關(guān)于3Dmine礦業(yè)軟件在凌空三維道路設(shè)計中的應(yīng)用

黃成成，楊 忠

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 馬關(guān) 663701）

露天礦山的運輸成本大小主要取決于運輸?shù)缆返拈L短與質(zhì)量。設(shè)計一條在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理、安全上可靠的運輸?shù)缆罚敲恳晃还こ碳夹g(shù)人員夢寐以求的目標。要得出合理的設(shè)計參數(shù)，需設(shè)計出合理的運輸路線。

1 以某山谷型排土場場內(nèi)運輸?shù)缆吩O(shè)計為例

某排土場場區(qū)地形為北西—南東走向的溝谷地形，溝谷延伸長，山體上植被發(fā)育；排土場基底平緩，坡度約3°，排土場兩側(cè)為自然山脊，兩側(cè)山脊可以作為自然屏障，排土場屬緩坡山溝排土場。由于排土場需要庫容量較大，設(shè)計考慮分二期建設(shè)，排土場一期坡腳位于尾礦庫壩址下游1.24km處，該處山谷狹窄。且東幫運輸膠帶一期到達位置為排土場內(nèi)東幫750m轉(zhuǎn)載站，距離排土場底部630m標高，垂直高差120m。原有道路不能滿足礦用卡車通行。為保證排土場排土計劃的順利實施，需從750轉(zhuǎn)載站修建一條運輸?shù)缆分僚磐翀龅撞俊?/p>

1.1 排土場排土工藝及道路服務(wù)范圍

該排土場一期排土采用汽車逆排的排土工藝，該道路服務(wù)的區(qū)域及運輸方量見表1。

表1 道路服務(wù)區(qū)域及運輸方量

1.2 設(shè)計方案概述

修建該道路，主要以東幫膠帶運送來的廢石先堆積成坡面，再從坡面上修筑道路。每下坡300m～400m設(shè)30m～50m緩沖路段。路寬B=25m（含內(nèi)側(cè)排水溝、外側(cè)安全埂）、整體坡度i=6.83%，路長L=1.73km。

1.3 道路設(shè)計參數(shù)

1.3.1 道路通過能力

（1）該段道路每小時通過車輛數(shù)量能力為：

（Nd—道路通過能力,輛/h；V—自卸汽車在計算區(qū)段的平均行車速度，km/h，取20；n—線路數(shù)目系數(shù)，單車道時取0.5，雙車道取1；k—道路行車不均衡系數(shù)，一般取0.5～0.7；s—同方向行駛汽車不追尾的最小安全距離，即停車視距m）。

（備注：根據(jù)《公司露天采礦工藝標準》雨、霧天影響能見度時，應(yīng)開亮車前黃燈與標志燈，并靠右側(cè)減速行駛，前后車間距應(yīng)不小于30m；多雨季節(jié)道路較滑時，應(yīng)有防滑措施并減速行駛；前后車距應(yīng)不小于40m）。

Md—道路通過能力，t/班；Nd—以車輛數(shù)表示的道路通過能力，輛/h；T—班工作時間，h；q—汽車載重量，t；η—班工作時間利用系數(shù)。

1.3.2 路面寬度

由于該路段需要通行100t級礦用卡車，且有輔助車輛通過，故設(shè)計為滿足100t級礦用卡車的雙車道。

按照雙車道通行100t級礦用卡車的要求，路面寬度為：

其中：x—行車線數(shù)，A—汽車寬度（TR50為4.06m，SRT55為5.65m，TR60為4.98m、TR100為5.9m、取5.90m），m—兩車之間的互錯距離，一般為0.7m～1.7m，n—后輪外緣距路面的距離，一般取0.4m～1m。根據(jù)公司露天采礦工藝標準，支線雙車道凈寬18m～22.5m，考慮到該道路服務(wù)年限長，且全程路段均為填方,受自然沉降影響，故雙車道（錯車道）路寬取25m。

1.3.3 內(nèi)側(cè)排水溝及安全埂

公路內(nèi)側(cè)排水溝設(shè)計規(guī)格1m×1m（寬×深），公路外側(cè)安全埂設(shè)計規(guī)格：底寬2m，頂寬0.5m，高1.5m。

2 運用3Dmine軟件對道路進行凌空三維化設(shè)計

2.1 確定道路起點終點

首先根據(jù)排土場設(shè)計總平面圖，將整個排土場及其東幫750轉(zhuǎn)載站三維化，為描繪出公路中心線提供三維狀態(tài)下的空間位置關(guān)系，然后根據(jù)750轉(zhuǎn)載站的位置及礦用卡車出入轉(zhuǎn)載站的方式確定公路起點，最后根據(jù)排土場初期壩位置確定公路終點。

2.2 描繪公路中心線

由于凌空劃線不依托于地表等高線，在描繪的過程中難于找到合適的拐點及確定其坡度，沒有依托的基準面或者點，可通過建模的方式解決該問題。描繪公路中心線需從公路起點開始，逐段向公路終點靠近，以便控制線路坡度及確定緩沖路段位置。

2.2.1 首段繪制方法

具體步驟如下：

（1）首先將排土場等高線運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→生成DTM面。在道路起點處根據(jù)實際標高建立排土堆積模型，該模型的建立要求先繪制出排土坡頂線，即整個排土平臺頂部閉合線。通過3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→線擴展至DTM面功能，根據(jù)礦巖自然安息角（36）°設(shè)置向下擴展角度，向上擴展角度不涉及到開挖可由系統(tǒng)默認，若涉及到開挖則根據(jù)開挖區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、巖性等確定邊坡角度。得到擴展線后便可建立排土堆積模型，運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→閉合線內(nèi)生成DTM面，建成模型。

（2）依托建立的排土堆積模型描繪線路中心線，從公路起點到排土堆積模型底部畫線，長度為300m～400m。運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→點線落在DTM面，將所描繪線路中心線落在落在排土堆積模型上，得到該線后運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：工具→線賦高程→兩點圓滑高程，將線賦予設(shè)計坡度。得到的線路中心線后左右偏移出線路寬度，結(jié)果會因為兩點圓滑高程賦值后的影響與建立的排土堆積模型不貼合，那么通過三角函數(shù)。

式中：L---坡頂線與坡底線在水平面的垂直距離。

H---坡頂線與坡底線在高差上的垂直距離。

計算道路邊坡坡頂線偏移距離來調(diào)整排土堆積模型的坡頂線模擬礦巖自然堆積所形成的坡底線剛好達到公路邊。

（3）根據(jù)建立的排土堆積模型及通過線路中心線偏移而得的公路線，調(diào)整最終排土坡底線。運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→線擴展至DTM面功能，得到公路擴展線。依據(jù)排土擴展線和公路擴展線的剪切連接便得到首段道路最終排土范圍線。

2.2.2 緩沖段繪制方法

以首段道路中心線末端端點，運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：視圖→查詢→查詢點，得出線路末端端點高程，并以此高程繪制30m～50m緩沖路段，繪制出該段線路中心線后，其后續(xù)建模步驟與首段公路建模一致。

2.2.3 剩余段繪制方法

依據(jù)緩沖段末端端點標高建立排土堆積模型，即為下一段公路中心線的繪制建立參照模型，也是為下一段公路的修建打基礎(chǔ)，重復(fù)首段線路中心線的繪制方法建立出排土堆積模型，從緩沖段道路中心線末端端點沿著已建立的排土堆積模型坡頂線繪制公路中心線，長度一般為300m～400m,其具體長度根據(jù)排土場內(nèi)地勢情況進行調(diào)整。繪制出公路中心線，運用運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：工具→線賦高程→兩點圓滑高程將該線賦值使其達到設(shè)計坡度，剩下路段便重復(fù)上述操作步驟逐段繪至線路終點。依據(jù)各路段建立的公路擴展線與排土擴展線的相互關(guān)系，運用上述三角函數(shù)進行計算調(diào)整公路各段坡頂線與排土坡頂線的位置關(guān)系，可將整條公路模型設(shè)計成功。最終根據(jù)建立好的公路模型與地表模型運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：表面→體積計算→三角網(wǎng)法→點選公路模型閉合線→右鍵執(zhí)行→點選地表面→公路模型，得出修筑該道路所需填方量。經(jīng)計算該道路需填廢石方量6985526m3。

圖1 道路設(shè)計效果圖

3 運用3Dmine軟件導(dǎo)出道路主要拐點坐標

依據(jù)設(shè)計出的公路，運用3Dmine礦業(yè)軟件功能菜單：創(chuàng)建→坐標標注→繪制(點號及文字高度按需設(shè)置)→輸出到EXCEEL表格。通過該功能得出該道路主要拐點坐標見：表2。

得出該表格結(jié)合所涉及圖紙便可直觀的看出各路段坡度是否合理，以便調(diào)整設(shè)計。

4 結(jié)語

運用3Dmine礦業(yè)軟件，凌空三維道路設(shè)計的畫法，可模擬出完全以填方方式修筑道路的效果圖、計算填方量、并導(dǎo)出線路主要拐點坐標。對道路組織施工方案及道路施工給予直觀的空間參照及關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)支持。適用于與該排土場情況相似露天礦山相關(guān)道路設(shè)計。

表2 道路主要拐點坐標