三維模型在工程滑坡處治方案中的應(yīng)用

齊 飛 王海珠 李金陽(yáng)

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

隨著我國(guó)山區(qū)公路工程的建設(shè)，常常出現(xiàn)大型或超大型滑坡事故。常見(jiàn)的高邊坡作為地質(zhì)體的一部分，其穩(wěn)定性取決于自然邊坡的穩(wěn)定狀況、地質(zhì)條件、人為改造的程度。由于不同的地層、巖性、風(fēng)化程度的巖土體構(gòu)成的自然山坡，受地質(zhì)構(gòu)造影響程度不同，水文地質(zhì)條件不同，在自然營(yíng)力作用下形成了各種形態(tài)的斜坡，由于漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史作用的結(jié)果，其具有一種動(dòng)態(tài)的、變化的特征。

人工邊坡改變了自然坡體的應(yīng)力狀態(tài)和地下水的滲流條件，使其失去原有的穩(wěn)定狀態(tài)?；率瞧麦w巖土在自然或人為因素作用下沿坡體內(nèi)的一定的軟化帶整體向下以水平滑移為主的變形，在某些地層結(jié)構(gòu)下，邊坡坡率并不是主導(dǎo)滑坡的主要因素，反使滑坡范圍擴(kuò)大。

由于其工作的復(fù)雜性，要求設(shè)計(jì)人員與勘察人員具備豐富的專業(yè)知識(shí)和技能。在進(jìn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，重視勘察工作，還需要設(shè)計(jì)人員與勘察人員及時(shí)溝通進(jìn)行交流，協(xié)調(diào)工作。事先對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行考慮，在對(duì)施工成本進(jìn)行控制的同時(shí)，充分考慮其他的影響因素，避免問(wèn)題的產(chǎn)生。將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到勘察設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)人員重新分析原設(shè)計(jì)方案思路，查明發(fā)生災(zāi)害的根本原因，從而制定新的處治方案，必須有三個(gè)以上必選方案才能組織相關(guān)專業(yè)人員研討，綜合分析確定具體處理內(nèi)容。

目前在進(jìn)行方案匯報(bào)時(shí)，主要是以圖紙和文字的形式進(jìn)行說(shuō)明，由于高邊坡災(zāi)害的突發(fā)性，要求方案匯報(bào)人員在很短的時(shí)間使每個(gè)參與人員明白方案具體表達(dá)的內(nèi)容，這時(shí)傳統(tǒng)的圖紙與文字顯得蒼白，而從設(shè)計(jì)階段入手，結(jié)合三維模型技術(shù)手段，針對(duì)地質(zhì)的復(fù)雜性節(jié)點(diǎn)和難點(diǎn)施工進(jìn)行解讀，提高設(shè)計(jì)方案比選的流程，提高各專業(yè)人員交流的效率，為解決突發(fā)災(zāi)害的時(shí)間問(wèn)題提供手段。

1 工程概況

掛弓山立交工程起點(diǎn)接觀斗山隧道，經(jīng)高架橋依次上跨白塔路、新樓路、化工路、長(zhǎng)江北路，止點(diǎn)由路基高邊坡開挖順接鹽坪壩隧道，為臨港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)城市快速路。其中路基部分樁號(hào)K2+961-K3+470，長(zhǎng)度約509m。于2019年12月2日發(fā)生滑坡，本次滑坡地段為主線K3+430- K3+480左側(cè)第四級(jí)至第九級(jí)邊坡。

圖1 邊坡滑坡現(xiàn)場(chǎng)

2 處治方案的一般方法

公路滑坡的預(yù)防和治理一直是邊坡

防護(hù)的難題，對(duì)大型復(fù)雜滑坡進(jìn)行詳細(xì)分析，查明地層相互之間的空間關(guān)系，評(píng)價(jià)各自的穩(wěn)定性，分析相互間的影響，對(duì)確定整治方案有著非常重要的意義。

對(duì)于大型、 超大型滑坡處治工程實(shí)施后的評(píng)價(jià)體系是基于滑坡所在工點(diǎn)的工程地質(zhì)情況、滑坡病害特征及發(fā)展?fàn)顩r，采用定性分析與定量計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查與專家會(huì)審等方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，圖紙中所包含的所有專業(yè)意見(jiàn)和反饋意見(jiàn)的傳遞途徑一般都是以文字資料的形式進(jìn)行的，不難發(fā)現(xiàn)，信息傳遞過(guò)程中始終是單項(xiàng)的且非連續(xù)性的，信息在傳遞過(guò)程中的不及時(shí)性導(dǎo)致了設(shè)計(jì)時(shí)間的延長(zhǎng)，或者出現(xiàn)反饋滯后引起設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

3 處治方案應(yīng)用技術(shù)路線

根據(jù)發(fā)生災(zāi)害的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)工程的特點(diǎn)，建立三維模型，利用其強(qiáng)大的可視化功能進(jìn)行表達(dá)。三維模型的可視化是創(chuàng)造動(dòng)畫和圖片進(jìn)行信息的溝通和交流，在表達(dá)溝通抽象的和具體想法時(shí)，可視化的表達(dá)方式是一種有效手段，但是二維施工圖并不具備可視化，因?yàn)槭┕D是一系列抽象符號(hào)的集合，屬于業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的“專用語(yǔ)言”，所以施工圖屬于“表達(dá)”范疇，也就是說(shuō)，把一件事情的內(nèi)容講清楚，但不一定把一件事情講的容易溝通。現(xiàn)利用三維模型進(jìn)行方案匯報(bào)，可以彌補(bǔ)二維施工圖表達(dá)上的缺陷。技術(shù)路線圖如下：

圖2 邊坡分析流程圖

3.1 三維建模

收集發(fā)生滑坡的掛弓山高邊坡二維設(shè)計(jì)資料，將路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入 ORD軟件中生成主線和匝道的設(shè)計(jì)線，制作路基路面橫斷面模板，沿路線放樣形成整個(gè)道路模型，在橫斷面模板中制作不同坡率的模板，這也是此次高邊坡處置的難點(diǎn)，根據(jù)破碎的極軟巖類土質(zhì)邊坡的特性，及高邊坡在不同坡率、不同工況條件下穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，利用不同坡率之間的漸變，減少開挖，降低施工難度。

采用高精度衛(wèi)星照片，進(jìn)行貼圖附著在地形模型上，利用CSD軟件中生成橋梁等結(jié)構(gòu)模型，將邊坡防護(hù)、標(biāo)志、標(biāo)線等交安設(shè)施以共享單元的形式放置在模型上，成為完整三維高邊坡模型。

3.2 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)

通過(guò)對(duì)地形和地質(zhì)分析可知，邊坡其它暫時(shí)未發(fā)生垮塌部位也發(fā)現(xiàn)了大量的軟弱結(jié)構(gòu)面及不利的結(jié)構(gòu)面的組合。為完成最大挖深為 76米的路塹施工，擬定了3個(gè)處治方案，在盡可能抑制風(fēng)化營(yíng)力對(duì)邊坡力學(xué)性質(zhì)劣化作用的防護(hù)工程作用下，確保路塹邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

圖3 邊坡滑坡現(xiàn)場(chǎng)

擇優(yōu)選定以下方案，K3+000～K3+100段邊坡采用坡率1:1.0分級(jí)放坡，K3+160～K3+280段邊坡采用坡率1:1.75, K3+300～K3+470段邊坡采用坡率1:2.0。邊坡每8m一級(jí)，其中K3+000～K3+280段第三級(jí)平臺(tái)寬8.0m，其余平臺(tái)寬2.0m；K3+280～K3+470段第3、6級(jí)邊坡設(shè)8m寬的平臺(tái)，其余平臺(tái)寬2.0m，將高邊坡分解為3段，提高整體穩(wěn)定性，并在高邊坡第2、3、5、6、8級(jí)平臺(tái)設(shè)截水溝。同時(shí)考慮到邊坡坡腳應(yīng)力集中現(xiàn)象，在坡腳設(shè)仰斜式擋墻，墻高3.0m，基礎(chǔ)埋深1.5m。其中最復(fù)雜、最難溝通的就是坡比由1:1.0漸變?yōu)?:1.75再漸變?yōu)?:2.0，加上邊坡的防護(hù)措施也隨之變化，通過(guò)三維模型可以很清楚的讓坡率漸變這個(gè)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的溝通變得容易。

3.3 應(yīng)用評(píng)價(jià)

隨著近幾年形式各異、造型復(fù)雜的建筑不斷推出，三維模型提供了可視化的思路，將以往抽象的圖紙，變成三維的立體實(shí)物圖形展示在人們的面前。如何規(guī)避傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，需協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)階段和施工階段信息資源的一致性，三維模型的信息集成特性可以化解這一矛盾，對(duì)于設(shè)計(jì)的特殊需求能夠更深入的表現(xiàn)細(xì)節(jié)，另外，能夠利用三維模型進(jìn)行施工方案模擬，對(duì)工藝、現(xiàn)場(chǎng)、進(jìn)度、施工難點(diǎn)進(jìn)行預(yù)判與預(yù)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的控制，提高項(xiàng)目的綜合效益。

4 實(shí)例分析

對(duì)掛弓山高邊坡方案匯報(bào)中應(yīng)用三維模型，可以完成以下兩點(diǎn)應(yīng)用：

4.1 方案優(yōu)化

三維模型展示的設(shè)計(jì)效果十分方便評(píng)審人員、業(yè)主對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估，甚至可以就當(dāng)前設(shè)計(jì)方案評(píng)判施工可行性以及如何削減成本、縮短工期等問(wèn)題。由于是用可視化方式進(jìn)行，可獲得來(lái)自用戶和業(yè)主的積極反饋，使決策的時(shí)間大大減少，促成共識(shí)。

4.2 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

受山區(qū)地形、地質(zhì)因素的限制，各種異型設(shè)計(jì)隨處可見(jiàn)，如高邊坡斜率的漸變，如下圖 5，這些節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容看似占整個(gè)工程的比例不大，但是占投資和工作量的比例卻往往很大，而且通常是施工難度較大和施工問(wèn)題較多的地方，對(duì)這些內(nèi)容的設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，可以顯著地節(jié)約工期和降低造價(jià)。

圖5 邊坡斜率漸變段

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)掛弓山災(zāi)害處治方案中的斜坡漸變過(guò)渡進(jìn)行建模應(yīng)用，可以得到以下結(jié)論：

（1）斜率漸變過(guò)渡是本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)以及施工難點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)建立三維模型，可以避免在邊坡施工中無(wú)法協(xié)調(diào)的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在不同坡率之間的銜接，邊坡表面防護(hù)工程的施工。

（2）提高各個(gè)專業(yè)之間的溝通效率，減少?gòu)?fù)審工作。三維模型可以提高設(shè)計(jì)施工單位的效率，由于其可視化的特點(diǎn)，可以使其他相關(guān)專業(yè)的人員快速審查處治方案，及時(shí)溝通反饋。

（3）提高項(xiàng)目的綜合效益。模擬施工，前置所有的問(wèn)題并得到解決，給交通領(lǐng)域增添了新的活力，獲得更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工速度，更流暢的溝通體驗(yàn)，更低的建造成本，獲取更高的投資回報(bào)率。