基于CAD技术的隧道断面图绘制方法研究

基于CAD技术的隧道断面图绘制方法研究

吕光智

（中交一航局第五工程有限公司 河北 秦皇岛  300450）

摘  要：随着计算机辅助设计（CAD）技术在公路工程领域的广泛应用，隧道工程的设计和施工过程也得到了很大的简化。本文主要研究了基于CAD技术的隧道断面图绘制方法，通过对现有设计文件中隧道断面进行分析，提出了一种基于CAD技术的绘制方法。该方法利用CAD软件的功能，实现了隧道断面图的快速、准确和高效绘制，为隧道工程的断面测量、图纸复核、工程量计算、预留孔洞统计和试验检测等施工技术管理提供了有力的技术支持。

关键词：CAD技术；隧道断面图；绘制方法；技术研究

引言

公路隧道工程是现代交通工程中的重要组成部分，其设计和施工过程涉及到地质、结构、施工等多个方面的知识。隧道断面图是隧道工程中的一种重要图纸，它反映了隧道内部的截面形状、尺寸、支护类型等信息，对于隧道工程的设计和施工具有重要意义。传统的隧道断面图绘制方法主要依赖于人工绘制，这种方法不仅效率低下，而且容易出错。为了提高隧道断面图的绘制效率和质量，本文提出了一种基于CAD技术的隧道断面图绘制方法。

1. 概述

在高速公路隧道施工中，虽然施工图文件已经具备，但是在图纸复核，断面测量、工程量计算、工程资料收集等技术管理中，仍然需要CAD版的图纸。运用传统的技术处理将花费大量的人力、物力和时间，而精度和效果难以满足现代工程建设的需要。基于CAD技术的隧道断面图绘制方法将绘制过程步骤化、程序化，既简化了绘制过程省时省力，又可以均摊绘制误差，达到事半功倍的效果。同时，本隧道断面绘制方法在描述过程中，加入了尺规作图的思路，大大减少了作图误差。

1.1 CAD软件的选择

本文采用AutoCAD作为CAD软件进行隧道断面图的绘制。AutoCAD是一款功能强大的计算机辅助设计软件，具有丰富的绘图功能和强大的数据处理能力，可以满足隧道断面图绘制的需求。

1.2 隧道断面图的基本要素

隧道断面图主要包括以下几个基本要素：截面形状、尺寸、几何画法、标注等。在绘制隧道断面图时，需要根据实际工程需求确定这些要素的具体参数。本文以京秦高速公路小峪隧道XS5a1衬砌结构图为例，如图1 小峪隧道XS5a1衬砌结构图所示。

1.3 隧道断面图的绘制步骤

基于AutoCAD软件，隧道断面图的绘制可以分为以下几个步骤：

（1）建立隧道断面绘制基准：首先，需要在AutoCAD中建立一个隧道断面图绘图基准，包括隧道轴线、设计高程水平线、起画点圆弧的圆心位置等。

（2）绘制截面形状：在隧道断面基准线图中绘制各圆弧半径和各段圆弧，绘制顺序遵从先拱顶、再拱腰、最后绘制仰拱的顺序顺次绘制，这样便于不同圆弧段收尾相连和相切。

（3）标注尺寸：在绘制好的隧道截面形状上，标注出各个部分的尺寸信息，如半径、角度、长度等。

（4）添加复合衬砌结构信息：根据实际工程需求，为隧道截面形状添加衬砌结构等信息，如混凝土二次衬砌、预留变形量、防水板、初期支护等。

（5）输出图纸：完成隧道断面图的绘制后，可以将图纸输出为PDF、DWG或其他格式的文件，以便于后续的查阅和使用。

2. 基于CAD技术的隧道断面图绘制方法的应用实例

为了验证本文提出的基于CAD技术的隧道断面图绘制方法的有效性，本文选取了京秦高速公路遵秦段B6标段小峪隧道工程XS5a1衬砌结构图案例进行了应用，目标图纸如图1小峪隧道XS5a1衬砌结构图所示。通过使用本文提出的绘制方法，成功地完成了隧道断面图的绘制工作，并且大大提高了绘图效率和质量。

图1 小峪隧道XS5a1衬砌结构图

（1）建立隧道断面绘制基准：首先，需要在AutoCAD中建立一个隧道断面图绘图基准，包括隧道轴线、设计高程水平线、起画点圆弧的圆心位置等。如图2隧道断面基准线绘制图所示。绘制断面图的CAD操作命令在常规的学习教材中均有详细描述，本文为绘图思路研究，且由于篇幅所限，所以本文不赘述具体CAD操作命令，下同。

图2 隧道断面基准线绘制图

（2）绘制截面形状：在隧道断面基准线图中绘制各圆弧半径和各段圆弧，绘制顺序遵从先拱顶、再拱腰、最后绘制仰拱的顺序顺次绘制。如图3断面内圆弧绘制图所示。

说明：1）内轮廓按照圆心法绘制圆弧时，逆时针为劣弧，顺时针为优弧。2）半径绘制时候，以前一个圆弧端为起点，向圆心画线段，然后按照设计角度，以拟画弧圆心为基点，进行圆弧绘制，这样能保证两段圆弧相切、且首尾相连和准确性。

图3 断面内圆弧绘制图

（3）添加复合衬砌结构信息：根据实际工程需求，为隧道截面形状添加衬砌结构等信息，如混凝土衬砌、预留变形量、防水板、初期支护等。具体如图4 断面完善复合衬砌信息图所示。

图4 断面完善复合衬砌信息图

说明：预留变形量在拱顶、拱腰和拱脚设置，在仰拱部位不设置，所以拱脚位置的初期支护内轮廓不能直接用偏移命令绘制，推荐方法为找到仰拱初支外侧水平段端点，做O2对应圆弧的切线，即连接水平段外侧端点和O2，以连线为直径画圆，则新画圆与O2对应圆弧的交点即为切点（依据定理：直径对应的圆周角均为直角），将切点与仰拱水平段外侧相连接，即得到该段初期支护的内轮廓。

（4）电缆槽、边沟、路面等绘制。绘制时，以路面为基准，先左后右、由上到下，按各个构造尺寸顺次绘制，以横向全宽和相对仰拱的位置进行校核，确保绘制无误，具体如图5电缆槽、边沟、排水等绘制图所示。

图5 电缆槽、边沟、排水等绘制图

（5）标注尺寸：在绘制好的隧道截面上，标注出各个部分的尺寸信息，如半径、角度、长度等，角度单位为度，精度小数点后一位。成品如图6 隧道XS5a1衬砌结构横断面图。

图6 隧道XS5a1衬砌结构横断面图

（6）输出图纸：完成隧道断面图的绘制后，可以将图纸输出为PDF或其他格式的文件，以便于后续的查阅和使用。

3. 结论

本文研究了基于CAD技术的隧道断面图绘制方法，提出了一种基于CAD技术的隧道断面图绘制思路。该隧道断面图绘图思路利用CAD软件的功能和几何定理，实现了隧道断面图的快速、准确和高效绘制，为隧道工程的施工技术管理提供了有力的技术支持。随着CAD技术的不断发展和完善，基于CAD技术的隧道断面图绘制方法将在隧道工程领域得到更广泛的应用。