新建铁路路基设计系统的设计

●线路/路基●新建铁路路基设计系统的设计孔德立(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600)摘要新建铁路路基设计系统,是为设计人员搭建的一个路基设计平台,设计人员利用该平台完成绝大部分设计、绘图、计算等任务,适用于新建铁路路基设计的各个阶段。该系统采用VC+ +、ObjectARX和Sqlite 技术实现,能够运行于AutoCAD2008及AutoCAD2010平台下。关键词新建铁路 路 基设计AutoCAD中图分类号U213. 1; TP311文i献标识码A文章编号1009 -4539 (2016)增1 -0287-04.Design on Roadbed Design System of the Newly-built RailwayKong Deli( China Railway Fifth Survey and Design Instiute Group Co. Ld. ，Beiing 102600, China)Abstract The roadbed design system of newly-built railway is a roadbed design platform which is built for the designers.The designers use the platform to complete the majority design, drawing and computing task. The system is applicable tovarious stages of the design of newly-built railway subgrade. The system is realized through VC+ + , ObjectARX and Sqlitetechnology, which can run on AutoCAD2008 and AutoCAD2010 platform.Key words newly-built railway; roadbed design; AutoCAD1项目背景2系统开发环境及支撑软件1.1铁路路基工程设计特点2.1开 发环境铁路路基工程具有点多面广、类型繁杂的特系统开发环境如表1所示。点川;设计本身工作量大,包括工点设计、数量计算表1开发环境和排水用地设计等具体工作内容;并且和各个专业开发工具Microsoft Visual Sudio 8. 0/9. 0衔接非常密切,如果其他专业对设计方案做出变AutoCAD开发包ObjectARX2008/2010更,路基专业也要跟着进行调整。数据库SQLITE 3.7界面库BCGSoft 10. 01.2 必要性目前市场上流行的软件,主要来自软件公司和2.2支撑软件同类铁路设计院。软件公司的软件都是针对公路系统正常运行需要的支撑软件如表2所示。路基工程设计的;同类铁路设计院中的软件,基本上都是针对施工单位项目特点和专业分工进行设表2支撑软件计的,功能参差不齐;根本满足不了生产要求,更重操作系统Windows XP、vista、win7(32位系统)AutoCAD平台AutoCAD2008、AutoCAD2010要的是更新和后期维护相当的困难。中国煤化工: EXCEI207.EXCEL2010生产工具的落后已经成为制约生产效率的主要CNMH G瓶颈。因此,研发铁路路基设计系统,满足生产需求3》H比以及提高生产效率,已成为路基专业的迫切需求。系统吸收了国内专业软件在设计计算,处理成收稿日期:2016 -03 - 19图等方面的优点,以实现灵活设计,方案变更后避.铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016(增1 )287●线路/路基.免重复设计为原则,实现的核心功能如下:板[10]为基础进行输出,更灵活;出表时,将堤堑措施(1)三维数模(2] ,根据矢量化地形图,程序自动分开，更符合项目的实际情况,输出的结果清晰明了。沿中线方向切割出任意间距及宽度的横断面，生成(8)自动排版出图，系统按照先设计,后排版的图形文件和数据文件。主要为设计人员在设计前方式进行排版出图,更加合理。对图签和页面下标期各阶段进行方案研究、方案比选;外业勘察阶段的修改等编辑操作十分方便"1-12]1为路基设计提供地面信息、校核实测断面等工作。(9)排水用地设计,根据横断面设计时的数据,程序采用局部构建三角网[3-51]的方式,对硬件要求生成排水用地。并且提供了修改、编辑桩和水沟的低,切割横断面高效的特点。功能,方便用户手动处理。针对最终的成果,系统(2)横断面数字化,将填绘的横断面图形转化可以输出用地数量表、排水工程数量表、用地桩坐成系统识别的格式。该功能实现了真正意义上的标表、用地桩数量表。横断面数字化,可以快速方便地将横断面的图形格4程序结构框架及基础数据格式说明式,转换成数据文件,包括地面线、地层线、地层信息、地层编号、地质年代、特殊线(水位线、湿陷性黏4.1程序 结构框架土分界线)等信息「6];具有根据数据文件生成图形系统程序框架结构如图1所示。的功能,方便设计人员校对。(3)数据管理,对路基技术标准、线路平纵断面RmArx通业相关数据、横断面数据、路基工点及专业接口等数模RmDesign| RmExcel|:块块据进行导人、导出、计算、编辑检查等。公共库RmData(4)工点设计,该功能实现了填料设计、边坡坡RmCore率及坡高设计、边坡支挡防护设计、地基处理、基床Inc| :RmStartup| RmSqlite造成引用处理、排水设计等。系统采用一般设计原则对整个Lib ;RmVerfiyRmSrc工点进行“戴帽”设计,然后再对横断面进行具体工程措施的设计。这样的设计方式符合设计人员的图1程序结构框架操作习惯,容易理解和应用。无论是针对单个断面还是多个断面操作,都具有方便、灵活、高效的特系统程序结构主要分为通用模块和业务模块,点。用户关心的参数都被保存在文件中,方便用户其中通用模块主要包括RmArx(AutoCAD相关操.在不同断面和工点设计时,进行移植和组合。系统作)、RmExcel(Excel相关操作)、RmCore(通用操对复杂的设计，处理时也比较方便。如护道、台阶、作)、RmSqlite(数据库相关操作)和RmSrc(外部引水沟顺坡,反坡排水[7-8]、平整地面线等。用文件);业务模块主要包括RmDesign( AutoCAD绘(5)段落交互,设计人员对具体工程措施的起终图)、RmData(基础数据管理)、RmStartup(多版本系点进行交互设计,系统默认按平均距离统计工程措施统启动管理)和RmVerfiy(系统加密管理)。的起终点。统计时,自动按路堤、路堑将工程措施分4.2基础数据格式开,让设计人员设计时,更清晰准确。该功能还提供基础数据文件中，除了原始横断面数据文件为了自动生成设计说明及自动实现段落标注的功能。文本文件外,其余都是Excel格式文件。(6)正面图和平面图,系统根据工程措施起终点，自(1)断链表动绘制出正面图和平面图,操作过程方便快捷。可根据格式:逻辑冠号、起点里程、终点里程、实际设计人员的需要,生成自定义比例尺的正面图及平面图;冠号。绘制平面图时,提供绘制全部桩和部分桩的功能。中国煤化工作,长链的情况下,前里(7)土石方、支挡及加固防护工程量计算及出.JHCNMH G,这将导致里程不唯表,土石方计算支持多种复杂的地形[91 ,编辑土石方一。为了解决这个问题,用“逻辑冠号”区分,实际数量方便快捷。根据需要,随时都可以更改土石方出图时，使用“实际冠号”。如果“实际冠号”为空系数,而不需要再次计算。工程量计算采用Excel模时,意味着“逻辑冠号”和“实际冠号”一样。288铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016 (增1 )●线路/路基.(2)桩号标高表立操作。格式:冠号、里程、地面标高。(2)将设计参数都以文件的形式进行后台保说明:里程小数点精确到2位小数。系统认为两存,方便用户复用这些数据。个里程的误差范围在0.01内,就是同一个横断面。(3)设计方案可以从横断面中获取,也可以很(3 )线间距表方便的应用到横断面上。保证横断面基础数据发格式:冠号、里程、线间距。生变化后,仍能按原先的方案进行设计。如:线路说明:“线间距”大于0时,表示设计线右偏;小纵断面调整。于0时,表示设计线左偏。6关键技术(4)变坡点数据表格式:冠号、里程、竖曲线半径、设计高程。6.1采用 嵌入式数据库SQLITE说明:设计高程可以是轨面设计高程,也可以系统采用开源数据库SQLITE作为后台数据库,其是路肩高程。系统根据项目配置来进行判断。操作和数据库源码均被封装在RmSqlite. dll中。这样使得系统结构更紧凑、使用更便捷、运行更独立。(5)曲线表格式:起点冠号里程、终点冠号里程、前缓长、6.2操作界 面采用后台配置技术系统的操作界面包括界板组织、菜单、工具条后缓长、半径、偏角。说明:偏角只用到正负值,正值表示曲线左偏，按钮全是采用配置的方式布局的。在增减系统功能时,可以灵活配置。负值表示右偏。6.3 快速、高效的数字化处理方式(6)原始横断面数据在处理横断面数字化问题上,系统采用一个横格式:系统自定义的文本格式。说明:用于表示地面线、地层线、地层信息、地层编断面框选一-次的处理方式,大大提高了生产效率。号,地质年代特殊线(水位线、湿陷性黏土分界线)等。系统将DWG格式的图形文件,解析成系统可以识别的文本格式。在解析DWG的过程中，系统可以5主要解决问题思路灵活控制需要处理的CAD元素。实际设计时主要存在的问题是,设计任务本身6.4采用局部构网方式进行三角网建模在地形图上进行建立三角网模型时,由于地形工作量大,情况复杂;以及路基专业跟其他专业衔图比较大,对整个地形图建网效率低,使用性能差。接密集,其他专业或设计方案变更后,路基专业都系统采用沿线路方向局部构建三角网的方式，每次会受到影响,随即带来的就是大的工作量。5.1针对设计工作量大而复杂提供的解决方案仅对以线路为中心的一个矩形范围内构网,超出矩(1)采用符合设计人员习惯,容易理解的方式形范围后,再重新构网。这就解决了构网速度慢，进行操作。也就是先进行一般设计原则的应用，然使用率低的问题。后再进行具体工程措施的设计。7结束语(2)针对特殊复杂的设计,提供特殊的设计方新建铁路路基设计系统是建立在清晰的数据式。例如平整地面线操作,用户可以指定多段线表管理与良好的数据组织之上的,能够解决变更和复示平整后的地面线。杂设计带来的问题。该系统已经成功应用于金华(3)提供良好的操作界面及交互机制。设计窗口至台州初步设计和施工图阶段、中卫至兰州初步设支持停靠方式和浮动方式,并且提供快捷键操作;用户计阶段、师宗至文山投标阶段以及青岛地铁初步设.输人参数时,提供智能提示及右键后,可以选择输人。计和施工图阶段。应用结果表明,该系统大大提高(4)提供多种工程措施和辅助设计功能。如绘了设中国煤化工量,取得了良好的经济制工程线、显示高程等。效益YHCNMHG(5)提供完备清晰的数据检查功能。参考文献5.2针对变 更设计提供的解决方案(1)将基础数据组织划分清晰,保证数据的独[1] 陈忠达路基路面工程[ M].北京:人民交通出版社,铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016(增1 )289●线路/路基.2006:11.技术,2001(4):44 -46.[2]易思荣.铁路选线设计[M]. 2版.成都:西南交通大[8]毛昌玉.铁路站场平面CAD系统的模型设计[J].铁学出版社,2006:121 - 125.道建筑技术,2012(7):5-7.[3]郝瀛。铁道工程[ M].北京:中国铁道出版社2000.81 -85.[9]石振明.工程地质学[ M].北京:中国建筑工业出版.4]郝瀛.铁路选线设计[M].北京:中国铁道出版社,社,2011:23 -25.1987:113- 115.[10] Excel Hone. FExcel 2010数据处理及分析[M].北京:[5]胡光常.铁路屏幕选线三维联动技术研究[J].铁道建人民邮电出版社,2014:123 - 145.筑技术,2005( 10):67 -69. .[11] 国家铁路局. TB/T 10058 - 2015 铁路工程制图标准[6] 李隽蓬,谢强.土木工程地质[M]. 成都:西南交通大[S].北京:中国铁道出版社,2015:7- 18.学出版社,2001 :34.[12] 国家铁路局. TB/T 10059 -2015 铁路工程图形符号.[7]桂建乐.关于路基排水有关问题的探讨[J].铁道建筑标准[S].北京:中国铁道出版社,2015:12- 17.(. 上接第192页)(3)近接施工时,后行洞对先行洞的影响是一对比数值模拟与现场监测的数值,如表3所示。个动态持续的过程;不同部位径向压力的变化不尽各监测点径向应力值基本相当，后行洞对先行洞的相同,在盾构近接施工过程中应根据不同位置处的影响均表现为对管片水平位置的影响较大,对管片应力变化特点采取相应的控制措施。竖直方向影响较小;各监测点在数值模拟所得的径参考文献向应力基本大于现场监测的应力值,但相差不大。在一定程度.上表明,径向应力的数值模拟较为成[1]何川,封坤,方勇.盾构法修建地铁隧道的技术现状与功,模拟结果可信度较高。展望[J].西南交通大学学报,2015(1):97 - 109.王梦恕、中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问表3径向应力对 比分析MPa题及发展思路[J].隧道建设,2014(3):179- 187.测点位置左侧右侧拱顶拱底王博.软土地区盾构下穿既有铁路安全分析[J].铁数值模拟0.870. 670.42现场监测0.960.850.410. 28道建筑技术,2012(5):101 -118.[4]张晓清,张孟喜,吴应明,等.多线叠交盾构隧道近接施工模型试验[J]..上海交通大学学报,2015(7):1040 - 1045.5结论[5 ]路平,蒋辉,郑刚，盾构隧道的近接施工对已建隧道产生通过数值模拟与现场实验结果分析,可以得出的影响[J].北京工业大学学报,2014(8);1121 -1127.[6]王宗勇,赵香萍,田晓峰.土压盾构机截除立交桥群桩以下几点规律:施工关键技术[J].铁道建筑技术,2012(1) :80 - 84.(1)随时间推移,各监测断面对应的径向应力王明年,张晓军,苟明中,等.盾构隧道掘进全过程三先缓慢增大,随后增长速率显著增加,当径向应力维模拟方法及重叠段近接分区研究[J].岩土力学,增加到一定程度的时候,其值趋于稳定。因此，可2012(1):273 - 279.以将径向应力监测曲线划分为3个阶段:第- -阶段李源潮.地铁盾构隧道长距离近接高架桥桥桩保护方为微细压缩阶段,主要是土体结构的微细压缩造成案[J].铁道建筑技术,2013(1):11 -16.的;第二阶段为应力剧增阶段,说明盾构在通过监[9 ]李学峰,杜守继,张顶锋.新建盾构隧道施工对近接平测断面时,土体受到了较大的盾构推挤作用;第三行隧道的影响分析[J].地下空间与工程学报,2012阶段为应力稳定阶段,近接施工通过后,土体压应(5) :1065 - 1069.[10]王腾飞盾构隧道近接施工对既有市政隧道的影响分力趋于稳定值。析[1].交通科技2011(3):44 -47.(2)对比监测断面各对应位置处的径向应力稳中国煤化工学桩基的数值计算与分析定值可知,管片左侧土压力的变化最大,其次是管片右侧，再次为管片顶部,最小为管片底部。说明YHC N M H G1):118-121.[12] 王培利,雷震宇,周骏,等.盾构隧道近距离平行穿越盾构后行洞施工过程中,对隧道左侧土压力影响最.原水管道沉降分析[J].现代城市轨道交通,2015大,且在水平方向上的影响大于竖直方向上的影响。(6) :38 -41.290铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2016 (增1 )