CN111046471B - 一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，包括根据大坝布置方案，以及其对于防渗的要求，建立灌浆工程结构树；拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，确定最优的渗控工程平面线路；结合地质模型中的水文地质条件与坝体内灌浆廊道的空间布置，建立各层灌浆平洞空间轴线；基于灌浆平洞三维模板生成灌浆平洞模型；归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集，基于模板库，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型。本发明生成的模型可及时更新并直观反映被灌注地层的工程地质条件，可以有效减少地质条件的隐蔽性、复杂性对灌浆施工质量造成的影响，极大提升水利水电工程渗控设计合理性及效率。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法。
背景技术
大型水利水电工程中帷幕灌浆工程作为大坝蓄水发电的关键工程，其质量将直接关系到水库正常蓄水、发电以及后续水电站安全运行。而灌浆施工过程中，岩溶、断层、长大结构面发育等地质缺陷部位极可能存在漏浆、串浆等现象，影响施工质量和进度、造成大量原材料耗损；层面走向与帷幕走向大角度相交段可能出现未完全成幕的情况，从而成为后期帷幕运行过程中的重大安全隐患。对于地质条件复杂的水利水电工程，传统二维渗控设计中基于的二维平切图、剖面图、设计图纸等传统的二维方式表达，不仅成果不够直观，而且使用过程复杂，无法更加清晰、直观地显示地质体、灌浆孔的空间位置、相互关系及相应的灌浆数据。因此，需要构建帷幕灌浆三维可视化模型。而对于水利水电工程中灌浆工程开展三维设计工作面临的主要技术问题有：
1、水库枢纽工程多数需要布置灌浆平洞，而灌浆平洞的空间轴线与水文地质条件(吕荣值等)、枢纽建筑物总布置关系密切，如何确定平洞轴线可行性及工程量最优的帷幕线路方案，并在此基础上考虑坝体内灌浆廊道、引水隧洞、导流洞的空间位置，进而精准确定各层灌浆平洞空间轴线是渗控设计的难点问题；
2、灌浆孔亦需要根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，确定灌浆孔布置形式，并快速创建灌浆孔三维模型，并能根据实际情况需要进行调整，如何实现灌浆孔三维模板是难点问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种精确、快速的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法。
本发明一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，包括：
根据大坝布置方案，以及其对于防渗的要求，建立灌浆工程结构树；
拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并确定最优的渗控工程平面线路；
结合地质模型中的水文地质条件与坝体内灌浆廊道的空间布置，建立各层灌浆平洞空间轴线；
基于灌浆平洞三维模板生成灌浆平洞模型；
根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集，基于模板库，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型。
较为优选的，所述拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并确定最优的渗控工程平面线路包括：
根据地质模型中的水文地质条件和枢纽建筑物总布置关系，拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并形成帷幕空间曲面；
比较不同帷幕线路方案的防渗面积，通过分析防渗条件及工程量，综合确定最优的渗控工程平面线路。
较为优选的，所述基于灌浆平洞三维模板生成灌浆平洞模型包括：
根据目前洞室开挖施工水平及帷幕灌浆场地要求，统计不同灌浆平洞的布置形式，确定关键参数集；
由已建立的渗控工程空间轴线，基于灌浆平洞UDF模板生成不同部位的灌浆平洞，并根据灌浆工程布置的需要，利用直线段、转角段、灌浆机房段及通风竖井段的灌浆平洞模板，生成灌浆平洞模型。
较为优选的，所述关键参数集包括灌浆平洞净宽、净高、边墙厚、底板厚、顶角、排水沟深、排水沟底宽、排水沟顶宽。
较为优选的，根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定的所述关键参数集包括排数、排距、孔距、孔角度、孔深。
较为优选的，所述把模板库包括灌浆孔口轴线模板、灌浆孔底轴线模板和灌浆孔三维模板。
较为优选的，基于已有灌浆孔三维模板，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型包括
根据地质模型中的水文地质条件和枢纽建筑物总布置关系，拟定帷幕底线，根据已有灌浆平洞或廊道轴线，基于灌浆孔口轴线模板、灌浆孔底轴线模板建立相应的灌浆孔孔口轴线、灌浆孔底轴线；
基于灌浆孔孔口轴线、灌浆孔底轴线，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型。
较为优选的，基于灌浆孔孔口轴线采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型时，灌浆孔孔口轴线模板的输入元素为灌浆平洞轴线，输入参数为相对灌浆平洞轴线的偏移宽度、偏移高度。
较为优选的，基于灌浆孔底轴线采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型时，灌浆孔底轴线模板的输入元素为灌浆孔口轴线，输入参数为灌浆孔孔深、下倾角度。
较为优选的，生成灌浆平洞模型后，对渗控工程中灌浆平洞、帷幕、排水孔与枢纽建筑物的关系进行碰撞和干涉检查。
本发明的有益效果为：
1、直观表达水库枢纽工程中，水文地质条件(吕荣值等)、枢纽建筑物总布置与灌浆平洞的空间轴线及灌浆孔位置关系，快速准确确定平洞轴线可行性及工程量最优的帷幕线路方案，并在此基础上考虑坝体内灌浆廊道、引水隧洞、导流洞的空间位置，进而精准确定各层灌浆平洞空间轴线；
2、基于灌浆孔三维模板快速创建灌浆孔三维模型，并能根据实际情况需要进行参数化调整，实现灌浆孔三维正向设计。
附图说明
图1为本发明帷幕灌浆三维可视化模型构建方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法的流程包括：
建立灌浆工程结构树：根据大坝布置方案，以及其对于防渗的要求，分别研究其渗控灌浆工程布置方案并在3DE中搭建相应结构树，具体可分为：左右岸灌浆平洞、坝基帷幕、左右岸帷幕。
专业协同发布骨架文件：基于3DE软件的参考功能，将坝工专业协同发布的坝轴线、廊道轴线选择性粘贴(与原模型保持联接)至相应基础专业工作包下。
灌浆工程平面轴线比选：具备灌浆工程建模条件后，根据地质模型中的水文地质条件(吕荣值等)和枢纽建筑物总布置关系，拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并形成帷幕空间曲面，进而比较不同帷幕线路方案的防渗面积，通过分析防渗条件及工程量，综合确定最优的渗控工程平面线路。
渗控工程空间轴线建立：在最优的渗控工程平面线路的基础上，结合地质模型中的水文地质条件与坝体内灌浆廊道的空间布置，以及当前帷幕钻孔及灌浆的施工水平，进行各层灌浆平洞空间轴线三维参数化设计布置。采用3DE中CIV模块的土木工程工具栏线路设计功能进行建模，利用水平、垂直工具分别绘制出灌浆平洞平面轴线及其坡度，再点击3D对齐工具可实现灌浆平洞的空间轴线生成。返回水平对齐工具在平面轴线上布置灌浆平洞分段衬砌桩号点位置。
建立灌浆平洞模型：通过“专用骨架+知识工程+模板化”的基本思路，嵌入灌浆平洞三维参数化设计建模方法，基于灌浆平洞三维模板，通过3DE软件中用户自定特征实例化模板(UDF)的方式，可对灌浆平洞模型(包括直线段、转角段、灌浆机房段及通风竖井段灌浆平洞)进行快速生成。
具体流程如下所示：
①总结分析相关渗控工程设计成果，根据目前洞室开挖施工水平及帷幕灌浆场地要求，归纳不同灌浆平洞的布置形式，确定关键参数集(净宽、净高、边墙厚、底板厚、顶角、排水沟深、排水沟底宽、排水沟顶宽等)。
②由已建立的渗控工程空间轴线，基于灌浆平洞UDF模板生成不同部位的灌浆平洞，并根据灌浆工程布置的需要，利用直线段、转角段、灌浆机房段及通风竖井段的灌浆平洞模板，快速生成三维灌浆平洞模板。
实施例一
该步骤通过“专用骨架+知识工程+模板化”的基本思路，基于3DE中用户自定义模板(UDF)功能建立灌浆平洞参数化模板。模板的输入元素为：通风竖井及各层灌浆平洞、连接支洞的轴线。模板输入参数为：灌浆平洞净宽、净高、边墙厚、底板厚、顶角、排水沟深、排水沟底宽、排水沟顶宽。模板调用过程为：a.在3DE用户特征调用命令中打开源文件，按提示依次选择之前建立的“通风竖井”、“灌浆平洞”及“连接支洞轴线”。b.点击确定后，生成包含通风竖井、灌浆平洞、连接支洞的三维模型。c.根据用户需要，通过修改参数库中参数，就可以进行相应调整。继而得到灌浆平洞三维bim模型。
建立帷幕灌浆孔模型：通过“专用骨架+知识工程+模板化”的基本思路，根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集(排数、排距、孔距、孔角度、孔深等)，基于已有灌浆孔三维模板，采用UDF(用户特征模板)的方式一次生成或重复步骤多次生成。
具体流程如下所示：
①根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集(排数、排距、孔距、孔角度、孔深等)
②根据地质模型中的水文地质条件(吕荣值等)和枢纽建筑物总布置关系，拟定帷幕底线，根据已有灌浆平洞或廊道轴线，基于灌浆孔孔口、孔底轴线模板UDF模板建立相应防渗帷幕孔孔口、孔底轴线。
③已建立的帷幕灌浆孔孔口、孔底轴线，基于防渗帷幕UDF模板生成相应防渗帷幕，并根据地质三维模型数据，针对局部地质问题(断层、溶洞等)，基于防渗帷幕UDF模型针对性的进行帷幕钻孔局部加深、加密，得到防渗帷幕模型。
实施例二
根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定灌浆孔关键参数集(排数、排距、孔距、孔角度、孔深等)，并基于以上参数建立灌浆孔用户自定义模板(UDF)，模板输入元素为：灌浆孔孔底距离(X2)、灌浆孔孔口距离(X1)、灌浆孔数(n)、孔口初始孔距、孔底初始孔距。模板调用过程为：a.在3DE用户特征调用命令中打开源文件，按提示选择之前建立的“灌浆帷幕孔口轴线、孔口起点”及“灌浆帷幕孔底轴线、孔底起点”；b.点击确定后，生成灌浆孔幕模型；c.根据用户需要，通过修改参数库中灌浆孔参数，就可以进行相应调整。
通过“构建设计架构+嵌入模板库+提炼协同参数”的思路，集成各层灌浆平洞空间轴线三维参数化设计建模方法及灌浆孔口轴线模板(UDF)、灌浆孔底轴线模板(UDF)、灌浆孔三维模板(UDF)等组成的模板库，实例化模板建立相应灌浆孔孔口轴线、灌浆孔底轴线，继而基于此两条轴线通过灌浆孔三维模板(UDF)实例化建立灌浆孔三维模型。
灌浆孔口轴线模板(UDF)输入元素为灌浆平洞轴线。输入参数为相对灌浆平洞轴线偏移宽度、偏移高度。调用过程包括：a.在3DE用户特征调用命令中打开源文件，按提示选择之前建立的“灌浆平洞轴线”；b.点击确定后，生成灌浆孔幕孔口轴线；c.根据用户需要，通过修改参数库中孔口轴线参数，就可以进行相应调整。
灌浆孔底轴线模板(UDF)输入元素为灌浆孔口轴线。输入参数为灌浆孔孔深、下倾角度。调用过程包括：a.在3DE用户特征调用命令中打开源文件，按提示选择之前建立的“灌浆帷幕孔口轴线”。b.点击确定后，生成灌浆孔幕孔底轴线。c.根据用户需要，通过修改参数库中孔底轴线参数，就可以进行相应调整。
碰撞干涉检查及模型发布：基于3DE碰撞干涉检查模块，检验已有渗控工程的灌浆孔与水电站主体建筑物(大坝、引水洞、厂外排水洞、导流洞等)之间是否有干扰，并对干扰部位进行针对性调整。经过碰撞干涉检查，确认模型无误后，完成渗控工程三维模型。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于，包括：
根据大坝布置方案，以及其对于防渗的要求，建立灌浆工程结构树；
拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并确定最优的渗控工程平面线路；
结合地质模型中的水文地质条件与坝体内灌浆廊道的空间布置，建立各层灌浆平洞空间轴线；
基于灌浆平洞三维模板生成灌浆平洞模型；
根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集，基于模板库，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型；
所述采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型包括：
根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定关键参数集；
根据地质模型中的水文地质条件和枢纽建筑物总布置关系，拟定帷幕底线，根据已有灌浆平洞或廊道轴线，基于灌浆孔孔口、孔底轴线模板UDF模板建立相应防渗帷幕孔孔口、孔底轴线；
已建立的帷幕灌浆孔孔口、孔底轴线，基于防渗帷幕UDF模板生成相应防渗帷幕，并根据地质三维模型数据，针对局部地质问题，基于防渗帷幕UDF模型针对性的进行帷幕钻孔局部加深、加密，得到防渗帷幕模型。
2.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：所述拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并确定最优的渗控工程平面线路包括：
根据地质模型中的水文地质条件和枢纽建筑物总布置关系，拟定多条帷幕线路的平面布置及相应的帷幕底线，并形成帷幕空间曲面；
比较不同帷幕线路方案的防渗面积，通过分析防渗条件及工程量，综合确定最优的渗控工程平面线路。
3.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：所述基于灌浆平洞三维模板生成灌浆平洞模型包括：
根据目前洞室开挖施工水平及帷幕灌浆场地要求，统计不同灌浆平洞的布置形式，确定关键参数集；
由已建立的渗控工程空间轴线，基于灌浆平洞UDF模板生成不同部位的灌浆平洞，并根据灌浆工程布置的需要，利用直线段、转角段、灌浆机房段及通风竖井段的灌浆平洞模板，生成灌浆平洞模型。
4.根据权利要求3所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：所述关键参数集包括灌浆平洞净宽、净高、边墙厚、底板厚、顶角、排水沟深、排水沟底宽、排水沟顶宽。
5.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：根据水文地质条件、各层灌浆平洞与枢纽建筑物的空间关系，归纳不同部位灌浆孔布置形式，确定的所述关键参数集包括排数、排距、孔距、孔角度、孔深。
6.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：所述模板库包括灌浆孔口轴线模板、灌浆孔底轴线模板和灌浆孔三维模板。
7.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：基于已有灌浆孔三维模板，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型包括根据地质模型中的水文地质条件和枢纽建筑物总布置关系，拟定帷幕底线，根据已有灌浆平洞或廊道轴线，基于灌浆孔口轴线模板、灌浆孔底轴线模板建立相应的灌浆孔孔口轴线、灌浆孔底轴线；
基于灌浆孔孔口轴线、灌浆孔底轴线，采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型。
8.根据权利要求7所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：基于灌浆孔孔口轴线采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型时，灌浆孔孔口轴线模板的输入元素为灌浆平洞轴线，输入参数为相对灌浆平洞轴线的偏移宽度、偏移高度。
9.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：基于灌浆孔底轴线采用UDF方式生成帷幕灌浆孔模型时，灌浆孔底轴线模板的输入元素为灌浆孔口轴线，输入参数为灌浆孔孔深、下倾角度。
10.根据权利要求1所述的帷幕灌浆三维可视化模型构建方法，其特征在于：生成灌浆平洞模型后，对渗控工程中灌浆平洞、帷幕、排水孔与枢纽建筑物的关系进行碰撞和干涉检查。
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