摘要：随着社会经济水平的提高，地下工程的围岩破坏是危害工程及人员安全的突出问题之一，地下工程的围岩稳定性分析评价及变形是地下工程勘察需要解决的主要问题，也是地下工程研究的基本对象。近年来，地下工程勘察与围岩稳定性评价方法取得了显著进展，采用现场观测、多种现场原位岩土试验、室内岩土试验等方法，全面系统地揭示了不同围岩岩体的物理力学特性，构建了不同影响因素条件下的围岩稳定性评价数值模型，科学分析了围岩变形破坏模式。

关键词：地下工程；勘察；围岩稳定性；评价研究

引言

在地下工程施工过程当中，BIM建模技术具备模拟性、可视化等众多优势，被广泛应用于现场施工管理及工程深化设计等过程当中，地下地质工程施工过程中BIM建模技术的应用价值也变得越发凸显。该技术可以显著解决不同工程存在的施工现场狭窄、地质条件复杂以及工期紧张等众多问题，有着十分显著的应用优势。

1地下工程渗漏水原因及堵漏措施

1.1地下工程渗漏水原因

设计因素。在具体设计环节，施工设计工作人员对于地下水在长期运行过程中形成的规律未能做到合理分析，导致后续工程防水设计存在问题，标高确定也缺少准确性与合理性。施工过程中忽视底层滞水的危害，在应用的过程中没有对这方面的设计进行分析和处理，所以在各个方面也存在着不合理和不科学的设计。同时，在建筑项目中，所选择的方案和设计标准不适合当地环境，且不完善，并且细部结构设计过程中也存在一定的差异性，使得细部结构出现材料选择不当、施工方案不科学等隐患，造成严重的施工质量缺陷。

施工因素。侧壁与底板的连接措施及连接工艺选择不科学、不完善，导致混凝土施工过程中存在许多质量缺陷和隐患，进而导致接缝渗漏现象，并且结构本身也存在一些质量缺陷。变形缝是地下室漏水的主要来源，也是拌合混凝土最常见的渗透缺陷，产生变形缝的主要原因如下：首先，止水带施工选择上不合理，对止水带功能造成影响，没有起到任何作用；其次在材料质量上选择不合理，容易引起施工不密实，可能导致渗漏现象的产生。同时，施工过程中由于施工缝造成的地下室漏水现象更加严重，因此，在处理过程中，处理技术不科学，容易引发混凝土开裂现象，进而引起较大的渗流通道和渗流现象。

1.2堵漏施工技术措施

面渗处理。在施工过程中，施工人员必须优先选择使用火焰喷灯类的工具对渗水面位置进行持续烘烤。在此基础之上，施工人员选择SJ堵漏剂，将其与普通425水泥复合膏一起使用，直接在渗漏位置均匀涂抹。该面渗处理技术的具体机理为：借助复合速凝防水胶对渗漏位置进行处理，使得复合胶当中存在的一些无机材料能够成功渗入化学材料之中，实现快速凝结，将胶浆固化之后形成的力学性能做到极大程度改善，并且能够依托亲水性微妙的渗流通道。在化学材料已逐渐渗入压力通道位置之后，水泥材料会释放出一种约束力，通过聚合方式将黏合质量全面提升，更是将整体防水效果有效增强。

点渗处理。若出渗水情况严重的位置时，工作人员必须马上使用冲击钻进行处理，一定要在渗水点位置上打好眼，选择SJ堵漏胶完成直接方式的封堵，操作时间不可少于45min。

注浆堵漏。试注浆：确保已密封的龟裂位置的浸润砂浆防水层已达到规定强度之后，施工人员应开展下一步的压水试验，对具体密封情况进行全面检查，注意对注入的实际压力做好明确。注浆：掌握好注射实际顺序，必须是从水平端位置向另一端位置延续，垂直先从下往上缝，先选一个孔注射，等待注入液沿着导入通道前进，待无须继续注入液体时应考虑停止按压操作。在科学顺序下完成逐个测试，并注意对注浆材料进行合理选择，一般使用的是单组分聚氨酯化学注浆液。

2地下工程地质BIM建模技术实践应用路径

2.1地质BIM建模方法

地质地下工程设计勘探具备以下特征：主要以钻探、原位测试为主，在综合简易勘探、调绘以及物探等方法的基础之上，进行纵断面勘察。然后再借助横断面勘察的方式，能够有效核实地质工程施工现场的实际地质条件，并根据最终的勘测结果设计施工图。例如在实践应用时可以通过达索V6Experience平台，结合地质工程的实际特点，提出具有针对性的地质建模方法。该方法主要以地质界限为数据基础，结合平面线位中线与地形曲面，把地质工程分成纵断面段落以及横纵断面段落。首先，纵断面段落基本上只包括纵断面勘察，这是一种以地质界线为单位，以数据点为基准的勘察方法；而横纵断面段落则主要包括纵面以及横断面勘察。

2.2数据收集、存储

在搜集与地质勘察、站点控制数据、平面图以及柱状图相关的各项数据时，技术人员可以对其信息的类别及属性进行综合分类。由于地质工程涉及的数据十分繁杂，为了真正解决原始数据存在的存储及提取问题，在原本勘察软件的基础之上，对数据接口进行综合研究与开发，提升数据的最终使用效率。在数据管理平台，有关人员技术人员在数据平台上及时记录与管理土质参数、岩土名称以及与施工相关的各项地质成因，使后期的地质模型建立可以更加顺利。

2.3创建土质钻芯模型

对前期的地质勘察来说，生成的钻孔数量越多，呈现出的模型也就更加真实，桩长数据更接近实际情况。点状数据越多就能获取更为丰富的勘探资料，也能为后期的三维地质建模打下坚实基础。例如Microsoft软件就能够通过读取土质钻芯原始数据的方式生成更为精准的土质钻芯模型，也能更加详细地展示钻孔区域的实际信息。

2.4生成地质曲面

构建地质面模型是地质建模的核心部分，在构建相关模型时，技术人员可以引入空间差值算法。其中经验贝叶斯克里金插值法的应用频率最大，也是大部分技术人员最喜爱的一种计算方式。在使用该计算方式时，需要引入土质钻芯模型，结合空间矩阵，创建更加精准且科学的土层边界曲面模型。

2.5创建地质体模型

结合曲面拟合算法，能够更加快速地分割地质构造体量，由于部分地质工程本身就存在易塌孔土层，如果出现塌孔会导致返工现象出现，因此为了最大限度保证桩基成孔质量以及后续的施工安全，需要在结合现场施工的基础之上引入“反循环+超长扩大钢护筒”。除此之外，为了最大限度保证钢护筒埋设深度，也可以通过分解创建的地质体模型，对各土层的厚度及分布范围进行综合勘探。

3矿山地下巷道工程

黄河流域是我国重要的矿业开发地区之一，矿山地下工程施工中围岩变形破坏是矿山开采工作面临的重大难题之一。以某煤矿七采区新建３＃煤仓为研究对象，结合采区煤仓高地应力、泥岩围岩地质条件，运用ＦＬＡＣ３Ｄ，通过数值计算对比分析，对不同直径开挖过程中围岩应力赋存状态、塑性区厚度、仓壁表面位移等重要参数进行可视化分析，根据计算结果得出煤仓直径对周围岩石和巷道的影响规律。通过仓壁围岩变形特征和塑性区发育厚度等分析，最终确定煤仓的大小，为后续支护参数设计及施工提供理论依据。

针对某煤矿110301工作面运输顺槽和辅运顺槽巷道出现围岩变形破坏严重、威胁工作面安全高效开采的问题，在ＲＭＲ评价体系基础上，将锚杆（索）拉拔试验、围岩矿物成分分析纳入稳定性分析，确定巷道闲置时间太长、受水理作用影响明显、地质构造复杂为围岩变形破坏的主要原因。提出采用注浆加固、锚索补强支护、架棚或点柱＋梁支护、补齐锚网、喷浆等技术措施，加强不稳定区域支护强度，保证回采安全。

以某省金场金矿区典型巷道为研究对象，采用现场观测、理论分析、室内试验、数值模拟等方法，对适用于构造应力集中区域的巷道围岩稳定性评价方法进行了研究。通过分析矿区构造裂隙及地应力分布规律，明确了金场矿区构造应力集中的地质特征；通过巷道变形及支护破坏现场观测与评价，总结了矿山巷道现有支护体系形式；通过矿山构造工程效应分析确定了研究区巷道稳定性不利因素，提出了构造应力集中区域巷道“掘－评－支”各环节的处理措施。基于对ＢＱ、ＲＭＲ及ＩＲＭＲ等方法的应用及研究，通过多段拟合、方法融合、加权平均、假设验证、细化亚级等方法，建立并优化了Ｊ－ＩＲＭＲ巷道围岩稳定性评价方法；定义了Ｊ－ＩＲＭＲ法的连续性多段拟合函数及地应力修正系数，提高了该方法的量化分析程度；拓展了ＲＭＲ法的评分区间，将ＲＭＲ法的５级分类体系细化为５个一级、９个亚级，其中Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ级分别细化为Ⅰ－Ⅰ、Ⅰ－Ⅱ、Ⅳ－Ⅰ、Ⅳ－Ⅱ、Ⅴ－Ⅰ、Ⅴ－Ⅱ、Ⅴ－Ⅲ等亚级。通过ＢＱ法与Ｊ－ＩＲＭＲ法的应用对比、巷道稳定性ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟等方法，验证了Ｊ－ＩＲＭＲ法对金场矿区构造应力集中区域的适用性。综合评价矿区巷道围岩稳定性整体较差，多在Ⅲ级以下，且巷段岩体质量级别随岩性变化明显，对巷道差异支护提出了较高的要求；通过ＦＬＡＣ３Ｄ对巷道支护效果进行数值模拟，说明了巷道锚杆支护参数随岩体质量级别进行差异设置的合理性。

针对近距离煤层斜穿遗留煤柱巷道围岩大变形难题，基于登茂通矿地质条件，构建ＵＤＥＣ－Ｔｒｉｇｏｎ数值模型，分析了距２＃煤层区段煤柱中心０、10、20、30ｍ处巷道围岩变形破坏特征及裂隙演化规律。结果发现：掘进期间，距煤柱中心０ｍ处，两帮变形破坏严重，两帮移近量达60ｍｍ，呈对称分布；距煤柱中心10ｍ处，两帮变形呈不对称分布；回采期间，巷道变形破坏程度显著加剧，距煤柱中心１０ｍ处，顶板结构易失稳破坏，变形具有不对称性；距煤柱中心２０ｍ处，巷道顶底板变形严重；距煤柱中心３０ｍ处变形破坏相对较小。研究表明：距２＃煤层区段煤柱中心不同位置处巷道结构变形破坏呈显著差异性，围岩变形与裂隙发育正相关，小变形时以剪切裂隙发育为主，围岩失稳破坏伴随张拉裂隙快速增加。

巷道围岩分级是正确进行巷道设计与施工的基础。在开展巷道稳定性评价时，采用改进ＲＭＲ法及三维可视技术对某矿区巷道围岩进行分级评价。一个合理的、符合地下工程实际情况的围岩分级，对于优化地下结构设计、降低工程造价、多快好省地修建巷道有十分重要的意义。利用ＦＬＡＣ３Ｄ软件对某隧道开挖后塑性区范围、位移及应力随开挖过程变化情况进行了数值模拟。该方法还可考虑锚杆、挡土墙等支护结构与围岩的相互作用。根据巷道围岩结构特征，通过ＦＬＡＣ３Ｄ数值分析可深入研究围岩层状结构、混合结构、碎裂结构和散体结构，开展支护前后稳定性分析。

利用ＵＤＥＣ对某矿区巷道不同结构破坏模式进行数值模拟分析。此模拟软件主要用于模拟非连续介质（如岩体中的节理裂隙等）承受静载或动载时的响应。利用ＵＤＥＣ可实现对巷道不同结构（层状结构、混合结构、碎裂结构、散体结构）破坏模式、失稳塌落破坏过程的数值模拟分析，较为理想地再现不同结构围岩的破坏情况。综上，在超深矿山地下工程方面，学者们采用多种软件分析建模，通过巷道变形及支护破坏现场观测与评价，总结了矿山巷道现有支护体系形式，给出了基于ＵＤＥＣ、ＦＬＡＣ３Ｄ等软件的定量计算评价模型。

结语

在城市化进程脚步不断加快前提下，各类建设项目大力开展，大范围地下工程施工，对于部分地质条件较为复杂的工程，也需结合实际情况创建BIM地质模拟。当地面出现大量空洞时，可采用横梁或水平混凝土墙体作为水平支撑，从而解决其受力问题。可采取适当变形缝、后浇带、热应力分析、预应力钢筋、补偿收缩混凝土、隔跳段施工、保温等综合措施，处理高温下超长构件温度应力。

参考文献：

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[2]郑炜明.BIM技术在复杂地质基坑工程的应用研究——前海交易广场项目[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（5）：111-116.

[3]邹磊.地下工程防水抗渗质量通病及防治技术[J].居舍，2021（04）：81-82.