CN113653049A - 基于bim的穿溶洞处锚索的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，包括如下步骤：创建施工区域的三维地质模型；获取锚索的布设方案，将所获取的锚索的布设方案组合在所述三维地质模型中，并找出需穿设所述三维地质模型中的溶洞的锚索；对需穿设溶洞的锚索进行加强处理以提高锚索的锚固力。本发明通过创建三维地质模型而精确的模拟地质中溶洞的位置，将三维地质模型与锚索的布设方案相组合，快速识别遇溶洞的锚索并指导现场施工，能够提前采取防范措施，提高钻孔施工的成型效率，减少重新钻孔施工的现象，从而确保施工进度，还减少了对地层的扰动，避免了安全事故的发生。

Description

基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法

技术领域

本发明涉及锚索施工技术领域，特指一种基于BMI的穿溶洞处锚索的施工方法。

背景技术

桩锚支护结构因其安全经济的特点，广泛应用于深基坑支护工程中，而南方喀什特地貌，因其岩溶发育，局部存在溶洞、裂隙、破碎带、断层的特点，锚索成孔时常出现卡孔、塌孔或者冒浆等难以钻进的特点，锚索施工难度大，效率低。

传统锚索施工，锚固钻机钻进成孔后，将锚固钻机的锚杆退出然后安装锚索，但该施工方法无法适用于复杂岩溶区。由于半填充及全填充溶洞内含流塑状黏土，锚固钻机的锚杆退出后，流塑状黏土迅速流入钻孔，钻孔无法成型。

南方喀什特地貌呈现三维空间不规则起伏的岩溶形态，现有锚索布设方案由设计单位设计完成，但设计单位在设计时是基于地质勘探数据进行的，也即基于对地质勘探数据的分析来预估该地质条件下的溶洞比率，进而设计布设的锚索的位置及角度，以确保锚索的加固支护强度。这样在现场施工时，极易发生锚索钻孔施工时遇到溶洞而使得钻孔无法成型，从而在该设计位置的旁侧从新进行锚索的施工，如此频繁的塌孔现象对施工进度产生影响，且对地层的扰动较大，也容易引发安全事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于BMI的穿溶洞处锚索的施工方法，解决现有依据锚索布设方案施工时极易发生锚索钻孔无法成型而重新进行钻孔施工而对施工进度产生影响以及对地层的扰动较大和容易引发安全事故等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，包括如下步骤：

创建施工区域的三维地质模型；

获取锚索的布设方案，将所获取的锚索的布设方案组合在所述三维地质模型中，并找出需穿设所述三维地质模型中的溶洞的锚索；以及

对需穿设溶洞的锚索进行加强处理以提高锚索的锚固力。

本发明的工法通过创建三维地质模型而精确的模拟地质中溶洞的位置，将三维地质模型与锚索的布设方案相组合，进而找出需穿设三维地质模型中的溶洞的锚索并指导施工，锚索钻孔施工时事先知晓该处由溶洞分布，能够提前采取防范措施，提高钻孔施工的成型效率，减少重新钻孔施工的现象，从而确保施工进度，还减少了对地层的扰动，避免了安全事故的发生。本发明还对需穿设溶洞的锚索进行了加强处理，提高锚索的锚固力，使得穿设溶洞的锚索能够具有较强的锚固力，提高其支护强度及支护效果。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

对需穿设溶洞的锚索进行加长以让锚索的端部有部分锚入到岩层内。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

为需穿设溶洞的锚索配置钢套管；

在钻孔施工时，利用钢套管跟进法成孔；

成孔后将锚索施工用的钢绞线插入到钢套管内，并向所述钢套管内注浆以完成锚索的施工。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，在找出需穿设溶洞的锚索之后，对溶洞的尺寸进行判断：

若所述溶洞的尺寸小于一低限值，则调整所述锚索的设置位置和/或设置方向以让所述锚索避开对应的溶洞；

若所述溶洞的尺寸大于一高限值，则对所述溶洞进行填充处理。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，施工锚索时，提供架线环，所述架线环上设有与锚索施工用的钢绞线相适配的卡口；

将所述钢绞线的端部卡入对应的卡口内；

将所述架线环通过支腿固定连接在一托盘上；

利用钻杆顶推所述托盘而将所述架线环与所述钢绞线送入到钻孔内。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，在将钢绞线送入到对应的钻孔内之后，向所述钻孔内注浆以锚固锚索，注浆分两次进行，第一次采用常压注浆，第二次采用高压注浆。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，为需穿设溶洞的锚索配置钢套管，并于所述钢套管上设置复数个喷浆孔，所述的复数个喷浆孔在所述钢套管的外表面呈螺旋状布设。

本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的进一步改进在于，创建施工区域的三维地质模型的步骤，包括：

获取地质数据；

利用所述地质数据绘制地层横向断面图和地层纵向断面图；

将所绘制的地层横向断面图和地层纵向断面图导入到Revit平台，利用Revit平台生成三维地质模型。

附图说明

图1为本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法的流程图。

图2为本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法中锚索的布设方案与三维地质模型组合后的剖视图。

图3为本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法中锚索的剖视图。

图4为本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法中架线环与锚索连接后的结构示意图。

图5为本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法中钻孔顶推托盘及架线环的结构示意图。

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说明。

参阅图1，本发明提供了一种基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，用于快速识别遇溶洞锚索以指导现场施工，解决了现有技术在施工中遇到塌孔时才知道遇到溶洞进而需要重新钻孔的问题，以及塌孔对地层产生扰动而易引起安全隐患的问题。本发明的工法创建了岩溶地区的三维地质模型，能够对溶洞、裂隙、破碎带以及断层进行可视化分析并进行精准预判，从而有效的指导锚索的现场施工。本发明的工法针对需穿设溶洞的锚索进行了加强处理，提高了锚索的锚固力，进而提高了锚索的支护强度及支护效果。下面结合附图对本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法。下面结合图1，对本发明基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法进行说明。

如图1所示，本发明的基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，包括如下步骤：

执行步骤S101，创建施工区域的三维地质模型；接着执行步骤S102；

执行步骤S102，获取锚索的布设方案，将所获取的锚索的布设方案组合在所述三维地质模型中，并找出需穿设所述三维地质模型中的溶洞的锚索；接着执行步骤S103；

执行步骤S103，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理以提高锚索的锚固力。

本发明针对施工区域创建了三维地质模型，实现精确的模拟该施工区域的地质情况，能够快速识别溶洞的位置及大小，将三维地质模型和锚索的布设方案相结合，能够快速的获得需穿设溶洞的锚索，并对锚索进行加强处理以提高锚索的锚固力，且预先知晓需穿设溶洞的锚索能够对现场施工进行指导，以避免锚索钻孔时发生塌孔现象，让锚索施工能够一次成型，提高施工效率。

在本发明的一种具体实施方式中，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

对需穿设溶洞的锚索进行加长以让锚索的端部有部分锚入到岩层内。

如图2所示，有两根锚索21的端部位于溶洞10的底部处，该两根锚索21施工时需要穿过该溶洞10，若依原锚索的布设方案进行施工，由于溶洞10的存在使得锚索21端部处的锚固力较弱，在地层发生变动时，锚索21无法提供牢固的支护，从而容易产生安全隐患，针对该处的锚索21，需加长锚索21的长度，让锚索21的端部能够较多的锚入到岩层内以提高锚索的锚固力。较佳地，结合图3所示，锚索21包括位于上部的自由段和位于下部的锚固段，在正常土层处自由段和锚固段依布设方案而定，自由段的长度设计为7米，锚固段的长度为13米，在对锚索21进行加长时，依据三维地质模型获取锚索21位于溶洞内的部分的长度，进而根据该长度设定锚索21的加长长度。

在本发明的一种具体实施方式中，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

如图3所示，为需穿设溶洞的锚索配置钢套管22；

在钻孔施工时，利用钢套管22跟进法成孔；

成孔后将锚索施工用的钢绞线211插入到钢套管22内，并向钢套管22内注浆以完成锚索的施工。

施工好的锚索21与钢套管22一起锚固在土体中，钢套管22的设置提高了钻孔施工的成孔率，防止塌孔，保证了锚索施工的效率。钢套管22还加强了锚索21的锚固力，提高了支护结构的强度。

进一步地，钻孔施工采用水作业钢套管跟进法成孔工艺，施工时在钻杆的外侧设置钢套管22，在钢套管22上开洞，钻出的泥浆用水冲刷处孔然后清运，成孔后开洞钢套管固定于钻孔内，钻杆退出，将钢绞线送入到钢套管内，之后注浆锚固就完成了锚索的施工。整个锚索在溶洞处的施工过程为：钻进、出渣、成孔、下钢绞线以及注浆，整个工序一次完成，可以防止塌孔，不留残土。钻孔施工在遇到溶洞、裂隙、破碎带、断层时，利用钢套管进行护壁，能够有效避免塌孔，大大提高了成孔效率。且采用水作业施工工艺，在钻杆退出后，仍有水作业泥浆护壁，结合钢套管护壁，能够解决溶洞内含流塑状粘土无法成孔的难题。

再进一步地，如图4和图5所示，施工锚索时，提供架线环23，该架线环23上设有与锚索施工用的钢绞线211相适配的卡口；将钢绞线211的端部卡入到卡口内；再将架线环23通过支腿24固定连接在一托盘25上，利用钻杆32顶推托盘25而将架线环23与钢绞线211送入到钻孔内。一根锚索21包括多个钢绞线211，为确保钢绞线211的顺利下放，设置了架线环23，利用架线环23与多根钢绞线211固定连接，架线环23对钢绞线211起到固定及导引的作用，能够让钢绞线211顺利的下放到钻孔内，下放的过程中实现了钢绞线的精准定位，定向推进，确保钢绞线的安装以及锚索的施工一次成型，提高锚索的施工效率。

较佳地，架线环23为环状板，中部设有通孔，中部的通孔用于安装注浆管以便于后续注浆施工，环状板的边沿设置多个内向凹陷的卡口，在对应的卡口处卡设钢绞线，选择一卡口卡设另一注浆管，设置两个注浆管可实现分批次进行注浆。在选择一卡口固定牵引绳26，利用牵引绳26对架线环23起到定位的作用，确保架线环23在下放的过程中处于稳定状态。

又进一步地，在将钢绞线送入到对应的钻孔内之后，向钻孔内注浆以锚固钢绞线，注浆分两次进行，第一次采用常压注浆，第二次采用高压注浆。常压注浆采用的注浆管是卡设在卡口处的一个注浆管，该注浆管靠近钢套管的内壁设置，常压注浆让浆液充满钢套管，高压注浆采用设于架线环中部处的通孔处的注浆管，高压注浆以设定压力向注浆管内压入浆液，浆液在设定压力的作用下向外挤压周围的浆液，而钢套管上设有孔洞，浆液从孔洞处向外高压喷射，喷射的浆液冲击土体并将钢套管四周的土体固结，且还有部分浆液填充了溶洞、裂隙、破碎带以及断层内，大大提升了锚索的锚固力，保障施工安全。

较佳地，为需穿设溶洞的锚索配置钢套管22，并于钢套管22上设置复数个喷浆孔，复数个喷浆孔在钢套管的外表面呈螺旋状布设。利用螺旋状布设的喷浆孔，使得喷浆孔处喷出的浆液也呈螺旋状的向外射出，形成高压劈裂注浆，提高了锚固力。且螺旋状布设的喷浆孔使得各个喷浆孔的朝向不同，能够避免钢套管外侧的土体进入到钢套管内而影响钢套管内部的注浆施工。

在本发明的一种具体实施方式中，在找出需穿设溶洞的锚索之后，对溶洞的尺寸进行判断：

若溶洞的尺寸小于一低限值，则调整锚索的设置位置和/或设置方向以让锚索避开对应的溶洞；

若溶洞的尺寸大于一高限值，则对溶洞进行填充处理。

在将锚索的布设方案与三维地质模型相结合后，能够快速的识别锚索与三维地质模型中溶洞间的位置关系，且三维地质模型中显示有溶洞的具体形状及尺寸，在溶洞尺寸相对较小时，锚索可调整到避开该溶洞的位置处，在溶洞尺寸相对较大时，锚索难以避开溶洞的位置设置，需要对锚索进行加强处理，且溶洞尺寸相对较大时，对锚索的牢固性有一定的影响，为确保施工安全，对相对较大尺寸的溶洞进行填充，向溶洞内进行注浆以密实该溶洞，进而提高地层及锚索的稳定性，确保支护强度。较佳地，本发明中的低限值和高限值根据设计的锚索的截面积按照一定的比例来选取，在溶洞的尺寸介于低限值和高限值之间时，可对溶洞进行半填充，也即将填充混凝土达到溶洞的一半。又佳地，溶洞的尺寸为溶洞的截面积。

对溶洞的尺寸进行判断，能够识别溶洞的类型，比如识别群聚型溶洞、串珠型溶洞、超长型溶洞，针对不同类型的溶洞可给出对应的处理方式，以便于选取针对性措施进行施工。

在本发明的一种具体实施方式中，创建施工区域的三维地质模型的步骤，包括：

获取地质数据；

利用地质数据绘制地层横向断面图和地层纵向断面图；

将所绘制的地层横向断面图和地层纵向断面图导入到Revit平台，利用Revit平台生成三维地质模型。

锚索的布设方案来自于设计单位，让设计单位提供利用Revit平台创建的锚索的布置模型，相当于锚索的三维模型。该锚索的布置模型和三维地质模型能够在Revit平台内进行整合，实现简单方便，可快速识别锚索与溶洞之间的位置关系。

本发明中的地质数据的获取采用钻孔和物探两种方式，利用钻孔方式获得的地质数据较为精确，利用物探方式获取的数据具有全面性，利用钻孔和物探两种方式相结合印证，可完善地层横向断面图和地层纵向断面图，从而提高创建的三维地质模型的精确性。较佳地，利用钻孔的地质数据绘制地层横向断面图和地层纵向断面图，从物探的地质数据中找出能够与钻孔的地质数据相印证的数据，利用该数据对地层横向断面图和地层纵向断面图进行修正，修正后再用地层横向断面图和地层纵向断面图建立三维地质模型。

其中物探方式包括波速勘探方式、电阻率勘探方式、地温测试勘探方式以及电测勘探方法中的一种或多种。

钻孔的设置数量有限，其得到的地质数据中有部分缺失，而物探方式能够很好的补充该缺失的部分，得到了施工区域的全面的地质数据，进而能够建立得到精确度的三维地质模型。

进一步地，在修正了地层横向断面图和地层纵向断面图后，对地层横向断面图和地层纵向断面图中的溶洞、裂隙、断层破碎带以及边界线进行细化。利用物探得到的地质数据对地层横向断面图和地层纵向断面图中的溶洞、裂隙、断层破碎带空间信息、边界线、走向及发育趋势进行细化，提高地层横向断面图和地层纵向断面图的精度，进而能够提高三维地质模型的精确度。

绘制地层横向断面图和地层纵向断面图时，采用CAD进行绘制，以方便对边界线进行调整，修正以及细化。

再进一步地，基于Revit平台，新建体量族，分别导入绘制的地层横向断面图和地层纵向断面图，Revit平台自动拾取地层横向断面图和地层纵向断面图边界矢量线，应用体量拉伸功能，生成三维地质模型。

接着利用Revit平台，对生成的三维地址模型中的溶洞进行修正及细化，能够提高溶洞位置的准确性。利用物探地质数据与钻孔地质数据能够得到施工区域的全面的地质数据，该全面的地质数据中有溶洞的边界线参数，包括了溶洞完整的平面分布以及高程分布参数，利用该完整的平面分布及高程分布参数对三维地质模型中的溶洞模型的边界线进行修正及细化，以真实的反映溶洞的位置，为锚索施工提供准确的指导依据。

本发明的基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法具有如下有益效果：

快速识别遇到溶洞的锚索，并指导现场施工。利用三维地质模型对溶洞的位置进行准确的预判，快速识别附近的锚索，指导现场施工时能够提高锚索施工的成功率及施工效率。

大大提升岩溶地质锚索施工成孔率，一次成型。溶洞内含有岩溶水，采用水作业及钢套管跟进成孔，施工时能够防止塌孔，钻杆退出后插入钢绞线，进行二次注浆，使得锚索施工能够一次成型，效率高。

解决了群聚型溶洞、串珠型溶洞以及超长型溶洞锚索无法安装的难题，本发明对溶洞的尺寸进行了判断，对尺寸较大的溶洞进行填充，提高锚索的锚固力，确保支护强度，保障施工安全。

有效提升岩溶地质锚索张拉力，安全可靠。在位于溶洞处的锚索施工时，设置了钢套管，还加长了锚索的长度，使得锚索能够有部分锚入岩层内，提高了锚索的锚固力，提升了锚索的抗拔力。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

创建施工区域的三维地质模型；

获取锚索的布设方案，将所获取的锚索的布设方案组合在所述三维地质模型中，并找出需穿设所述三维地质模型中的溶洞的锚索；以及

对需穿设溶洞的锚索进行加强处理以提高锚索的锚固力。

2.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

对需穿设溶洞的锚索进行加长以让锚索的端部有部分锚入到岩层内。

3.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，对需穿设溶洞的锚索进行加强处理的步骤包括：

为需穿设溶洞的锚索配置钢套管；

在钻孔施工时，利用钢套管跟进法成孔；

成孔后将锚索施工用的钢绞线插入到钢套管内，并向所述钢套管内注浆以完成锚索的施工。

4.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，在找出需穿设溶洞的锚索之后，对溶洞的尺寸进行判断：

若所述溶洞的尺寸小于一低限值，则调整所述锚索的设置位置和/或设置方向以让所述锚索避开对应的溶洞；

若所述溶洞的尺寸大于一高限值，则对所述溶洞进行填充处理。

5.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，施工锚索时，提供架线环，所述架线环上设有与锚索施工用的钢绞线相适配的卡口；

将所述钢绞线的端部卡入对应的卡口内；

将所述架线环通过支腿固定连接在一托盘上；

利用钻杆顶推所述托盘而将所述架线环与所述钢绞线送入到钻孔内。

6.如权利要求5所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，在将钢绞线送入到对应的钻孔内之后，向所述钻孔内注浆以锚固钢绞线，注浆分两次进行，第一次采用常压注浆，第二次采用高压注浆。

7.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，为需穿设溶洞的锚索配置钢套管，并于所述钢套管上设置复数个喷浆孔，所述的复数个喷浆孔在所述钢套管的外表面呈螺旋状布设。

8.如权利要求1所述基于BIM的穿溶洞处锚索的施工方法，其特征在于，创建施工区域的三维地质模型的步骤，包括：

获取地质数据；

利用所述地质数据绘制地层横向断面图和地层纵向断面图；

将所绘制的地层横向断面图和地层纵向断面图导入到Revit平台，利用Revit平台生成三维地质模型。

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