CN109034621A - 防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，涉及岩土工程设计与施工领域，包括以下步骤：步骤1：通过声波发生器进行场地勘察，统计声波发生器所经路线遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率；步骤2：根据场地地质剖面，计算基岩面形状的分形维数，进行多项式曲线拟合，再按假定的间距进行线性插值计算,计算实际基岩面埋深与按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深之间的总差值；步骤3：分别计算由珊瑚礁灰岩分布、基岩面埋深变化、基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值M1、M2、M3，根据总工作量变化幅度b，评价地质条件对施工工期、造价影响的风险等级。本申请能够在施工前免钻孔。

Description

防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法

技术领域

本发明涉及岩土工程设计与施工领域，具体涉及一种防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法。

背景技术

止水帷幕体，指的是利用各种技术和施工手段在坑边和坑底土体中构筑隔渗体，阻止地下水渗入坑内的土工构筑物。根据不同的工程地质条件，会构筑不同的止水帷幕。止水帷幕体的施工工期长短严重依赖于工程地质条件，而对于一些复杂的工程地质，按照现有技术无法准确给出预计工期。

例如，临海地区主要受地质构造和地质运动所控制，其基岩面上覆土层厚度变化大，珊瑚碎屑和珊瑚礁灰岩分布极不均匀，基岩面埋深起伏大，基岩面上覆强风化层的厚度分布也极不均匀，珊瑚礁灰岩分布和基岩面起伏变化会直接引起施工工作量的变化和施工难度的增加，从而导致施工工期、造价难以控制，这使得施工方无法准确计算施工成本，给施工带来麻烦。

为了解决这种麻烦，人们在止水帷幕施工之前会对止水帷幕体施工工期和造价进行风险评价，如专利文件CN104991987B公开了一种防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，首先，通过场地勘察，根据场地勘察报告，统计钻孔施工过程中遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率；然后，根据场地地质剖面，计算基岩面形状的分形维数，进行多项式曲线拟合，再按假定的间距进行线性插值计算,计算实际基岩面埋深与按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深之间的总差值；最后，分别计算由珊瑚礁灰岩分布、基岩面埋深变化、基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值，根据总工作量变化幅度，评价地质条件对施工工期、造价影响的风险等级。

虽然，该方法能够在一定程度上起到风险评价的作用，但是因为其需要在钻孔施工过程之中才能对珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率进行统计，而在钻孔施工之前同样无法确定钻孔的具体位置，需要反复多次地尝试，才能准确地进行钻孔施工，并通过钻孔施工过程中接触到的珊瑚礁灰岩来统计珊瑚礁灰岩出现概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率。然而，钻孔施工操作的本身已经是一个预估的过程，如果钻孔施工的位置不正确，那么就需要重新钻孔，如此反复，会额外增加操作成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免提前钻孔的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法。

为达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，包括以下步骤：

步骤1：通过声波发生器进行场地勘察，统计声波发生器所经路线遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率；

步骤2：根据场地地质剖面，计算基岩面形状的分形维数，进行多项式曲线拟合，再按假定的间距进行线性插值计算,计算实际基岩面埋深与按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深之间的总差值；

步骤3：分别计算由珊瑚礁灰岩分布、基岩面埋深变化、基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值M1、M2、M3，根据总工作量变化幅度b，评价地质条件对施工工期、造价影响的风险等级。

本方法的优点及效果在于：

珊瑚礁灰岩和珊瑚碎屑以及其他的岩石，因为物质结构具有很大的差别，其声波传播速度是不一样的，通过声波发生器产生的声波，利用其在不同物质之间的传播速度不同，使声波发生器发射的声波反馈回来的时间产生差异，进而能够通过声波发生器检测出珊瑚礁石灰岩。

相比于现有技术，通过提前钻孔来统计获取珊瑚礁灰岩出现概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率，本方法直接通过声波发生器发射声波来检测珊瑚礁灰岩出现概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率，不需要提前钻孔。如果声波发生器经过的路线不对，直接换一条路线继续检测即可，不需要在风险评价之前额外付出施工成本。

本方法相比于现有技术，利用声波发生器，在快速检测出珊瑚礁灰岩以及珊瑚礁灰岩厚度的基础上，增加了节约成本的效果。

进一步，所述步骤3中，由珊瑚礁灰岩分布因素引起的工作量变化值的计算如下：

M1＝K1M11+K2M12+K3M13+K4M14-M0；

式中：M11～M14为各难度等级下的工作量；K11～K44为珊瑚礁灰岩在各种厚度条件下出现的概率值；K1～K4为施工难度系数；M0为原工作总量；Li表示声波发生器检测到珊瑚礁石灰岩到声波发生器的距离。

珊瑚礁石灰岩埋藏的深度不同，其施工难度也会不同。通过声波发生器的声波检测，替代钻孔，能够准确检测出珊瑚礁石灰岩到声波发生器的距离，而声波发生器到地表的距离能够直接测量得到，因此能够快速得到珊瑚礁石灰岩到地表的距离，能够为后面施工提供准确的数据，更重要的是利用这些数据能够选择最适合进行防渗止水帷幕体的施工路线，避免了在具体路线确定之前额外的施工成本。

进一步，当珊瑚礁灰岩厚度为0m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.0，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度小于1.5m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.1，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度大于1.5m小于4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.3，需用孔径1.2米的冲孔钻机破碎处理；以及当珊瑚礁灰岩厚度大于4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.45，需用孔径1.2米的冲孔钻机破碎处理。

如果在选定路线后，在防渗止水帷幕体施工的时候，仍然需要用冲孔钻机进行钻孔，但是本方法相比于现有技术，只有在选定路线后才会进行钻孔，不需要在没有确定之前额外进行钻孔，有效减少钻孔的次数，提高钻孔的准确度，减少施工前的准备成本。

进一步，所述步骤3中，由基岩面埋深变化因素引起的工作量变化值的计算如下：

k＝1+Σ(Li-LLi)/ΣLi

式中：Li为实际基岩面埋深；LLi为按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深；k为修正系数；D为基岩面形状的分形维数。

本方法能够按照现有技术一样通过钻孔来确定基岩面形状，进而能够计算出基岩面形状。

进一步，在步骤1中，声波发生器设置在具有轮胎和扶手的手推车上，所述手推车上设有加速度传感器和定位传感器，通过推动手推车用加速度传感器和定位传感器记录基岩面形状的曲线点数据。

加速度传感器能够记录手推车移动过程中的位置移动，通过定位传感器能够定位手推车在移动过程中的位置，进而通过加速度传感器和定位传感器获取手推车沿着基岩面形状移动过程中的多个曲线点数据的坐标位置，将这些曲线点数据的坐标位置连起来，则能够描绘记录下基岩面形状。相比于现有技术中，通过公式计算出的基岩面形状，能够在检测珊瑚礁石灰岩的同时同步进行，能够有效节约检测时间。而且，虽然在风险评价前不会实际钻孔，但是在用声波发生器进行检测的时候，能够事先在基岩面上画出后面需要打的钻孔，同样能够通过现有技术进一步计算出基岩面形状，使两个检测结果能够相互印证，使为风险评价提供更加准确的数据。

进一步，在步骤1中，通过手推车上设置的粉盒，通过粉盒在基岩面上画钻孔。

在声波发生器检测珊瑚礁石灰岩的同时，通过粉盒进行画孔，为后面选定路线打孔进行定位，所有操作都随着手推车的推进而同步进行，不仅能够节约了检测时间，还增加了节约检测成本的效果。

进一步，根据画的钻孔和检测到的珊瑚礁石灰岩到基岩面的距离，计算相邻钻孔孔底间距的平均值、首个钻孔和末尾钻孔的间距，进而计算出基岩面形状的分形维数D：

D＝lgN/lg(1/r)

式中：D为分形维数，表示基岩面的复杂程度；N为相邻钻孔段数；r为间距均值与首尾间距之比。

通过虚拟画出的钻孔，能够画出真实钻孔的孔径，通过声波发生器的检测能够检测出珊瑚礁石灰岩到基岩面的距离，进而能够获取钻孔在真正打孔时的深度，通过这些数据，能够计算出基岩面的形状，进而能够为后面的风险评价提供更加准确的数据。

进一步，所述步骤3中，由基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值的计算如下：

式中：ZK1、·ZK2为相邻钻孔孔深；f为基岩面起伏系数；M0为原工作总量；fi为相邻探孔标段的基岩面起伏系数；Li为相邻探孔标段的探孔总长度。

进一步，所述步骤3中，总工作量变化幅度的计算如下：

式中：b为工作量变化总幅度；b1、b2、b3分别为分项变化幅度比例。

根据预计的钻孔和基岩面形状，预估出工作变量，方便在真正施工之前，对工期和造价进行预估和评价，尽量减少真正施工时的风险。

附图说明

图1为本发明实施例中手推车的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：扶手1、底板2、掌上电脑3、声波发生器4、车轮5。

实施例基本如附图1所示：本实施例中，用来进行珊瑚礁石灰岩检测和虚拟画钻孔的手推车，包括底板2、安装在底板2下方的车轮5，安装在底板2上的扶手1，以及安装在扶手1上用来供检测者查看的掌上电脑3，在底板2的中间镶嵌有与掌上电脑3电连接的声波发生器4，同时在底板2的底面上安装有与掌上电脑3电连接的加速度传感器和定位传感器。底板2中开有粉盒，粉盒的底面上安装有供掌上电脑3控制开关的电磁阀。通过掌上电脑3控制电磁阀在经过路线上打开，使粉盒中漏出的粉画钻孔。

采用以上手推车检测的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，包括步骤：

步骤1:通过声波发生器进行场地勘察，统计声波发生器所经路线遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率；也可以利用现有技术，场地勘察，根据场地勘察报告，统计钻孔施工过程中遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率。

场地勘察，根据拟建工程场地的勘察报告，按钻孔施工过程中遇到珊瑚礁灰岩的概率进行统计。珊瑚礁灰岩出现的概率＝遇到珊瑚礁灰岩的钻孔数/钻孔总数。在遇到珊瑚礁灰岩的钻孔中，分别统计珊瑚礁灰岩厚度为0～1.5m、1.5～4.0m、>4.0m的概率。珊瑚礁厚度为0m、0～1.5m、1.5～4.0m、>4.0m的概率之和等于1。这里的场地勘察，统计的结果，都是通过声波发生器和画出来的钻孔进行的虚拟统计，并不需要实际钻孔。

对于不同厚度的珊瑚礁灰岩，采用的处理方法不同。珊瑚礁灰岩厚度越大，钻孔施工难度越大。采用施工难度系数K表示珊瑚礁灰岩厚度对施工难度的影响。请参见表1，表1所示为珊瑚礁灰岩厚度对施工难度的影响。

表1珊瑚礁灰岩厚度对施工难度的影响

步骤2、基岩面形状分析:根据场地地质剖面，计算基岩面形状的分形维数，进行多项式曲线拟合，再按假定的间距进行线性插值计算,计算实际基岩面埋深与按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深之间的总差值即其变更长度。

2.1基岩面形状的分级维数研究

根据场地地质剖面中的钻孔数据，计算相邻钻孔孔底间距的平均值、首个钻孔和末尾钻孔的间距，进而计算出基岩面形状的分形维数D：

D＝lgN/lg(1/r)

式中：D为分形维数，表示基岩面的复杂程度；N为相邻钻孔段数；r为间距均值与首尾间距之比。

2.2基岩面形状的曲线拟合

基岩面形状的近似分形曲线是一条由N条等长的直线段接成的折线段。根据分级维数计算，进行多项式曲线拟合。

2.3变更长度计算

比较根据拟合曲线计算的基岩面埋深与实际钻孔的基岩面埋深，计算长度误差比例。为了更好地描述基岩面形状，采用相邻钻孔之间按假定间距进行线性插值计算基岩面埋深。计算实际基岩面埋深与按线性插值计算所得的基岩面埋深之间的差值，变更后的差值是考虑变更正值与变更负值之和，变更正值是增加钻孔长度，变更负值是减少钻孔长度。

变更正值概率＝前后钻孔变更正值之和/(前钻孔变更值绝对值+后钻孔变更值绝对值)；变更负值概率＝前后钻孔变更负值之和/(前钻孔变更值绝对值+后钻孔变更值绝对值)；变更正值概率+变更负值概率＝1。

为了判断变更值的大小范围，将差值计算之后的变更值累计值(正、负值相加)与实际声波发生器检测到珊瑚礁石灰岩到声波发生器的距离累计值进行比较分析，规定差值率范围。

根据工程实践经验，将差值率范围划分四个风险等级，请参见表2：

表2拟合曲线垂直风险等级

风险等级	差值率范围(％)	描述准则
			一	＜5	完全可接受
二	5～10	可接受
			三	10～20	不可接受
四	＞20	完全不可接受

步骤3、工期、造价分析：分别计算由珊瑚礁灰岩分布、基岩面埋深变化、基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值M1、M2、M3，根据总工作量变化幅度b，评价地质条件对施工工期、造价影响的风险等级。

3.1、由珊瑚礁灰岩分布因素引起的工作量变化值的计算如下：

M1＝K1M11+K2M12+K3M13+K4M14-M0；

式中，M11～M14为各难度等级下的工作量；K11～K44为珊瑚礁灰岩在各种厚度条件下出现的概率值；K1～K4为施工难度系数；MO为原工作总量；Li表示声波发生器检测到珊瑚礁石灰岩到声波发生器的距离。

请参见表1：当珊瑚礁灰岩厚度为0m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.0，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度＜1.5m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.1，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度为1.5m＜4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.3，需用孔径1.2米的冲孔钻机破碎处理；以及当珊瑚礁灰岩厚度＞4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.45，必须用孔径1.2米的冲孔钻机破碎且施工难度较大。

3.2、由基岩面埋深变化因素引起的工作量变化值的计算如下：

k＝1+ΣΔL/ΣLi＝1+Σ(Li-LLi)/ΣLi

式中：Li为实际基岩面埋深；LLi为按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深；k为修正系数；D为基岩面形状的分形维数。

3.3、由基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值的计算如下：

式中：ZK1、·ZK2为相邻钻孔孔深；f为基岩面起伏系数；M0为原工作总量；fi为相邻探孔标段的基岩面起伏系数；Li为相邻探孔标段的探孔总长度。

3.4、总工作量变化幅度的计算如下：

式中：b为工作量变化总幅度；b1、b2、b3分别为分项变化幅度比例。

根据工程施工经验，可按工程量变化幅度来评价地质条件对施工工期、造价的风

险等级，请参见表3：

表3地质条件对施工工期、造价影响的风险评价

由表3可见，当总工作量变化幅度b为0～0.2时，风险等级为风险小完全能够接受的风险等级一，只需要准确计量即可；当总工作量变化幅度b为0.2～0.4时，风险等级为风险较小且能够接受的风险等级二，需要严格计量；当总工作量变化幅度b为0.4～0.6时，风险等级为风险较大且有条件才能接受的风险等级三，需要补充勘察以及局部重新计量；当总工作量变化幅度b为>0.6时，风险等级为风险大不可接受的风险等级四，需要重新勘察、评价地质条件。

本实施例中，以拟建场地为例，按三部分组成计算二条地质剖面工作量变更总量，然后按表3评价工期、造价风险。

在步骤1中，声波发生器设置在具有轮胎和扶手的手推车上，所述手推车上设有加速度传感器和定位传感器，通过推动手推车用加速度传感器和定位传感器记录基岩面形状的曲线点数据。

加速度传感器能够记录手推车移动过程中的位置移动，通过定位传感器能够定位手推车在移动过程中的位置，进而通过加速度传感器和定位传感器获取手推车沿着基岩面形状移动过程中的多个曲线点数据的坐标位置，将这些曲线点数据的坐标位置连起来，则能够描绘记录下基岩面形状。相比于现有技术中，通过公式计算出的基岩面形状，能够在检测珊瑚礁石灰岩的同时同步进行，能够有效节约检测时间。而且，虽然在风险评价前不会实际钻孔，但是在用声波发生器进行检测的时候，能够事先在基岩面上画出后面需要打的钻孔，同样能够通过现有技术进一步计算出基岩面形状，使两个检测结果能够相互印证，使为风险评价提供更加准确的数据。

在步骤1中，通过手推车上设置的粉盒，通过粉盒在基岩面上画钻孔。

在声波发生器检测珊瑚礁石灰岩的同时，通过粉盒进行画孔，为后面选定路线打孔进行定位，所有操作都随着手推车的推进而同步进行，不仅能够节约了检测时间，还增加了节约检测成本的效果。

通过虚拟画出的钻孔，能够画出真实钻孔的孔径，通过声波发生器的检测能够检测出珊瑚礁石灰岩到基岩面的距离，进而能够获取钻孔在真正打孔时的深度，通过这些数据，能够利用以上对应的公式能够计算出基岩面的形状，进而能够为后面的风险评价提供更加准确的数据。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过声波发生器进行场地勘察，统计声波发生器所经路线遇到珊瑚礁灰岩的概率和珊瑚礁灰岩厚度分布概率；

步骤2：根据场地地质剖面，计算基岩面形状的分形维数，进行多项式曲线拟合，再按假定的间距进行线性插值计算,计算实际基岩面埋深与按拟合曲线进行插值计算所得的基岩面埋深之间的总差值；

步骤3：分别计算由珊瑚礁灰岩分布、基岩面埋深变化、基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值M1、M2、M3，根据总工作量变化幅度b，评价地质条件对施工工期、造价影响的风险等级。

2.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：所述步骤3中，由珊瑚礁灰岩分布因素引起的工作量变化值的计算如下：

M1＝K1M11+K2M12+K3M13+K4M14-M0；

式中：M11～M14为各难度等级下的工作量；K11～K44为珊瑚礁灰岩在各种厚度条件下出现的概率值；K1～K4为施工难度系数；M0为原工作总量；Li表示声波发生器检测到珊瑚礁石灰岩到声波发生器的距离。

3.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：当珊瑚礁灰岩厚度为0m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.0，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度小于1.5m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.1，不需要进行处理；当珊瑚礁灰岩厚度大于1.5m小于4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.3，需用孔径1.2米的冲孔钻机破碎处理；以及当珊瑚礁灰岩厚度大于4m时，对工期、造价影响的施工难度系数K为1.45，需用孔径1.2米的冲孔钻机破碎处理。

4.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：在步骤1中，声波发生器设置在具有轮胎和扶手的手推车上，所述手推车上设有加速度传感器和定位传感器，通过推动手推车用加速度传感器和定位传感器记录基岩面形状的曲线点数据。

5.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：在步骤1中，通过手推车上设置的粉盒，通过粉盒在基岩面上画孔。

6.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：根据画的钻孔和检测到的珊瑚礁石灰岩到基岩面的距离，计算相邻钻孔孔底间距的平均值、首个钻孔和末尾钻孔的间距，进而计算出基岩面形状的分形维数D：

D＝lgN/lg(1/r)

式中：D为分形维数，表示基岩面的复杂程度；N为相邻钻孔段数；r为间距均值与首尾间距之比。

7.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：所述步骤3中，由基岩面起伏程度因素引起的工作量变化值的计算如下：

式中：ZK1、·ZK2为相邻钻孔孔深；f为基岩面起伏系数；M0为原工作总量；fi为相邻探孔标段的基岩面起伏系数；Li为相邻探孔标段的探孔总长度。

8.根据权利要求1所述的防渗止水帷幕体施工工期和造价的风险评价方法，其特征在于：所述步骤3中，总工作量变化幅度的计算如下：

式中：b为工作量变化总幅度；b1、b2、b3分别为分项变化幅度比例。