三維軟件在大石門水利樞紐工程中的運(yùn)用

范濤

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000）

1 工程介紹

為探究大石門水利樞紐工程交通布置的可行性，運(yùn)用civil 3D軟件，對左岸主要交通進(jìn)行設(shè)計模擬，根據(jù)施工總布置，道路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》場內(nèi)道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。文中采用Civil 3D對道路總布置進(jìn)行模擬[1]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[2-4]，civil 3D軟件已普遍運(yùn)用于工程挖方，可較真實的計算道路填挖方工程量；從而計算得出對上下游主要交通工程量，對道路布置可行性進(jìn)行研究；通過civil 3D自帶三維視圖程序，通過總體布置及地形條件觀察，得出判別交通布置優(yōu)化方向

2 工程布置

根據(jù)工程的樞紐布置、地形條件、料場、存棄渣場分布情況，以便利施工、避免干擾、一路多用為原則。該工程施工期間場內(nèi)道路共布置有13條。其中左岸道路7條；右岸道路6條，分別銜接至各施工區(qū)。

根據(jù)工程需求，L1道路為下游永久進(jìn)場交通，起點(diǎn)連接進(jìn)場道路，終點(diǎn)連接大壩下游之子道路，施工期作為下游施工交通，運(yùn)行期作為永久進(jìn)場道路。主要承擔(dān)外來物資運(yùn)輸，大壩填筑及從下游進(jìn)入樞紐施工區(qū)的任務(wù)。L2道路起點(diǎn)接左壩肩現(xiàn)有道路，終點(diǎn)至導(dǎo)流洞進(jìn)口。施工期主要承擔(dān)從上游進(jìn)入樞紐施工區(qū)的任務(wù)、截流前導(dǎo)流洞施工、截流堤施工及大壩填筑。L3道路起點(diǎn)接L2道路樁號，終點(diǎn)至上游圍堰頂高程主要承擔(dān)圍堰填筑、部分大壩填筑任務(wù)。L4道路主要承擔(dān)大壩左岸邊坡開挖物料運(yùn)輸。L5施工道路起點(diǎn)位于大壩基坑，主要承擔(dān)大壩開挖及填筑物料運(yùn)輸。L6道路主要承擔(dān)左岸高邊坡處理物料運(yùn)輸。L7道路主要承擔(dān)樞紐區(qū)混凝土骨料的運(yùn)輸任務(wù)。

壩體填筑高峰期，施工運(yùn)輸任務(wù)主要由L1道路、L2道路及L3道路承擔(dān)。根據(jù)工程施工總布置，文中針對這三條主要交通道路進(jìn)行模擬分析，采用civil 3D軟件對道路進(jìn)行模擬[5-8]，通過軟件自帶工具計算工程量，分析方案可行性；通過三維可視化工具，探究工程道路總布置優(yōu)化方向。

3 交通特性分析

根據(jù)道路使用功能，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》場內(nèi)三級道路，為滿足工程施工，控制最大縱坡為10%。模擬得到三條道路情況如下：

1）下游永久交通。L1道路為大石門水利樞紐工程永久進(jìn)場道路，布置在車爾臣河左岸，連接對外交通，主要承擔(dān)外來物資運(yùn)輸，經(jīng)炸藥庫、2號利用料堆放場，由車爾臣河左岸下游地形較緩區(qū)域傍山開挖至1號交通洞，道路相對高差為140 m，最小高程為2 190 m。路基設(shè)計寬度為7.5 m，開挖邊坡為1∶1.0，15 m一級馬道。由于地形條件較差，河岸岸坡陡峻，地質(zhì)條件為砂礫石地層，絕大部分路基為土方開挖路基。

運(yùn)用civil 3D軟件將按設(shè)計平面線、縱斷面設(shè)計線及橫斷面設(shè)計，對L1道路進(jìn)行模擬，以原始地形曲面為參照，道路設(shè)計完成后，可看出，受地形條件影響，道路沿線大部分為挖方路基；因地勢陡峭，處于峽谷地形，導(dǎo)致道路挖方高度較大。L1道路為下游永久進(jìn)場交通，沿線邊坡均為砂礫石底層，道路挖方高度大，作業(yè)難度困難，存在高邊坡防護(hù)問題，邊坡防護(hù)區(qū)域大，不易實現(xiàn)。由此看來，下游永久交通可作為比選方案，為實現(xiàn)永久進(jìn)場交通任務(wù)，可考慮以交通洞型式，布置2 km交通洞與L1道路方案進(jìn)行對比。

2）上游永久交通。L2道路為工程區(qū)上游施工期主要交通，布置何故左岸，終點(diǎn)至導(dǎo)流洞洞口，施工期承擔(dān)導(dǎo)流洞施工主要交通。后期承擔(dān)截流堤施工任務(wù)。L3道路連接L2道路與圍堰，作為填筑圍堰及大壩一定高程范圍填筑的主要交通。道路相對高差為150 m，路基設(shè)計寬度為7.5 m，開挖邊坡為1∶1.0，10 m一級馬道。由于地形條件較差，地質(zhì)條件為砂礫石地層，絕大部分路基為土方開挖路基。

運(yùn)用civil 3D對L2道路、L3道路及大壩進(jìn)行模擬后，可得到工程上游交通與壩體位置關(guān)系圖（圖略）。經(jīng)civil 3D軟件自帶三維視圖工具觀察，L2道路充分利用上游一處沖溝地形，達(dá)到道路使用功能。經(jīng)過觀察分析，最大開挖高度35 m，平均開挖高度為20 m。道路最小平曲線半徑為15 m，充分滿足工程車輛通行條件。由于L2道路、L3道路為臨時施工道路，根據(jù)其使用功能，結(jié)合地形條件，方案基本可行。

3）工程量分析。采用civil 3D軟件自帶體積面板工具和斷面面積分析工具，得出工程主要交通工程量見表1。

表1 主要交通道路工程量表

通過分析計算，L1道路受地形條件影響，挖方工程量較大，且后期邊坡防護(hù)較難實現(xiàn)。計算分析所得出的道路挖方量難以實現(xiàn)，方案不可行。

經(jīng)表中工程量數(shù)據(jù)可看出，L2道路工程量較大，但由于工程所處地形地質(zhì)條件較差，道路均處于懸崖峭壁，不能實現(xiàn)填方道路。由道路工程量分析，道路滿足施工期臨時交通任務(wù)，L2道路方案基本可行。L3道路接L2道路至圍堰，道路工程量較小，方案可行。

4 結(jié)論

文中以大石門水利樞紐工程場內(nèi)交通布置為研究對象，為探究工程區(qū)場內(nèi)交通布置可行性，對大壩上下游主要交通進(jìn)行分析研究。通過civil 3D軟件，對工程區(qū)主要交通進(jìn)行了模擬，通過道路模擬，得出了道路填挖方工程量。經(jīng)工程量分析，下游交通工程量難以實現(xiàn)，方案不可行；上游交通可實現(xiàn)預(yù)期任務(wù)，方案可行。

通過軟件自帶三維視圖工具對交通布置進(jìn)行了總體分析，上游交通挖方范圍巨大，可考慮通過交通洞方案與之比選；上游交通與地形相結(jié)合，實現(xiàn)了道路使用功能，道路通行條件滿足施工要求。文中所得結(jié)論為工程交通布置方案可行性提供了理論基礎(chǔ)，后期方案比選過程中，可直接采用該結(jié)論進(jìn)行交通布置優(yōu)化。