三视图在削竹式洞门施工放样中的应用

马希平

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 概述

洞门是隧道的重要组成部分，也是隧道进出口的标志性建筑，其美观作用越来越受到重视。削竹式洞门由于线条简洁明了，形式美观大方，并且能够最大限度地保持原有的山体平衡和自然景观，减少了洞口山体的开挖与扰动，符合“早进晚出”的原则，因而在公路隧道洞门设计中应用越来越多。但是它的施工放样工作具有一定的难度。通常削竹式洞门的施工放样，点位都是通过仪器测量，放样过程繁琐。另外，地形方面，隧道洞口多沟壑、树木等阻碍，有时需要打转点才能通视，严重的情况下，则无法精确地完成放样工作。

笔者针对工作中遇到的问题，结合AutoCAD二维绘图功能进行了数据对比分析，并经过毛想寨隧道左线削竹式洞门施工实践的检验，总结提出了利用三视图指导削竹式洞门施工放样的方法。该方法不仅操作简单明了，而且便于施工过程中的控制与校核。以下将结合毛想寨隧道左线洞门施工放样过程，对该方法进行详细地说明论证。

2 工程概况

毛想寨隧道左线进口位于国家高速公路十堰—天水联络线安康段第六合同段内，隧道长2 342 m，属长隧道，最大埋深380 m。隧道按照新奥法原理设计，采用单心圆曲墙式复合衬砌，进口里程为ZK215+914.2，洞门形式设计为削竹式洞门。

3 斜截面内轮廓的施工放样

3.1 论证思路

图1为毛想寨隧道左线洞门设计图，隧道衬砌内轮廓半径R= 557 cm，衬砌厚度为60 cm，洞门斜截面的坡比为1∶n=1∶0.75，斜截面最底端与圆心O在同一高度。衬砌施工采用先墙后拱法，先施作洞门两侧边墙，其中同一衬砌断面两侧的边墙顶部施工至同一标高，然后将衬砌台车进行准确定位。

图1 洞门设计图

洞门施工放样的主要工作是确定堵头板与台车模板交线上各点(以下简称为“关键点”)的位置。因为各关键点均位于台车模板表面，所以只需要再确定以下两个因素：

1)各关键点的“里程”;

2)各关键点(沿台车表面)距台车顶部的“弧长”，即可确定各关键点的位置。

因为各关键点沿台车轴线方向的投影均在衬砌的内轮廓线上，即位于R=557 cm的同一圆上。所以可以先在R=557 cm的圆上选定若干个关键点。这样因素2)中的“弧长”问题也就随之确定了，只剩下因素1)中的“里程”待定。下面将在AutoCAD的作图过程中，利用三视图的投影规则来进行论证，并且将里程确定下来。

在确定里程的过程中，势必需要有一个带有里程的基准点及一个方向控制点。这里用全站仪在台车顶部测设出里程ZK215+ 918.377 5处的拱顶点(下文中的关键点1)及台车拱顶的另一里程点n，点1与点n的连线平行于台车的轴线。

3.2 作图论证及施工放样

3.2.1 确定弧长

在AutoCAD中作图，由图1容易得到斜截面内轮廓部分对应的主视图与左视图。

这里先在主视图中将R=557 cm的上半圆进行定距等分，即按照相同的弧长进行12等分，每份弧长对应的圆心角为15°，得到关键点1～13，其中，关键点1即为用全站仪在ZK215+918.377 5处台车拱顶测设的里程参照点。这样，各关键点的弧长就可以从AutoCAD中直接量取得到。例如，点1与点2沿台车表面的弧长A=1 458.2 mm。各关键点沿台车模板表面距台车拱顶的弧长数据如表1所示。

表1 各关键点距台车拱顶的弧长数据

利用主视图与左视图“高平齐”的投影规则，得到主视图中点1～13在左视图中的各点位。

3.2.2 确定里程

为了确定各关键点的里程，这里我们假设左视图中的点1与点2的水平距离D1数值上等于点1与点2的相对里程差，下面将予以证明。

容易知道，在俯视图中，点1～点13仍位于斜截面内轮廓的投影上，如图2所示。

由三视图投影规则，左视图与俯视图“宽相等”得知，D1=D2。而俯视图中的D2为点1与点2沿台车轴线方向的水平距离，即点1与点2的相对里程差。所以，D1数值上等于点1与点2沿台车轴线方向的相对里程差，假设成立。

图2 斜截面内轮廓的三视图

由AutoCAD量出D1=142.3 mm。其他关键点的相对于点1的里程差也可以依次量出，如表2所示。

表2 各关键点与点1的相对里程差

其中，点1的里程为：ZK215+918.377 5，这样各点的里程都可以求出，例如，点7的里程为ZK215+914.2。

3.2.3 施工放样

点1的位置已由测量确定，接下来定位点2。在台车顶部，由点1向点n画一条直线。然后根据表2的数据，在线上由点1为起始点向点n方向量取142.3 mm，该点与点2位于同一里程上，记为点a。

然后由点a沿台车右侧表面向下量取表1中的弧长1 458.2 mm，可得到关键点2的实际位置。将点2的位置用钢钉划十字标记，并用红喷漆将标记圈住。同理，可以得到其他各关键点的位置，如图3所示。

图3 关键点位置图

这里量取弧长时，绳或尺所在的平面，要与台车轴线垂直。为保证二者的垂直关系，可以在边墙顶部测设与拱顶同里程的两参照点1'，n'，然后根据表2中的数据，在边墙顶部同步找到与点a位于同一里程的点a'，拉线绷紧连接点a与点a'，则线所在平面与台车轴线垂直。

3.3 小结

用三视图指导削竹式洞门内轮廓施工放样的过程为：

1)在AutoCAD中作斜截面内轮廓的主视图及左视图，取点后分别量取弧长及相对里程差;

2)在台车拱顶测设两点作为里程基准点及方向控制点;

3)用弧长及相对里程差数据测设各关键点的位置。该方法简化了施工放样过程，也便于施工人员操作和自行校核。

4 堵头板的施工放样

4.1 施工放样思路

堵头板内、外轮廓线分别由衬砌断面内、外轮廓线(单心圆)在斜截面上的投影所得，这里圆的斜投影为椭圆。

先看堵头板的内轮廓。根据三视图可知堵头板内轮廓的短轴即为衬砌断面内轮廓的直径，所以短半轴长为a=557 cm。而长半轴长可以在AutoCAD中的左视图中量得，为b=669.25 cm。知道了椭圆的长半轴与短半轴的长度，就可以通过算式c=sqrt(a2-b2)求得焦距长的一半c=sqrt(6.692 52-5.572)=3.71 m= 371 cm。这样，就可以画出堵头板的内轮廓的椭圆了。同理，可以得到外轮廓椭圆的相关数据，a'=771.25 cm，b'=617 cm，c'= 462.75 cm。

4.2 施工放样及加工安装

1)在平整的空地上画出直角坐标系OXY，并在X轴上圆心两侧371 cm处用钉子标出焦点1，焦点2;

2)准备一根细绳，将绳子的两端分别系在焦点1与焦点2上，并使得两端点之间细绳的展开长度为2a=1 114 cm;

3)用一根钉子将绳绷紧，保持绳子平行于地面，用钉尖在X轴正方向180°范围内画出堵头板内轮廓的椭圆弧，如图4所示;用同样的方法画出堵头板外轮廓的椭圆弧，这样就得到了堵头板的形状，如图5所示;

图4 堵头板内轮廓施工放样

图5 堵头板形状

4)将编好号码的长方形竹胶板从左至右依次覆盖图5中椭圆弧围成的区域，竹胶板放置方式为：每块竹胶板都要平行于地面，奇数号放在下层，偶数号放在上层;

5)将步骤3)中的钉子换成红色的木工笔，然后再将内、外轮廓线画在这竹胶板上，并且在下层竹胶板上沿相邻板的交线画上红线;

6)沿红线将竹胶板进行切割，并按编号顺序沿台车上画出的交线依次进行安装固定。

4.3 小结

以上方法加工的堵头板，其内、外轮廓的边缘都是圆顺的，较之由多个测定点位连线的方法，该方法控制性更强。

5 结语

本文结合毛想寨隧道左线洞门施工放样过程，论证了三视图指导削竹式洞门施工放样方法的可行性，为今后削竹式洞门的施工放样工作积累了经验。本文中，毛想寨隧道左线削竹式洞门的斜截面仅为半个椭圆，而对于斜截面延伸至椭圆圆心以下的情况，该方法同样适用。

［1］ 姜 勇.机械制图与计算机绘图［M］.北京：人民邮电出版社，2010：1-347.