計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在客專鐵路隧道洞門施工放樣中的應(yīng)用

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在客專鐵路隧道洞門施工放樣中的應(yīng)用 摘要：本文結(jié)合長株潭城際客運(yùn)鐵路賀家沖隧道帽檐斜切式隧道洞門的測量放樣，主要介紹如何通過AUTOCAD三維建模功能獲取隧道洞門測量放線數(shù)據(jù)，并就洞門外業(yè)主要測量放樣工作進(jìn)行了探討，對(duì)提高施工放樣效率有一定的幫助。關(guān)鍵詞：帽檐斜切式 AUTOCAD 三維建模 測量放樣一、前言鐵路客運(yùn)專線多數(shù)采用帽檐式斜切洞門，其特點(diǎn)是能最大限度地減少高速運(yùn)行列車進(jìn)入隧道瞬間，高壓氣流對(duì)列車的損害和不良影響，是我國近年才引進(jìn)的一項(xiàng)先進(jìn)設(shè)計(jì)。目前大多數(shù)隧道洞門設(shè)計(jì)采用隧道洞門設(shè)計(jì)參考圖，取消了隧道洞門輪廓線坐標(biāo)表，施工單位如何通過參考圖上僅有的平、立、正面圖來得到放

2、樣數(shù)據(jù)，以及如何實(shí)施測量放樣工作，是一個(gè)值得探討的課題。目前，計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在建筑工程行業(yè)的應(yīng)用為我們提供了一個(gè)可靠而有效的方法。二、工程概況賀家沖隧道全長1125m，穿越賀家沖山脈，地處丘陵區(qū)，自然高差約90m，自然坡度約20°，地形起伏，洞口多辟為民房，從谷地內(nèi)為水塘、水田。隧道設(shè)計(jì)速度200km/h，線間距為4.4m。進(jìn)出口洞門設(shè)計(jì)均采用帽檐斜切式隧道洞門，斜切面1：1.25，仰坡1：1.15。帽檐斜切式隧道洞門結(jié)構(gòu)系在洞襯砌斜面架設(shè)一斜切橢圓臺(tái)（環(huán)）面帽檐構(gòu)筑而成，該橢圓臺(tái)面以初砌斜橢圓面為底面，其軸線通過底面橢圓中心并與之垂直，其跡線與底面橢圓長。洞門側(cè)視輪廓圖及結(jié)

3、構(gòu)剖面圖如圖1、2，表1所示。圖1 洞門側(cè)視輪廓圖圖2 洞門結(jié)構(gòu)示意圖表1 帽檐輪廓線橢圓要素 mm輪廓線編號(hào)abcdx0000y1820182025102360z3080308023902530長軸9650107701074011500短軸6030673067107180帽檐式斜切式洞門4條橢圓曲線a、b、c、d長短軸均不相同，且其圓心位于與線路方向垂直的不同平面內(nèi)，每個(gè)橢圓所在的平面與水平方向的夾角也是不同的，使得每條曲線的放樣數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，才能計(jì)算得出，這樣做不僅麻煩，同時(shí)也會(huì)降低擋頭模板尺寸的計(jì)算精度。本文利用AutoCAD的三維建模功能進(jìn)行計(jì)算，只要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸建立洞門

4、部位的模型，則輪廓線上關(guān)鍵點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)和襯砌擋頭模板尺寸就可以利用AutoCAD的計(jì)算功能在三維模型上自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。三、創(chuàng)建三維模型（一）繪制洞身三維模型1.在CAD主視圖中，使用繪圖工具按照設(shè)計(jì)尺寸繪制出洞口初砌輪廓平面圖，如下圖3所示。圖3 初砌斷面輪廓平面圖2.使用（繪圖/建模/拉伸）EXTRUDE命令將平面圖形轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體模型。利用VPOINT命令調(diào)整好視角，最后對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行著色即可生成直觀模型圖，如下圖4所示。圖4 初砌三維實(shí)體圖（二）剖切1：1.25洞身獲得輪廓線a、b、c、d1.在剖切之前，需要先繪制出剖切面，利用UCS命令的3POINT命令即三點(diǎn)確定一個(gè)新坐標(biāo)系命令，將新坐標(biāo)系

5、放在垂直于襯砌模型縱向軸線的平面上，再使用（修改/三維操作/剖切）SLICE命令，按1：1.25的斜切面剖切洞身，即沿XY坐標(biāo)平面剖切，最后刪除不用部分，被剖切面即為輪廓線a、b所在面。如下圖5所示。圖5 剖切后初砌實(shí)體圖2.再利用“I-I剖視面”中輪廓線c、d上頂點(diǎn)至橢圓臺(tái)軸線的垂直距離為長軸、以中心點(diǎn)至兩側(cè)長度為短軸，以垂足至橢圓臺(tái)軸線與剖視圖輪廓線c、d對(duì)應(yīng)的帽檐輪廓線相交的交點(diǎn)O1、O2的距離為延伸長度，旋轉(zhuǎn)三維橢圓臺(tái)實(shí)體圖。即使用cone命令指定橢圓e命令進(jìn)行三維橢圓錐旋轉(zhuǎn)操作。使用（修改/三維操作/剖切）SLICE命令剖切出洞門輪廓c、d線所在平面，剖切出的輪廓線即為c、d輪廓線。

6、至此，洞門輪廓線a、b、c、d均已獲得。如下圖6所示。圖6 三維橢圓旋轉(zhuǎn)圖（三）獲取放樣數(shù)據(jù)洞門三維模型建好后，就可以在模型上利用AutoCAD的自動(dòng)計(jì)算功能進(jìn)行相對(duì)坐標(biāo)等的計(jì)算操作。下面以計(jì)算斜截面內(nèi)輪廓線d為例來說明如何在三維模型上進(jìn)行計(jì)算。從三維模型中提取出輪廓線d的正面圖和側(cè)面圖，圖中可以直接標(biāo)注尺寸，如圖7所示，即為放樣中需要的尺寸數(shù)據(jù)。圖7 輪廓線d放樣尺寸四、洞門測量放樣（一）列出輪廓線坐標(biāo)表1.洞門結(jié)構(gòu)沿隧道中軸面,即圖示Y-Z面對(duì)稱。獲得輪廓線后，取洞門結(jié)構(gòu)半側(cè)輪廓線按一定間隔在高程（Y）方向、里程（Z）方向布14個(gè)放樣點(diǎn)（布點(diǎn)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），本文僅以輪廓線d為示例，如

7、圖8：圖8 半側(cè)輪廓線d放樣布點(diǎn)圖2.利用半側(cè)輪廓線放樣布點(diǎn)CAD圖提取高程值（Y）、里程值（Z）、中心支距值（X），列出各輪廓線坐標(biāo)表，如下表2：表2 洞門輪廓線d坐標(biāo)表 坐標(biāo)點(diǎn)號(hào)Z（cm）輪廓線dX（cm）Y（cm）（二）現(xiàn)場測量放樣測量放樣須配合并滿足現(xiàn)場施工需要。由于帽檐的4條輪廓線全為坐標(biāo)控制，若使用組合模板存在較大的困難，所以選用拼裝模板與木模配合使用。該洞門分為3次澆筑，故需多次測量放樣及復(fù)核。第一次澆筑明洞段，第二次澆筑延伸段及斜切段，最后施工帽檐。明洞段和斜切段施工時(shí)，內(nèi)模均采用全斷面液壓襯砌臺(tái)車，外模和端模均采用木模，測量放樣主要以定位臺(tái)車中線、高程位置以及斷面尺寸為主。明

8、洞段襯砌施工完后，將襯砌臺(tái)車推至斜切和延伸段，此階段測量放樣除定位臺(tái)車及斷面外，還須放樣輪廓線a、b坐標(biāo)以便斜切面安裝模板?，F(xiàn)場以隧道洞門口向洞內(nèi)的距離（Z）、隧道中線至輪廓線的距離（X）以及輪廓線至溝槽頂面的相對(duì)高差（Y）三個(gè)坐標(biāo)值控制測量。斜切和延伸段完成后襯砌臺(tái)車不動(dòng)，以襯砌臺(tái)車為帽檐內(nèi)模支撐點(diǎn)，明洞襯砌和邊坡為帽檐外模支撐點(diǎn)安裝帽檐模板澆筑混凝土，此階段不需定位臺(tái)車及斷面尺寸，僅需放樣輪廓線c、d，模板安裝好后還需復(fù)測并做出相應(yīng)的調(diào)整。五、結(jié)語本文以賀家沖隧道帽檐式洞門施工測量為例，探討了如何將AutoCAD三維技術(shù)應(yīng)用到測量放線內(nèi)業(yè)計(jì)算工作中，以及洞門施工各階段測量放樣的主要工作，相信在隧道、橋梁等工程施工中，一定會(huì)有更多問題可以通過計(jì)算機(jī)三維輔助技術(shù)來更好、更快、更有效地解決。參考文獻(xiàn)1李磊中文版AUTOCAD2005三維圖形設(shè)計(jì)M北京：清華大學(xué)出版社，20042邊鵬飛AutoCAD2000在隧道洞門施工放樣中的應(yīng)用J測繪通報(bào)，2002，(5)：32-333唐星鐵路客運(yùn)專線隧道洞門選型及設(shè)計(jì)J鐵道勘測與設(shè)計(jì),2005,(6)：41-45 書中橫臥著整個(gè)過去的靈魂卡萊爾人的影響短暫而微弱，書的影響