陈志勇
广东省重工建筑设计院有限公司，广东 广州 510030）
摘要：本文基于BIM技术通过选取灰岩地区轨道交通建设典型工点构建一体化数字孪生地质模型，提出轨道交通工程灰岩地区勘察技术策略和岩溶地质可视化方案，并使研究成果应用在轨道建设全生命周期。
关键词：轨道交通、石灰岩、岩溶发育、地质模型、风险管理
1前言
随着广州地铁线网向外不断延伸，在岩溶发育地区修建地铁工程也越来越多，但在岩溶地区修建浅埋隧道受岩溶、地下水、浅埋地质结构等诸多因素影响，在施工过程中地质灾害频发，由2003-2011年地铁隧道施工事故统计所知，坍塌是地铁隧道施工中的主要事故类型，也是单次事故死亡人数最多的事故类型[1]。坍塌所涉及的主要因素，除了施工工艺和施工人员的素质之外，更主要的还有地下不可见的复杂地质情况[2]。虽采取多种勘察手段，特别在岩溶较发育的地区，勘探精度无法满足工程需要，尤其是后期对运维的影响。从施工技术研究、风险识别、风险管控或评价等方面，关于灰岩地区轨道交通工程建设的地质影响因素研究，多从岩溶对施工技术的要求和对隧道结构的影响开展研究[3][4] ，国外学者A.Bobet和Katsushi Miura相继发表了对岩溶地质问题处理技术研究成果。至于地质可视化研究，多在可视化应用方面开展[4]，对工程地质的可视化探讨存在明显空白。
2总体思路
结合广州轨道交通十二号线工程，选取灰岩地区典型工点构建一体化数字孪生地质模型，通过分析总结，提出轨道交通工程灰岩地区勘察技术策略和岩溶地质可视化方案，并使研究成果适用于十二号线灰岩地区，并可快速拓展推广至新线路建设。
数字孪生地质模型融合了多种勘察手段获取的真实地质信息，并通过三维可视化的方式将其集中表达。数字孪生地质模型趋近真实地质条件，为实现工程勘察BIM技术应用奠定基础，将补充完善关于工程地质的智慧建造业务流程和数字孪生城市内容。同时优化勘察技术策略，使勘察成果适应工程全生命周期BIM技术应用，并进一步提高工程勘察质量。把当前多种多样的相互独立、不易管理的勘察成果资料进行融合，实现工程地质勘察成果一体化管理，在基于BIM项目全生命周期管理中提 供工程地质技术支持，使工程地质融入智慧建造，打造智慧地铁。
3主要工作内容
3.1广州轨道交通十二号线灰岩地区典型工点的选取
灰岩通常具有岩溶发育、残积土上硬下软、强风化层较薄或缺失等特点，是轨道交通工程建设过程中重点关注的地质风险源。其中岩溶发育的特点对轨道交通工程建设及运维过程产生的影响最突出。综合考虑岩溶地质的复杂性、影响工程建设及运维过程的严重程度等方面，选取里横路至槎头站区间过江段进行分析。
十二号线里槎区间过江段位于广州西部，从恒大御景半岛侧过江，下穿槎头小岛和珠江西航道，在珠江东侧进入槎头站。为丘陵地貌和冲洪积平原地貌， 与北东向泌冲断裂、石井断裂相交，场地分布的地层主要为新生界第四系和石炭系(C)地层，地表水体发育，地下水主要为第四系松散层孔隙水、基岩风化裂隙水和裂隙岩溶水，地表水与地下水有密切联系，多为地下水的直接补给来源。
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3.2基于地质可视化的轨道交通工程一体化数字孪生地质模型构建
利用基于地质统计学的三维地质可视化技术以及初详勘阶段的勘察成果，构建典型工点的地质初始三维模型。在施工过程中收集多种真实地质信息，包括隧道超前地质预报、开挖面的地质素描、物探成果等，对初始模型进行修正。充分考虑影响地铁建设的重点地质影响因素，使模型可根据不同阶段获取的真实地质信息，动态修正并反映真实地质条件，形成一体化数字孪生地质模型。该技术用于地质建模分析，模拟灰岩地区地质条件，并评价其对模型趋近真实情况的影响。该模型不仅贴近真实，而且由于地质学知识的融入而对无资料区段也具有一定指导意义。
采用交叉验证、布设虚拟孔等方法，对比分析初始地质模型与一体化数字孪生地质模型的差异，研究灰岩地区地质因素对模型趋近真实地质情况的影响。根据对比分析结果，总结出一套基于BIM技术应用的勘察技术策略。该技术策略充分考虑灰岩地区轨道交通建设的重点地质影响因素，针对灰岩地区轨道交通工程勘察的勘察方法、勘察布孔方案、数字孪生地质模型构建等作出基于地质可视化的技术指导。
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3.3典型工点的地质可视化应用
利用各利勘察成果资料建立了一体化数字孪生地质模型，应用信息化技术对地铁工程的工程地质风险进行三维可视化管控，并实现基于BIM技术结合地质模型的工程地质风险预报；打破地铁工程建设的勘察信息与施工建设信息的信息孤岛现状，降低地铁施工风险事件发生概率，有利于优化地铁施工管理，提供规避风险新途径，降低工程成本。 同时在施工过程中实时根据开挖揭露的地质导入模型进行修正，使模型趋近真实的地质条件。
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4结语
针对轨道交通工程的岩溶地质可视化问题，建立一套具有广泛适应性的基于地质统计学理论的轨道交通工程勘察技术策略，以及轨道交通工程岩溶地质可视化理论，融合多种类真实地质信息建立的一体化数字孪生地质模型动态且直观地仿真展示地质条件以及其与地铁线路、建构筑物、管线等关系，可有效指导施工，并辅助建设单位、施工单位更客观准确地作出决策，同时工程地质BIM技术应用，将工程地质接入轨道交通工程智慧建造，加强不同专业的协同，实现信息化的全生命周期工程地质数据流转，有效降低工程建设管理成本。
参考文献
[1]胡群芳,秦家宝.2003—2011年地铁隧道施工事故统计分析[J].地下空间与工程学报, 2013,9(03):705-710.
[2]王明. GOCAD在郑州地铁1号线三维地质建模中的应用研究[D].西南交通大学,2013.
[3]雷金山. 广州地铁隐伏型岩溶地基稳定性分析及充填处理技术研究[D].中南大学,2014.
[4]尚浩,宋晓帅,李虎,严姗姗.济南泉域岩溶地区多源多尺度数据三维耦合模型及应用[J].地质学刊,2019,43(03):385-392.