋給巖體加固設(shè)計單位，并聯(lián)動設(shè)計院動態(tài)優(yōu)化調(diào)整巖體加固設(shè)計方案，確定加固工藝，細化特殊地質(zhì)邊界加固方案。對特殊地質(zhì)段和特殊地質(zhì)邊界段分別制訂加固方案，細化加固工藝?，F(xiàn)場施工前，在三維地質(zhì)模型上進行巖體加固施工模擬。首先模擬施工放樣，再模擬施工工藝選取，最后模擬現(xiàn)場施工組織。通過模擬施工放樣，在可視化的三維地質(zhì)模型中提前識別擬加固巖體的地質(zhì)情況，以此便于現(xiàn)場技術(shù)人員做出合理判斷，選擇合理施工工藝，以此保證做到技術(shù)先進、資源節(jié)約、經(jīng)濟合理、安全可靠。在施工工藝確定后，可提前進行資源組織、現(xiàn)場布置，縮短現(xiàn)場施工準(zhǔn)備時間，以最快速度投入施工。基于多次修正的三維地質(zhì)模型，可提高巖體內(nèi)地質(zhì)情況的識別度，較準(zhǔn)確地判別地質(zhì)情況，提高巖體加固精準(zhǔn)度，避免加固遺漏，協(xié)調(diào)控制加固巖體變形，提高巖體整體加固效果。同時，依據(jù)三維地質(zhì)模型可針對性地進行取點試驗，檢測加固質(zhì)量，保證加固質(zhì)量。

6)加固信息入模型，建立加固檔案 巖體加固完成后及時將加固范圍、加固標(biāo)準(zhǔn)、加固參數(shù)、加固時間、檢測結(jié)論、作業(yè)班組等信息準(zhǔn)確錄入三維地質(zhì)模型，建立巖體加固檔案，便于后期施工管理。

4 工藝效果

基于三維地質(zhì)模型的破碎巖體加固施工方法，將地質(zhì)勘察報告、三維地質(zhì)雷達及現(xiàn)場超前鉆三者提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行補充完善且修正后導(dǎo)入GOCAD軟件按1∶1比例創(chuàng)建三維地質(zhì)模型，綜合反映所需加固巖體的地質(zhì)情況，結(jié)合地質(zhì)勘察報告提供的地質(zhì)勘察結(jié)論及建議，制訂巖體加固方案。結(jié)合巖體加固方案的加固孔位合理布置地質(zhì)復(fù)核孔位，鉆芯取樣復(fù)核地質(zhì)，以三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實際勘察情況，綜合分析判別特殊地質(zhì)邊界。聯(lián)動設(shè)計院動態(tài)優(yōu)化調(diào)整巖體加固方案，確定加固工藝，細化特殊地質(zhì)邊界加固方案。在三維地質(zhì)模型上進行巖體加固施工模擬，可有針對性地組織現(xiàn)場施工，對特殊地質(zhì)進行定點定范圍加固，避免加固遺漏，提高巖體加固精準(zhǔn)度，協(xié)調(diào)控制加固巖體變形，提高巖體整體加固效果，保證加固質(zhì)量，又能做到經(jīng)濟合理、節(jié)約資源，達到國家綠色發(fā)展政策要求。

5 結(jié)語

1)將地質(zhì)勘察報告、三維地質(zhì)雷達及現(xiàn)場超前鉆三者提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行補充完善且糾偏后導(dǎo)入GOCAD軟件按1∶1比例創(chuàng)建三維地質(zhì)模型，能綜合反映所需加固巖體的地質(zhì)情況。

2)以三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實際勘察情況，綜合分析判別特殊地質(zhì)邊界類型及巖體等級，可明確特殊地質(zhì)邊界起止位置。

3)地質(zhì)復(fù)核鉆探中發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)情況及時反饋給勘察單位進行補勘，鑒別新的特殊地質(zhì)邊界，獲取新的地質(zhì)邊界巖體參數(shù)，并及時反饋給巖體加固設(shè)計單位，可聯(lián)動設(shè)計院動態(tài)優(yōu)化調(diào)整巖體加固設(shè)計方案，確定加固工藝，細化特殊地質(zhì)邊界加固方案。

4)現(xiàn)場施工前，在三維地質(zhì)模型上進行巖體加固施工模擬，由此可提前進行組織資源和現(xiàn)場布置，縮短施工準(zhǔn)備時間，加快施工進度。

5)基于三維地質(zhì)模型的加固方法，可提高巖體加固精準(zhǔn)度，協(xié)調(diào)控制加固巖體變形，提高巖體整體加固效果，保證加固質(zhì)量。