張兆仁，金 敏，王連成

（1.鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院，遼寧 鞍山 114004；2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819）

路橋與建筑

礦山道路施工設(shè)計的步驟及方法

張兆仁1，金 敏1，王連成2

（1.鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院，遼寧 鞍山 114004；2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819）

分析了目前礦山道路施工設(shè)計技術(shù)情況，提出實用、便捷的礦山道路施工設(shè)計的步驟及方法，以便為類似施工設(shè)計提供一個設(shè)計參考。

露天礦；運輸?shù)缆?；施工設(shè)計

0 引 言

露天礦山道路是指露天礦山范圍內(nèi)行駛礦用自卸汽車的道路，或通往附屬廠（車間）和各種輔助及附屬設(shè)施所行駛的各類汽車的道路[1]。礦山道路設(shè)計是礦區(qū)規(guī)劃設(shè)計的一部分，包括線路設(shè)計、路基設(shè)計、路面設(shè)計以及相關(guān)施工組織設(shè)計等，各項設(shè)計必須遵守《廠礦道路設(shè)計規(guī)范》。一個科學(xué)的、合理的、高效的礦山道路路線設(shè)計，是礦山建設(shè)的重要組成部分。礦山道路的質(zhì)量直接影響運輸成本和運輸安全，提高礦山道路的質(zhì)量，對降低運輸成本，確保運輸安全，具有十分重要的意義[2-4]。武建華等人圍繞安太堡露天礦930生產(chǎn)班采掘平盤現(xiàn)狀，論述了加強道路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的必要性[5]，然而目前國內(nèi)露天礦山道路設(shè)計中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計步驟及方法等方面沒有一個系統(tǒng)的規(guī)范或規(guī)定[6-7]，礦山道路設(shè)計基本以專業(yè)的礦山道路設(shè)計軟件和一般常規(guī)CAD制圖軟件設(shè)計為主。因此，總結(jié)一套道路施工設(shè)計步驟及方法具有引導(dǎo)設(shè)計方向、指導(dǎo)設(shè)計內(nèi)容和實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的意義。其中明確細(xì)化設(shè)計道路的平面基本路由位置、繪制道路施工平面圖、道路縱斷面圖和道路工程橫剖面及路面結(jié)構(gòu)圖并計算出道路的工程量這一環(huán)節(jié)是礦山道路平面施工圖設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)設(shè)計任務(wù)繁重。為了有效減少道路基建工程量并保證公路路基的安全設(shè)計，需要反復(fù)微調(diào)道路平面路由、反復(fù)繪制道路橫剖面圖，才能實現(xiàn)道路施工設(shè)計安全、經(jīng)濟和科學(xué)合理的設(shè)計目標(biāo)。通過總結(jié)國內(nèi)礦山道路設(shè)計的基本情況，提出實用、便捷的礦山道路施工設(shè)計的步驟及方法，以便為類似施工設(shè)計提供參考。

1 國內(nèi)礦山道路設(shè)計概況

目前，國內(nèi)的露天礦山道路設(shè)計并沒有統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)的礦山都是根據(jù)自身情況，利用CAD、3DMine等軟件完成礦山道路的設(shè)計，也有少部分礦山根據(jù)自身需求利用CAD二次開發(fā)，研發(fā)了自己的礦山道路設(shè)計軟件。在國內(nèi)的礦山道路設(shè)計研究中，邱錦標(biāo)總結(jié)了露天礦山運輸?shù)缆吩O(shè)計施工的路基、路面結(jié)構(gòu)，曲線段、縱斷面設(shè)計及道路定線與養(yǎng)護等技術(shù)要點[8]；王榮等人基于CAD的二次開發(fā)技術(shù)，利用.NET語言研發(fā)了水泥礦山道路設(shè)計軟件，并在項目中成功應(yīng)用[9]；李小軍將MineSight軟件應(yīng)用于德興銅礦礦山道路設(shè)計，實現(xiàn)了采礦工程中的道路設(shè)計，包括相對復(fù)雜的有挖、填工程的山體道路設(shè)計[10]。

國內(nèi)有大量道路橋梁施工設(shè)計軟件，比較知名的有3DM礦業(yè)設(shè)計軟件、GPCAD設(shè)計軟件、Minex 3D礦業(yè)設(shè)計軟件、DATAMINE公司的礦山設(shè)計軟件和SURPAC礦業(yè)設(shè)計軟件、MineSight礦業(yè)設(shè)計軟件及北京卓勤礦業(yè)軟件、遼陽聚進公司開發(fā)的礦業(yè)設(shè)計軟件等。這些設(shè)計軟件全部以CAD繪圖軟件為基礎(chǔ)，通過建立礦山地質(zhì)模型，然后再進行深層次開發(fā)研究出礦業(yè)開采管理的設(shè)計軟件。道路設(shè)計是這些軟件中的一個子項設(shè)計內(nèi)容，優(yōu)點包括①在完成地質(zhì)建模后，道路設(shè)計周期短；②修改設(shè)計方便，計算快捷，根據(jù)設(shè)計者填寫的道路設(shè)計參數(shù)，可以直接得出道路的填方和挖方工程量；③可以直觀的看見道路修建后的三維道路圖形；④道路完成定位后，可以隨意畫取道路縱橫剖面圖。

當(dāng)然，這些軟件也存在一定的不足之處，包括①每個軟件都有獨立的知識產(chǎn)權(quán)，自有的設(shè)計理念和依據(jù)，使用者要進行集中培訓(xùn)方能使用；②道路平面定位的準(zhǔn)確程度完全依賴于礦山地質(zhì)建模，地質(zhì)建模周期長、精度不高、修補費時費力，需要專業(yè)人員進行編錄；③要配置較為先進的計算機才能工作；④軟件中道路定位基本原理是根據(jù)設(shè)計者填寫的道路參數(shù)，通過計算后得出道路三維圖形。設(shè)計人員填寫道路參數(shù)時只是填寫道路的技術(shù)參數(shù)，無法考慮道路路基的安全問題。路基安全穩(wěn)定性只有靠設(shè)計者在形成道路后自行檢驗校核，不是在設(shè)計中一并考慮。

普通的設(shè)計單位沒有礦山道路設(shè)計軟件，只能利用基礎(chǔ)的設(shè)計工具進行道路施工設(shè)計。因設(shè)計者思路不同，其設(shè)計的步驟及方式不同，故采用的設(shè)計工具也不同。一般來說，設(shè)計是由設(shè)計者在CAD軟件下的地質(zhì)地形圖上人工繪制。設(shè)計中數(shù)據(jù)計算沒有計算軟件，是設(shè)計者根據(jù)公式人工利用普通科學(xué)計算器計算后添加到圖紙上。這種方法不僅效率低下，而且容易產(chǎn)生誤差，因此，在沒有專業(yè)軟件的情況下，采用使用便捷的小工具進行輔助設(shè)計是十分必要的。

2 礦山道路施工設(shè)計的步驟及方法

一般礦山道路施工圖設(shè)計4張圖為1套，分別為道路施工平面圖、道路縱斷面圖和道路工程橫剖面圖及道路路面結(jié)構(gòu)圖。在沒有專業(yè)軟件的前提下，如果使用傳統(tǒng)的CAD繪圖以及手動計算，則會顯得相當(dāng)復(fù)雜，而利用本研究提出的方法，采用多個小軟件和自制小文件組合也完全可以達到事半功倍的設(shè)計效果，提出的礦山道路施工設(shè)計步驟及方法如下。

2.1 確定道路參數(shù)及平面路由

首先，根據(jù)設(shè)計道路所處區(qū)域地形條件、物料輸出方向、運輸能力、設(shè)計服務(wù)年限及設(shè)計道路通過的車型等主要因素，確定道路參數(shù)。

其次，根據(jù)道路參數(shù)及設(shè)計道路平面布置的地形條件在道路施工平面圖上初步確定道路平面路由。

最后，參考礦山生產(chǎn)單位意見并現(xiàn)場實際勘察道路路由區(qū)域情況，根據(jù)道路的附加功能及場地條件，多次修訂道路的平面路由。

2.2 工程計算和工程投資預(yù)算

進一步精細(xì)化設(shè)計道路的平面基本路由位置，繪制道路施工平面圖、道路縱斷面圖和道路工程橫剖面及路面結(jié)構(gòu)圖，并計算出道路的工程量和工程投資預(yù)算。該步驟可劃分為：

1）根據(jù)設(shè)計參數(shù)及路基巖性等資料，繪制路面結(jié)構(gòu)圖。

2）在道路施工平面圖上，從公路的起始點設(shè)立百米標(biāo)起點，并分段逐步繪制道路百米標(biāo)。

3）按照路面結(jié)構(gòu)圖、最大公路坡度等參數(shù)、確定的道路的平面基本路由中該部位的地形條件，確定公路中心線位置、該段公路的坡度、變坡點位置道路拐點位置等。

4）在變坡點處設(shè)計縱向(豎曲線)參數(shù)：根據(jù)計算公式，利用Excel軟件的計算功能，自制文件。設(shè)立2個變量，簡便快捷計算出縱向（豎曲線）參數(shù)，自制Excel文件如圖1所示。

圖1 自制Excel文件

5）根據(jù)第3步確定的數(shù)據(jù)，按照一定間距（一般公路按照間距15～30 m繪制，地形條件復(fù)雜的選小值）繪制道路橫剖面圖；地形等高線全的新建公路，可以采用GPCAD設(shè)計軟件方便地生成地形剖面。在地形條件復(fù)雜的區(qū)域采用CAD小插件生成地形剖面圖。在互聯(lián)網(wǎng)上下載一個免費CAD小插件。在CAD軟件上安裝后可以方便地生成道路地形橫剖面圖。目前已經(jīng)超過1 000次效驗，該CAD小插件繪制的道路地形橫剖面圖準(zhǔn)確無誤，CAD小插件安裝后CAD界面圖如圖2所示。

圖2 CAD小插件安裝后CAD界面圖

6）根據(jù)繪制的道路橫剖面確認(rèn)公路中心線位置、公路坡度、道路的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理性，對不符合安全規(guī)范的、有可能產(chǎn)生路基失穩(wěn)隱患的和在經(jīng)濟上不是最科學(xué)合理的部位從第3步從新編制。

7）根據(jù)確定道路的各項數(shù)據(jù)，繪制的道路施工平面圖，利用本院自主研發(fā)編制的CAD小軟件計算公路平面坐標(biāo)表，添加到道路施工平面圖說明內(nèi)。CAD小軟件添加過程如圖3所示。

圖3 CAD小軟件添加過程

8）根據(jù)繪制的道路施工平面圖和得出的公路平面坐標(biāo)表中數(shù)據(jù)，繪制道路縱斷面圖。根據(jù)計算公式，利用Excel軟件的計算功能，自制文件得出繪制道路縱斷面圖所需數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 自制Excel文件

9）整理繪制的道路橫剖面，形成道路工程橫剖面及路面結(jié)構(gòu)圖。

10）從剖面圖中讀取工程填方量和工程挖方量，計算出道路工程量，完成道路工程投資預(yù)算。

3 實施效果

與以往相似道路設(shè)計相比，本方法的實施效果如下：

1）本設(shè)計步驟是把考慮影響道路平面路由因素明確化，設(shè)計者逐一對照并多次與使用單位協(xié)商后確定道路平面路由，故道路設(shè)計的實用性更強。

2）通過采用多個小軟件和自制小文件組合方便制圖和計算，在精細(xì)設(shè)計的前提下，可以提前3～15 d完成設(shè)計任務(wù)；

3）因制圖和計算方便，進行多方案比較容易快捷，完全實現(xiàn)了道路設(shè)計安全、施工方便和工程投資經(jīng)濟合理的設(shè)計目標(biāo)。

近期設(shè)計施工的5條公路，無論是業(yè)主還是道路施工單位都非常滿意，5條公路均達標(biāo)驗收投入使用。

4 結(jié)論

礦山道路的質(zhì)量直接影響到運輸成本和運輸安全。提高礦山道路的質(zhì)量，對降低運輸成本，確保運輸安全，具有十分重要的意義。在大量實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套新的道路施工設(shè)計步驟及方法，明確細(xì)化了設(shè)計道路的平面基本路由位置、繪制道路施工平面圖、道路縱斷面圖和道路工程橫剖面及路面結(jié)構(gòu)圖并計算出道路的工程量。該方法具有引導(dǎo)設(shè)計方向、指導(dǎo)設(shè)計內(nèi)容和實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的意義。

［1］朱明海.露天礦山道路選線設(shè)計及建模研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2012.

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【責(zé)任編輯：解連江】

Steps and methods of mine road construction design

ZHANG Zhaoren1,JIN Min1,WANG Liancheng2
(1.Anshan Iron and Steel Group Mining Design and Research Institute,Anshan 114004,China；2.College of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China)

This paper analyzes the current situation of mine road construction design technology,and puts forward the practical and convenient mine road construction design steps and methods,so as to provide a design reference for similar construction design.

open-pit mine;mine road;construction design

TD

B

1671－9816（2017）03－0077－04

2016-08-31

十二五國家科技支撐計劃課題（2015BAB15B01）

張兆仁（1971—），男，遼寧丹東人，采礦工程師，學(xué)士，1995年7月畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事采礦工程設(shè)計及管理等工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.022

張兆仁，金敏，王連成.礦山道路施工設(shè)計的步驟及方法［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：77-79.