三視圖在削竹式洞門施工放樣中的應用

馬希平

(中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 概述

洞門是隧道的重要組成部分，也是隧道進出口的標志性建筑，其美觀作用越來越受到重視。削竹式洞門由于線條簡潔明了，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挖與擾動，符合“早進晚出”的原則，因而在公路隧道洞門設計中應用越來越多。但是它的施工放樣工作具有一定的難度。通常削竹式洞門的施工放樣，點位都是通過儀器測量，放樣過程繁瑣。另外，地形方面，隧道洞口多溝壑、樹木等阻礙，有時需要打轉點才能通視，嚴重的情況下，則無法精確地完成放樣工作。

筆者針對工作中遇到的問題，結合AutoCAD二維繪圖功能進行了數據對比分析，并經過毛想寨隧道左線削竹式洞門施工實踐的檢驗，總結提出了利用三視圖指導削竹式洞門施工放樣的方法。該方法不僅操作簡單明了，而且便于施工過程中的控制與校核。以下將結合毛想寨隧道左線洞門施工放樣過程，對該方法進行詳細地說明論證。

2 工程概況

毛想寨隧道左線進口位于國家高速公路十堰—天水聯絡線安康段第六合同段內，隧道長2 342 m，屬長隧道，最大埋深380 m。隧道按照新奧法原理設計，采用單心圓曲墻式復合襯砌，進口里程為ZK215+914.2，洞門形式設計為削竹式洞門。

3 斜截面內輪廓的施工放樣

3.1 論證思路

圖1為毛想寨隧道左線洞門設計圖，隧道襯砌內輪廓半徑R= 557 cm，襯砌厚度為60 cm，洞門斜截面的坡比為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，先施作洞門兩側邊墻，其中同一襯砌斷面兩側的邊墻頂部施工至同一標高，然后將襯砌臺車進行準確定位。

圖1 洞門設計圖

洞門施工放樣的主要工作是確定堵頭板與臺車模板交線上各點(以下簡稱為“關鍵點”)的位置。因為各關鍵點均位于臺車模板表面，所以只需要再確定以下兩個因素：

1)各關鍵點的“里程”;

2)各關鍵點(沿臺車表面)距臺車頂部的“弧長”，即可確定各關鍵點的位置。

因為各關鍵點沿臺車軸線方向的投影均在襯砌的內輪廓線上，即位于R=557 cm的同一圓上。所以可以先在R=557 cm的圓上選定若干個關鍵點。這樣因素2)中的“弧長”問題也就隨之確定了，只剩下因素1)中的“里程”待定。下面將在AutoCAD的作圖過程中，利用三視圖的投影規則來進行論證，并且將里程確定下來。

在確定里程的過程中，勢必需要有一個帶有里程的基準點及一個方向控制點。這里用全站儀在臺車頂部測設出里程ZK215+ 918.377 5處的拱頂點(下文中的關鍵點1)及臺車拱頂的另一里程點n，點1與點n的連線平行于臺車的軸線。

3.2 作圖論證及施工放樣

3.2.1 確定弧長

在AutoCAD中作圖，由圖1容易得到斜截面內輪廓部分對應的主視圖與左視圖。

這里先在主視圖中將R=557 cm的上半圓進行定距等分，即按照相同的弧長進行12等分，每份弧長對應的圓心角為15°，得到關鍵點1～13，其中，關鍵點1即為用全站儀在ZK215+918.377 5處臺車拱頂測設的里程參照點。這樣，各關鍵點的弧長就可以從AutoCAD中直接量取得到。例如，點1與點2沿臺車表面的弧長A=1 458.2 mm。各關鍵點沿臺車模板表面距臺車拱頂的弧長數據如表1所示。

表1 各關鍵點距臺車拱頂的弧長數據

利用主視圖與左視圖“高平齊”的投影規則，得到主視圖中點1～13在左視圖中的各點位。

3.2.2 確定里程

為了確定各關鍵點的里程，這里我們假設左視圖中的點1與點2的水平距離D1數值上等于點1與點2的相對里程差，下面將予以證明。

容易知道，在俯視圖中，點1～點13仍位于斜截面內輪廓的投影上，如圖2所示。

由三視圖投影規則，左視圖與俯視圖“寬相等”得知，D1=D2。而俯視圖中的D2為點1與點2沿臺車軸線方向的水平距離，即點1與點2的相對里程差。所以，D1數值上等于點1與點2沿臺車軸線方向的相對里程差，假設成立。

圖2 斜截面內輪廓的三視圖

由AutoCAD量出D1=142.3 mm。其他關鍵點的相對于點1的里程差也可以依次量出，如表2所示。

表2 各關鍵點與點1的相對里程差

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

3.2.3 施工放樣

點1的位置已由測量確定，接下來定位點2。在臺車頂部，由點1向點n畫一條直線。然后根據表2的數據，在線上由點1為起始點向點n方向量取142.3 mm，該點與點2位于同一里程上，記為點a。

然后由點a沿臺車右側表面向下量取表1中的弧長1 458.2 mm，可得到關鍵點2的實際位置。將點2的位置用鋼釘劃十字標記，并用紅噴漆將標記圈住。同理，可以得到其他各關鍵點的位置，如圖3所示。

圖3 關鍵點位置圖

這里量取弧長時，繩或尺所在的平面，要與臺車軸線垂直。為保證二者的垂直關系，可以在邊墻頂部測設與拱頂同里程的兩參照點1'，n'，然后根據表2中的數據，在邊墻頂部同步找到與點a位于同一里程的點a'，拉線繃緊連接點a與點a'，則線所在平面與臺車軸線垂直。

3.3 小結

用三視圖指導削竹式洞門內輪廓施工放樣的過程為：

1)在AutoCAD中作斜截面內輪廓的主視圖及左視圖，取點后分別量取弧長及相對里程差;

2)在臺車拱頂測設兩點作為里程基準點及方向控制點;

3)用弧長及相對里程差數據測設各關鍵點的位置。該方法簡化了施工放樣過程，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、外輪廓線分別由襯砌斷面內、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。

先看堵頭板的內輪廓。根據三視圖可知堵頭板內輪廓的短軸即為襯砌斷面內輪廓的直徑，所以短半軸長為a=557 cm。而長半軸長可以在AutoCAD中的左視圖中量得，為b=669.25 cm。知道了橢圓的長半軸與短半軸的長度，就可以通過算式c=sqrt(a2-b2)求得焦距長的一半c=sqrt(6.692 52-5.572)=3.71 m= 371 cm。這樣，就可以畫出堵頭板的內輪廓的橢圓了。同理，可以得到外輪廓橢圓的相關數據，a'=771.25 cm，b'=617 cm，c'= 462.75 cm。

4.2 施工放樣及加工安裝

1)在平整的空地上畫出直角坐標系OXY，并在X軸上圓心兩側371 cm處用釘子標出焦點1，焦點2;

2)準備一根細繩，將繩子的兩端分別系在焦點1與焦點2上，并使得兩端點之間細繩的展開長度為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°范圍內畫出堵頭板內輪廓的橢圓弧，如圖4所示;用同樣的方法畫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 堵頭板內輪廓施工放樣

圖5 堵頭板形狀

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

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

6)沿紅線將竹膠板進行切割，并按編號順序沿臺車上畫出的交線依次進行安裝固定。

4.3 小結

以上方法加工的堵頭板，其內、外輪廓的邊緣都是圓順的，較之由多個測定點位連線的方法，該方法控制性更強。

5 結語

本文結合毛想寨隧道左線洞門施工放樣過程，論證了三視圖指導削竹式洞門施工放樣方法的可行性，為今后削竹式洞門的施工放樣工作積累了經驗。本文中，毛想寨隧道左線削竹式洞門的斜截面僅為半個橢圓，而對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.機械制圖與計算機繪圖［M］.北京：人民郵電出版社，2010：1-347.