3DGIS技術輔助城軌道交通基坑工程施工方案

1、3DGIS技術輔助城市軌道交通基坑工程施工方案摘要傳統(tǒng)基坑工程施工方案論證是在二維平面圖紙上進行的,論證會之前專家 們需要做大量的前期工作,大型的工程施工方案論證會耗時較多, 效率低下,建 成后工程資料存檔和查閱困難.為了解決這些難題,提出使用3DGIS三維地理信息系統(tǒng)技術來輔助基坑工程施工方案論證的系列方法,包括構建工程周邊三 維空間地理信息數據采集與建庫技術方法、優(yōu)化空間插值算法來構建三維地質環(huán) 境技術方法、基坑變形監(jiān)測與三維變形模擬技術方法等,用來輔助基坑工程施工 方案論證與決策.并結合天津市地鐵 6號線紅旗南路站基坑工程施工方案進行 試驗,成效突出.關鍵詞 城市軌道交通； 三維地理信息

2、系統(tǒng)； 深基坑；方案論證隨著我國國民經濟的高速開展,城市空間日趨緊張,三維城市空間已開始作 為一種重要的自然資源加以開發(fā).城市軌道交通已經成為城市根底設施建設的重 點,受城市環(huán)境構造及車站使用要求的影響, 車站根底埋深不斷增加,因此產生 了大量的車站深基坑工程.在深基坑施工方案專家論證過程中,為了方便準確確定基坑結構施工、開挖、 降水、監(jiān)測支護等設計方案的合理性,對工程質量和工程平安提出了更高的要求. 本文借助3DGIS三維地理信息系統(tǒng)技術來提升基坑工程施工方案論證的科學 水平和論證效率.1關鍵技術方法1.1 周邊現(xiàn)狀土地上建筑采集與建模技術方法用激光掃描儀對地上周邊建筑進行外立面高精度掃描,

3、獲取整個建筑的三維 點云數據;通過點云融合技術,集成車載、機載激光點云數據1;使用高精細度的 三維模型構建技術精度到達厘米級,建立竣工建筑方案的高精度三維數字檔案 模型數據庫,如圖1所示.1.2 地下管線自動構建技術方法地下管線的分布,一直以來是城市建設開發(fā)地下空間資源之前必須要調查清 楚的一項重要工作,由于工程施工帶來地下管線損壞,甚至發(fā)生事故的案例已數 不勝數.因此,構建清楚明了的地下三維管線數據庫也是非常必要的.本文運用3DGIS軟件技術,對已有二維管線數據進行數據格式和完整性自檢,并根據二維數據的管點、管徑、埋深、管線類別等參數,構建管道、管徑、設備等的三維模 型.同時提供三維管線的編

4、輯和分析等功能,包括管線和設備井的新增、刪減、 查詢、凈距分析、埋深分析、碰撞分析等,從而實現(xiàn)施工前對管線切改良行模擬 和方案合理性分析.圖2為地下管網自動構建和切改成果圖.,山 ! *圖1基坑周邊三維模型制作方法圖2地下管網自動構建及管線切改成果圖1.3基坑部件構建技術方法根據基坑的設計參數和平、立、剖圖紙,運用 BIM建筑信息模型模塊構建 基坑的各個零部件模型,設計部件構建順序,動態(tài)模擬基坑施工順序,包括地連 墻施工順序、開挖步驟、降水步驟、監(jiān)測布點、主體結構施工等.1.4三維地質構建技術方法城市地下水是深基坑工程施工的主要風險源,因此,施工前必須探索清楚基坑周邊地下水的分布情況.地質規(guī)律

5、造成土層參數在空間上具有相關性,因此, 為了提升對地層參數估值的精度,克里金插值算法被廣泛用于鉆井間插值計算.本文結合加權回歸多項式法和線性規(guī)劃法的優(yōu)點4,用目標規(guī)劃法進行球狀模型、 指數模型、高斯模型等模型參數估計,為三維地質土層準確模擬提供重要的方法. 通過分析透水土層分布情況,得出地下水的分布情況,進而分析施工方案對地下 水風險躲避舉措的有效性,如圖 3所示.圖3地下土層自動建模與地下水分布分析效果2輔助基坑施工方案論證本文以天津地鐵6號線紅旗南路站工程施工方案為試驗對象,構建周邊環(huán) 境的三維地理信息系統(tǒng),分析風險源,生成風險躲避舉措,全方位輔助專家論證 基坑工程施工方案的合理性.基于

6、VRStar2.0的3DGIS平臺開發(fā)的系統(tǒng),使專 家能夠對基坑施工方案進行全方位無死角論證,方便準確確定基坑結構施工、開 挖、降水、監(jiān)測支護等設計方案的合理性,解決了大型工程方案論證會耗時較多、 效率低下等問題,解決了建成后工程資料存檔和查閱困難等問題.2.1 立體查看基坑工程地上周邊環(huán)境運用激光雷達技術獲取的激光點云數據,構建工程周邊地上建筑的高精細三 維模型,模型具備很高的數據精度.如圖 4所示,可以運用3DGIS軟件技術, 治理和調度海量空間數據,快速查詢周邊建筑、用地、地貌等地理信息,輔助基 坑工程施工方案論證時專家決策.a周邊建筑屬性信息b周邊建筑空間關系圖4運用3DGIS軟件技術

7、立體查看工程周邊概況2.2 基坑周邊地下管線立體切改大局部工程都占用城市道路下的空間,而城市道路下往往分布有大量的地下管線,有些管線屬于易燃易爆類別,因此在施工前必須進行管線的探查,排除施工隱患.傳統(tǒng)管線切改都是落在二維平面上進行3,而實際情況是,管線多半是 立體交錯,錯綜復雜,這就需要借用 3DGIS技術手段.通過管線信息查詢、管 線凈距離分析、覆土分析、斷面分析等研究得出的切改方案更全面,更具有可行 性,能夠減少施工風險2.3 風險源及躲避舉措展示對深基坑開挖進行分析首先要分析其風險來源20不同地域有著不同的地質特征,有著復雜的周邊環(huán)境.本案例與已運營的天津地鐵3號線車站T型接駁換乘,施工

8、的時候會對3號線的正常運營帶來風險.此處地質條件非常復雜,地 連墻深度不夠會帶來漏水的風險.3號線車站施工時遺留下來的降水井,假設沒有 進行有效封堵處理會帶來漏水的風險.通過 3DGIS手段展示基坑風險源,地下 空間關系更為一目了然,躲避舉措更為形象易懂,有助于專家快速準確把握風險 級別和評定風險把控舉措.2.4 點位監(jiān)測與分析在基坑工程施工過程中,需要對周邊環(huán)境沉降及基坑自身的變形進行實時監(jiān)測,預防意外的發(fā)生.3DGIS軟件可直接將這些變化顯示在三維模型上, 并提供 剖切分析審查變形的程度,或者直接分析查詢點位的變化曲線"當點位偏移量 超過預設的容限值后,直接在三維模型中高亮顯示超限的點位, 輔助分析風險及 應對舉措,如圖5所示.2.5 重點施工環(huán)節(jié)質量平安管控信息治理根據?天津市城市軌道交通工程重點建設環(huán)節(jié)質量平安治理實施細那么?,建設基坑工程信息治理模塊,通過數據庫存儲工程資料,方便資料的檢索查詢和管 理維護.a監(jiān)測點位布置方案俯視b監(jiān)測點位布置方案透視c 地下連續(xù)墻水平位移曲線圖圖5點位位移監(jiān)測與分析3結語本文運用3DGIS技術,構建城市三維地理信息根底