張兆仁，金 敏，王連成

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)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(yáng) 110819）

路橋與建筑

礦山道路施工設(shè)計(jì)的步驟及方法

張兆仁1，金 敏1，王連成2

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)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(yáng) 110819）

分析了目前礦山道路施工設(shè)計(jì)技術(shù)情況，提出實(shí)用、便捷的礦山道路施工設(shè)計(jì)的步驟及方法，以便為類似施工設(shè)計(jì)提供一個(gè)設(shè)計(jì)參考。

露天礦；運(yùn)輸?shù)缆?；施工設(shè)計(jì)

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?gòu)S（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(jì)是礦區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的一部分，包括線路設(shè)計(jì)、路基設(shè)計(jì)、路面設(shè)計(jì)以及相關(guān)施工組織設(shè)計(jì)等，各項(xiàng)設(shè)計(jì)必須遵守《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》。一個(gè)科學(xué)的、合理的、高效的礦山道路路線設(shè)計(jì)，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(yùn)輸成本和運(yùn)輸安全，提高礦山道路的質(zhì)量，對(duì)降低運(yùn)輸成本，確保運(yùn)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(pán)現(xiàn)狀，論述了加強(qiáng)道路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的必要性[5]，然而目前國(guó)內(nèi)露天礦山道路設(shè)計(jì)中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)步驟及方法等方面沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)范或規(guī)定[6-7]，礦山道路設(shè)計(jì)基本以專業(yè)的礦山道路設(shè)計(jì)軟件和一般常規(guī)CAD制圖軟件設(shè)計(jì)為主。因此，總結(jié)一套道路施工設(shè)計(jì)步驟及方法具有引導(dǎo)設(shè)計(jì)方向、指導(dǎo)設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的意義。其中明確細(xì)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)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(jì)，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(shí)現(xiàn)道路施工設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)礦山道路設(shè)計(jì)的基本情況，提出實(shí)用、便捷的礦山道路施工設(shè)計(jì)的步驟及方法，以便為類似施工設(shè)計(jì)提供參考。

1 國(guó)內(nèi)礦山道路設(shè)計(jì)概況

目前，國(guó)內(nèi)的露天礦山道路設(shè)計(jì)并沒(méi)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(jì)，也有少部分礦山根據(jù)自身需求利用CAD二次開(kāi)發(fā)，研發(fā)了自己的礦山道路設(shè)計(jì)軟件。在國(guó)內(nèi)的礦山道路設(shè)計(jì)研究中，邱錦標(biāo)總結(jié)了露天礦山運(yùn)輸?shù)缆吩O(shè)計(jì)施工的路基、路面結(jié)構(gòu)，曲線段、縱斷面設(shè)計(jì)及道路定線與養(yǎng)護(hù)等技術(shù)要點(diǎn)[8]；王榮等人基于CAD的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，利用.NET語(yǔ)言研發(fā)了水泥礦山道路設(shè)計(jì)軟件，并在項(xiàng)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(jì)，實(shí)現(xiàn)了采礦工程中的道路設(shè)計(jì)，包括相對(duì)復(fù)雜的有挖、填工程的山體道路設(shè)計(jì)[10]。

國(guó)內(nèi)有大量道路橋梁施工設(shè)計(jì)軟件，比較知名的有3DM礦業(yè)設(shè)計(jì)軟件、GPCAD設(shè)計(jì)軟件、Minex 3D礦業(yè)設(shè)計(jì)軟件、DATAMINE公司的礦山設(shè)計(jì)軟件和SURPAC礦業(yè)設(shè)計(jì)軟件、MineSight礦業(yè)設(shè)計(jì)軟件及北京卓勤礦業(yè)軟件、遼陽(yáng)聚進(jìn)公司開(kāi)發(fā)的礦業(yè)設(shè)計(jì)軟件等。這些設(shè)計(jì)軟件全部以CAD繪圖軟件為基礎(chǔ)，通過(guò)建立礦山地質(zhì)模型，然后再進(jìn)行深層次開(kāi)發(fā)研究出礦業(yè)開(kāi)采管理的設(shè)計(jì)軟件。道路設(shè)計(jì)是這些軟件中的一個(gè)子項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，優(yōu)點(diǎn)包括①在完成地質(zhì)建模后，道路設(shè)計(jì)周期短；②修改設(shè)計(jì)方便，計(jì)算快捷，根據(jù)設(shè)計(jì)者填寫(xiě)的道路設(shè)計(jì)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(jiàn)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(huà)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(gè)軟件都有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，自有的設(shè)計(jì)理念和依據(jù)，使用者要進(jìn)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(zhǎng)、精度不高、修補(bǔ)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要專業(yè)人員進(jìn)行編錄；③要配置較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)才能工作；④軟件中道路定位基本原理是根據(jù)設(shè)計(jì)者填寫(xiě)的道路參數(shù)，通過(guò)計(jì)算后得出道路三維圖形。設(shè)計(jì)人員填寫(xiě)道路參數(shù)時(shí)只是填寫(xiě)道路的技術(shù)參數(shù)，無(wú)法考慮道路路基的安全問(wèn)題。路基安全穩(wěn)定性只有靠設(shè)計(jì)者在形成道路后自行檢驗(yàn)校核，不是在設(shè)計(jì)中一并考慮。

普通的設(shè)計(jì)單位沒(méi)有礦山道路設(shè)計(jì)軟件，只能利用基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行道路施工設(shè)計(jì)。因設(shè)計(jì)者思路不同，其設(shè)計(jì)的步驟及方式不同，故采用的設(shè)計(jì)工具也不同。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)者在CAD軟件下的地質(zhì)地形圖上人工繪制。設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)計(jì)算沒(méi)有計(jì)算軟件，是設(shè)計(jì)者根據(jù)公式人工利用普通科學(xué)計(jì)算器計(jì)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(méi)有專業(yè)軟件的情況下，采用使用便捷的小工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)是十分必要的。

2 礦山道路施工設(shè)計(jì)的步驟及方法

一般礦山道路施工圖設(shè)計(jì)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(méi)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(dòng)計(jì)算，則會(huì)顯得相當(dāng)復(fù)雜，而利用本研究提出的方法，采用多個(gè)小軟件和自制小文件組合也完全可以達(dá)到事半功倍的設(shè)計(jì)效果，提出的礦山道路施工設(shè)計(jì)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(jì)道路所處區(qū)域地形條件、物料輸出方向、運(yùn)輸能力、設(shè)計(jì)服務(wù)年限及設(shè)計(jì)道路通過(guò)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(jì)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(jiàn)并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察道路路由區(qū)域情況，根據(jù)道路的附加功能及場(chǎng)地條件，多次修訂道路的平面路由。

2.2 工程計(jì)算和工程投資預(yù)算

進(jìn)一步精細(xì)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)設(shè)立百米標(biāo)起點(diǎn)，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(diǎn)位置道路拐點(diǎn)位置等。

4）在變坡點(diǎn)處設(shè)計(jì)縱向(豎曲線)參數(shù)：根據(jù)計(jì)算公式，利用Excel軟件的計(jì)算功能，自制文件。設(shè)立2個(gè)變量，簡(jiǎn)便快捷計(jì)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(jì)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(gè)免費(fèi)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(guò)1 000次效驗(yàn)，該CAD小插件繪制的道路地形橫剖面圖準(zhǔn)確無(wú)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(jì)合理性，對(duì)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(jì)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(xiàng)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(jì)算公路平面坐標(biāo)表，添加到道路施工平面圖說(shuō)明內(nèi)。CAD小軟件添加過(guò)程如圖3所示。

圖3 CAD小軟件添加過(guò)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(jì)算公式，利用Excel軟件的計(jì)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(jì)算出道路工程量，完成道路工程投資預(yù)算。

3 實(shí)施效果

與以往相似道路設(shè)計(jì)相比，本方法的實(shí)施效果如下：

1）本設(shè)計(jì)步驟是把考慮影響道路平面路由因素明確化，設(shè)計(jì)者逐一對(duì)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(jì)的實(shí)用性更強(qiáng)。

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

3）因制圖和計(jì)算方便，進(jìn)行多方案比較容易快捷，完全實(shí)現(xiàn)了道路設(shè)計(jì)安全、施工方便和工程投資經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

近期設(shè)計(jì)施工的5條公路，無(wú)論是業(yè)主還是道路施工單位都非常滿意，5條公路均達(dá)標(biāo)驗(yàn)收投入使用。

4 結(jié)論

礦山道路的質(zhì)量直接影響到運(yùn)輸成本和運(yùn)輸安全。提高礦山道路的質(zhì)量，對(duì)降低運(yùn)輸成本，確保運(yùn)輸安全，具有十分重要的意義。在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套新的道路施工設(shè)計(jì)步驟及方法，明確細(xì)化了設(shè)計(jì)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(jì)算出道路的工程量。該方法具有引導(dǎo)設(shè)計(jì)方向、指導(dǎo)設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的意義。

［1］朱明海.露天礦山道路選線設(shè)計(jì)及建模研究［D］.長(zhǎng)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(guó)家科技支撐計(jì)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(jì)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(jì)的步驟及方法［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：77-79.