馬希平

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 概述

洞門(mén)是隧道的重要組成部分，也是隧道進(jìn)出口的標(biāo)志性建筑，其美觀作用越來(lái)越受到重視。削竹式洞門(mén)由于線條簡(jiǎn)潔明了，形式美觀大方，并且能夠最大限度地保持原有的山體平衡和自然景觀，減少了洞口山體的開(kāi)挖與擾動(dòng)，符合“早進(jìn)晚出”的原則，因而在公路隧道洞門(mén)設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越多。但是它的施工放樣工作具有一定的難度。通常削竹式洞門(mén)的施工放樣，點(diǎn)位都是通過(guò)儀器測(cè)量，放樣過(guò)程繁瑣。另外，地形方面，隧道洞口多溝壑、樹(shù)木等阻礙，有時(shí)需要打轉(zhuǎn)點(diǎn)才能通視，嚴(yán)重的情況下，則無(wú)法精確地完成放樣工作。

筆者針對(duì)工作中遇到的問(wèn)題，結(jié)合AutoCAD二維繪圖功能進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比分析，并經(jīng)過(guò)毛想寨隧道左線削竹式洞門(mén)施工實(shí)踐的檢驗(yàn)，總結(jié)提出了利用三視圖指導(dǎo)削竹式洞門(mén)施工放樣的方法。該方法不僅操作簡(jiǎn)單明了，而且便于施工過(guò)程中的控制與校核。以下將結(jié)合毛想寨隧道左線洞門(mén)施工放樣過(guò)程，對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明論證。

2 工程概況

毛想寨隧道左線進(jìn)口位于國(guó)家高速公路十堰—天水聯(lián)絡(luò)線安康段第六合同段內(nèi)，隧道長(zhǎng)2 342 m，屬長(zhǎng)隧道，最大埋深380 m。隧道按照新奧法原理設(shè)計(jì)，采用單心圓曲墻式復(fù)合襯砌，進(jìn)口里程為ZK215+914.2，洞門(mén)形式設(shè)計(jì)為削竹式洞門(mén)。

3 斜截面內(nèi)輪廓的施工放樣

3.1 論證思路

圖1為毛想寨隧道左線洞門(mén)設(shè)計(jì)圖，隧道襯砌內(nèi)輪廓半徑R= 557 cm，襯砌厚度為60 cm，洞門(mén)斜截面的坡比為1∶n=1∶0.75，斜截面最底端與圓心O在同一高度。襯砌施工采用先墻后拱法，先施作洞門(mén)兩側(cè)邊墻，其中同一襯砌斷面兩側(cè)的邊墻頂部施工至同一標(biāo)高，然后將襯砌臺(tái)車進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

圖1 洞門(mén)設(shè)計(jì)圖

洞門(mén)施工放樣的主要工作是確定堵頭板與臺(tái)車模板交線上各點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱為“關(guān)鍵點(diǎn)”)的位置。因?yàn)楦麝P(guān)鍵點(diǎn)均位于臺(tái)車模板表面，所以只需要再確定以下兩個(gè)因素：

1)各關(guān)鍵點(diǎn)的“里程”;

2)各關(guān)鍵點(diǎn)(沿臺(tái)車表面)距臺(tái)車頂部的“弧長(zhǎng)”，即可確定各關(guān)鍵點(diǎn)的位置。

因?yàn)楦麝P(guān)鍵點(diǎn)沿臺(tái)車軸線方向的投影均在襯砌的內(nèi)輪廓線上，即位于R=557 cm的同一圓上。所以可以先在R=557 cm的圓上選定若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這樣因素2)中的“弧長(zhǎng)”問(wèn)題也就隨之確定了，只剩下因素1)中的“里程”待定。下面將在AutoCAD的作圖過(guò)程中，利用三視圖的投影規(guī)則來(lái)進(jìn)行論證，并且將里程確定下來(lái)。

在確定里程的過(guò)程中，勢(shì)必需要有一個(gè)帶有里程的基準(zhǔn)點(diǎn)及一個(gè)方向控制點(diǎn)。這里用全站儀在臺(tái)車頂部測(cè)設(shè)出里程ZK215+ 918.377 5處的拱頂點(diǎn)(下文中的關(guān)鍵點(diǎn)1)及臺(tái)車拱頂?shù)牧硪焕锍厅c(diǎn)n，點(diǎn)1與點(diǎn)n的連線平行于臺(tái)車的軸線。

3.2 作圖論證及施工放樣

3.2.1 確定弧長(zhǎng)

在AutoCAD中作圖，由圖1容易得到斜截面內(nèi)輪廓部分對(duì)應(yīng)的主視圖與左視圖。

這里先在主視圖中將R=557 cm的上半圓進(jìn)行定距等分，即按照相同的弧長(zhǎng)進(jìn)行12等分，每份弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的圓心角為15°，得到關(guān)鍵點(diǎn)1～13，其中，關(guān)鍵點(diǎn)1即為用全站儀在ZK215+918.377 5處臺(tái)車拱頂測(cè)設(shè)的里程參照點(diǎn)。這樣，各關(guān)鍵點(diǎn)的弧長(zhǎng)就可以從AutoCAD中直接量取得到。例如，點(diǎn)1與點(diǎn)2沿臺(tái)車表面的弧長(zhǎng)A=1 458.2 mm。各關(guān)鍵點(diǎn)沿臺(tái)車模板表面距臺(tái)車拱頂?shù)幕￠L(zhǎng)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 各關(guān)鍵點(diǎn)距臺(tái)車拱頂?shù)幕￠L(zhǎng)數(shù)據(jù)

利用主視圖與左視圖“高平齊”的投影規(guī)則，得到主視圖中點(diǎn)1～13在左視圖中的各點(diǎn)位。

3.2.2 確定里程

為了確定各關(guān)鍵點(diǎn)的里程，這里我們假設(shè)左視圖中的點(diǎn)1與點(diǎn)2的水平距離D1數(shù)值上等于點(diǎn)1與點(diǎn)2的相對(duì)里程差，下面將予以證明。

容易知道，在俯視圖中，點(diǎn)1～點(diǎn)13仍位于斜截面內(nèi)輪廓的投影上，如圖2所示。

由三視圖投影規(guī)則，左視圖與俯視圖“寬相等”得知，D1=D2。而俯視圖中的D2為點(diǎn)1與點(diǎn)2沿臺(tái)車軸線方向的水平距離，即點(diǎn)1與點(diǎn)2的相對(duì)里程差。所以，D1數(shù)值上等于點(diǎn)1與點(diǎn)2沿臺(tái)車軸線方向的相對(duì)里程差，假設(shè)成立。

圖2 斜截面內(nèi)輪廓的三視圖

由AutoCAD量出D1=142.3 mm。其他關(guān)鍵點(diǎn)的相對(duì)于點(diǎn)1的里程差也可以依次量出，如表2所示。

表2 各關(guān)鍵點(diǎn)與點(diǎn)1的相對(duì)里程差

其中，點(diǎn)1的里程為：ZK215+918.377 5，這樣各點(diǎn)的里程都可以求出，例如，點(diǎn)7的里程為ZK215+914.2。

3.2.3 施工放樣

點(diǎn)1的位置已由測(cè)量確定，接下來(lái)定位點(diǎn)2。在臺(tái)車頂部，由點(diǎn)1向點(diǎn)n畫(huà)一條直線。然后根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，在線上由點(diǎn)1為起始點(diǎn)向點(diǎn)n方向量取142.3 mm，該點(diǎn)與點(diǎn)2位于同一里程上，記為點(diǎn)a。

然后由點(diǎn)a沿臺(tái)車右側(cè)表面向下量取表1中的弧長(zhǎng)1 458.2 mm，可得到關(guān)鍵點(diǎn)2的實(shí)際位置。將點(diǎn)2的位置用鋼釘劃十字標(biāo)記，并用紅噴漆將標(biāo)記圈住。同理，可以得到其他各關(guān)鍵點(diǎn)的位置，如圖3所示。

圖3 關(guān)鍵點(diǎn)位置圖

這里量取弧長(zhǎng)時(shí)，繩或尺所在的平面，要與臺(tái)車軸線垂直。為保證二者的垂直關(guān)系，可以在邊墻頂部測(cè)設(shè)與拱頂同里程的兩參照點(diǎn)1'，n'，然后根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，在邊墻頂部同步找到與點(diǎn)a位于同一里程的點(diǎn)a'，拉線繃緊連接點(diǎn)a與點(diǎn)a'，則線所在平面與臺(tái)車軸線垂直。

3.3 小結(jié)

用三視圖指導(dǎo)削竹式洞門(mén)內(nèi)輪廓施工放樣的過(guò)程為：

1)在AutoCAD中作斜截面內(nèi)輪廓的主視圖及左視圖，取點(diǎn)后分別量取弧長(zhǎng)及相對(duì)里程差;

2)在臺(tái)車拱頂測(cè)設(shè)兩點(diǎn)作為里程基準(zhǔn)點(diǎn)及方向控制點(diǎn);

3)用弧長(zhǎng)及相對(duì)里程差數(shù)據(jù)測(cè)設(shè)各關(guān)鍵點(diǎn)的位置。該方法簡(jiǎn)化了施工放樣過(guò)程，也便于施工人員操作和自行校核。

4 堵頭板的施工放樣

4.1 施工放樣思路

堵頭板內(nèi)、外輪廓線分別由襯砌斷面內(nèi)、外輪廓線(單心圓)在斜截面上的投影所得，這里圓的斜投影為橢圓。

先看堵頭板的內(nèi)輪廓。根據(jù)三視圖可知堵頭板內(nèi)輪廓的短軸即為襯砌斷面內(nèi)輪廓的直徑，所以短半軸長(zhǎng)為a=557 cm。而長(zhǎng)半軸長(zhǎng)可以在AutoCAD中的左視圖中量得，為b=669.25 cm。知道了橢圓的長(zhǎng)半軸與短半軸的長(zhǎng)度，就可以通過(guò)算式c=sqrt(a2-b2)求得焦距長(zhǎng)的一半c=sqrt(6.692 52-5.572)=3.71 m= 371 cm。這樣，就可以畫(huà)出堵頭板的內(nèi)輪廓的橢圓了。同理，可以得到外輪廓橢圓的相關(guān)數(shù)據(jù)，a'=771.25 cm，b'=617 cm，c'= 462.75 cm。

4.2 施工放樣及加工安裝

1)在平整的空地上畫(huà)出直角坐標(biāo)系OXY，并在X軸上圓心兩側(cè)371 cm處用釘子標(biāo)出焦點(diǎn)1，焦點(diǎn)2;

2)準(zhǔn)備一根細(xì)繩，將繩子的兩端分別系在焦點(diǎn)1與焦點(diǎn)2上，并使得兩端點(diǎn)之間細(xì)繩的展開(kāi)長(zhǎng)度為2a=1 114 cm;

3)用一根釘子將繩繃緊，保持繩子平行于地面，用釘尖在X軸正方向180°范圍內(nèi)畫(huà)出堵頭板內(nèi)輪廓的橢圓弧，如圖4所示;用同樣的方法畫(huà)出堵頭板外輪廓的橢圓弧，這樣就得到了堵頭板的形狀，如圖5所示;

圖4 堵頭板內(nèi)輪廓施工放樣

圖5 堵頭板形狀

4)將編好號(hào)碼的長(zhǎng)方形竹膠板從左至右依次覆蓋圖5中橢圓弧圍成的區(qū)域，竹膠板放置方式為：每塊竹膠板都要平行于地面，奇數(shù)號(hào)放在下層，偶數(shù)號(hào)放在上層;

5)將步驟3)中的釘子換成紅色的木工筆，然后再將內(nèi)、外輪廓線畫(huà)在這竹膠板上，并且在下層竹膠板上沿相鄰板的交線畫(huà)上紅線;

6)沿紅線將竹膠板進(jìn)行切割，并按編號(hào)順序沿臺(tái)車上畫(huà)出的交線依次進(jìn)行安裝固定。

4.3 小結(jié)

以上方法加工的堵頭板，其內(nèi)、外輪廓的邊緣都是圓順的，較之由多個(gè)測(cè)定點(diǎn)位連線的方法，該方法控制性更強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合毛想寨隧道左線洞門(mén)施工放樣過(guò)程，論證了三視圖指導(dǎo)削竹式洞門(mén)施工放樣方法的可行性，為今后削竹式洞門(mén)的施工放樣工作積累了經(jīng)驗(yàn)。本文中，毛想寨隧道左線削竹式洞門(mén)的斜截面僅為半個(gè)橢圓，而對(duì)于斜截面延伸至橢圓圓心以下的情況，該方法同樣適用。

［1］ 姜 勇.機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖［M］.北京：人民郵電出版社，2010：1-347.