一种参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法与流程

本发明涉及一种隧道断面的绘制方法，尤其涉及一种参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法。

背景技术：

矿山法隧道在工程领域应用广泛，而隧道轮廓的拟定往往较为繁琐，为了保证隧道轮廓的各段圆弧均相互相切，设计者需反复调节各段圆弧的半径及圆心的位置。为提高设计人员的工作效率，建立一种快速拟定隧道断面轮廓的方法是必要的。

目前的隧道断面拟定方法为：采用绘图工具针对不同的隧道限界分别进行隧道断面拟定，当隧道断面大小繁多时，每次均应按照相同绘图步骤进行断面拟定，存在重复劳动量多，拟定工作经常反复的情况。

技术实现要素：

为了改善现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法，该方法有效地解决了设计者对隧道轮廓反复拟定的工作，节省了对隧道断面工程数量计算的繁杂工作，提高了设计人员的工作效率。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法，包括：

步骤A：根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓，所述标准隧道断面轮廓的形状由隧道轮廓参数控制；

步骤B：根据给定的隧道限界，调整所述隧道轮廓参数的参数值，拟定新隧道断面轮廓，该新隧道断面轮廓可包住给定的隧道限界。

作为一种具体的实施例，所述隧道轮廓参数包括圆弧长度，半径，弧度，圆弧圆心。

作为一种具体的实施例，在所述步骤A前还包括：根据隧道断面的形状、大小，确定断面圆弧数量。

作为一种具体的实施例，所述标准隧道断面轮廓和新隧道断面轮廓为单心圆或多心圆。

进一步地，当所述隧道断面轮廓为单心圆时，所述根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓具体包括：根据某一隧道限界，确定适应该隧道限界的隧道断面轮廓的圆弧半径、弧长、圆心角，并将其圆心作为原点，绘制该隧道断面轮廓。

其中，若该断面为直墙式隧道断面，则还需要绘制与所述绘制圆弧组合的直线，以形成直墙式隧道断面轮廓。

进一步地，当所述隧道断面轮廓为多心圆时，所述根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓具体包括：

根据某一隧道限界，确定适应该隧道限界的隧道断面轮廓的主圆弧半径、弧长、圆心角，并将其圆心作为原点，绘制第1段圆弧；

根据该隧道限界，确定所述隧道断面轮廓的高度、第2段圆弧的半径和圆心坐标、第n段圆弧的半径；

计算第n段圆弧的圆心坐标；

计算第2···n-1段圆弧的圆心角、起点和终端；

根据计算得到的结果、所述隧道断面轮廓的高度、第2段圆弧的半径和圆心坐标和第n段圆弧的半径绘制第2···n段圆弧；

其中，n≥3。

作为一种具体的实施例，该方法还包括：步骤C：通过输入初期支护，二衬厚度，小导管或大管棚布置角度及间距，锚杆间距绘制可施工的隧道断面图纸。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明的参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法首先通过拟定一适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓，并且对其进行参数化；在进行其他不同隧道断面绘制时，只需调整相应的参数值，即可实现调整隧道断面轮廓的形状和大小的改变，从而适应不同的隧道限界，有效地解决了设计者对隧道轮廓反复拟定的工作，提高了设计人员的工作效率。

进一步地，由于采用本发明的参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法绘制隧道断面轮廓，其可直接通过对控制隧道断面轮廓形状、大小的隧道轮廓参数，计算出每延米与拟定隧道断面有关的待施工的工程数量，节省了对隧道断面工程数量计算的繁杂工作。

附图说明

图1是本发明实施例的输入参数绘制第一段圆弧图；

图2是本发明实施例的输入参数绘制第二、三、四段圆弧图；

图3是本发明实施例的完整隧道轮廓图；

图4是本发明实施例的输出的隧道断面及控制隧道断面参数图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图1-4对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的一种参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法，其包括以下步骤：

步骤A：根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓，所述标准隧道断面轮廓的形状由隧道轮廓参数控制。

其中，所述隧道轮廓参数包括圆弧长度，半径，弧度，圆弧圆心。所述标准隧道断面轮廓和新隧道断面轮廓为单心圆或多心圆。

在所述步骤A前，也即在拟定适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓之前，还包括以下步骤：根据隧道断面的形状、大小，确定断面圆弧数量，所述圆弧数量可以是单心圆，如单心圆直墙式隧道断面、圆形隧道断面；也可以是多心圆，如三心圆隧道断面、五心圆隧道断面。

在确定断面圆弧数量后，例如确定为圆形隧道断面，则根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于圆形隧道断面的标准隧道断面轮廓。

具体地，当所述隧道断面轮廓为单心圆时，根据某一单心圆隧道限界，确定适应该隧道限界的隧道断面轮廓的圆弧半径、弧长、圆心角，并将其圆心作为原点，绘制该隧道断面轮廓。

在确定断面圆弧数量后，例如确定为五心圆隧道断面，则根据预设隧道断面拟定规则拟定适用于五心圆隧道断面的标准隧道断面轮廓。

具体地，当所述隧道断面轮廓为多心圆时，根据某一多心圆隧道限界，确定适应该隧道限界的隧道断面轮廓的主圆弧半径、弧长、圆心角，并将其圆心作为原点，绘制第1段圆弧；

根据该隧道限界，确定所述隧道断面轮廓的高度、第2段圆弧的半径和圆心坐标、第n段圆弧的半径；

计算第n段圆弧的圆心坐标；

计算第2···n-1段圆弧的圆心角、起点和终端；

根据计算得到的结果、所述隧道断面轮廓的高度、第2段圆弧的半径和圆心坐标和第n段圆弧的半径绘制第2···n段圆弧；

其中，n≥3。

步骤B：根据给定的隧道限界，调整所述隧道轮廓参数的参数值，拟定新隧道断面轮廓，该新隧道断面轮廓可包住给定的隧道限界。

对于单心圆隧道断面轮廓的绘制，继续以上述圆形隧道断面为例：在绘制完圆形隧道断面的标准隧道断面轮廓后，调整圆形隧道轮廓参数，使调整后的新隧道断面轮廓可以包住给定的圆形隧道限界。

对于多心圆隧道断面轮廓的绘制，继续以上述五心圆隧道断面为例：在绘制完五心圆隧道断面的标准隧道断面轮廓后，调整五心圆隧道轮廓参数，使调整后的新隧道断面轮廓可以包住给定的五心圆隧道限界。

步骤C：通过输入初期支护，二衬厚度，小导管或大管棚布置角度及间距，锚杆间距绘制可施工的隧道断面图纸。换言之，在绘制完隧道断面轮廓后，输入初期支护，二衬厚度，小导管或大管棚布置角度及间距，锚杆间距，将所述绘制好的隧道断面轮廓绘制成可施工的隧道断面图纸。

本发明的参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法首先通过拟定一适用于不同隧道断面的标准隧道断面轮廓，并且对其进行参数化；在进行其他不同隧道断面绘制时，只需调整相应的参数值，即可实现调整隧道断面轮廓的形状和大小的改变，从而适应不同的隧道限界，有效地解决了设计者对隧道轮廓反复拟定的工作，节省了对隧道断面工程数量计算的繁杂工作，提高了设计人员的工作效率。进一步地，由于采用本发明的参数化矿山法隧道的隧道断面绘制方法绘制隧道断面轮廓，其可直接通过对控制隧道断面轮廓形状、大小的隧道轮廓参数，计算出每延米与拟定隧道断面有关的待施工的工程数量，节省了对隧道断面工程数量计算的繁杂工作

实施例1

如图1-4所示，为以本发明实施例的参数化矿山法隧道隧道断面绘制方法绘制四心圆弧轴对称隧道轮廓的具体实例：

首先绘制半边轮廓，另外半边轮廓与其对称绘制，具体包括以下步骤：

S100)：根据四心圆隧道限界，确定四心圆主要圆弧半径，绘制第一段圆弧，半径为R1，弧长对应的角度为α₁，将其圆心作为原点坐标(0,0)。

S200)：由隧道限界确定整个隧道的高度，确定第二段圆弧的半径R2及其圆心位置(0，y2)，同时确定第三段圆弧的半径R3和第四段圆弧的半径R4。

具体包括以下步骤：

利用已知参数R1，R2，R3，R4，y2，α₁；

求出第三段圆弧圆心：x3＝(R3-R1)sinα1,y3＝(R3-R1)cosα1)

联立方程组求解出第四段圆弧的圆心位置(x4,y4)：

(X₄-x₃)²+(y₄-y₃)²＝(R₃-R₄)²

X₄＞0

求第二段圆弧对应的角度：α2＝arctan(x4/(y2-y4))。

求第二段圆弧的终点(起点为(0，(R2-y2))：x22＝R2sin(α2),y22＝y2-R2cos(α2)。

求第三段圆弧对应的角度：α3＝arctan((y31-y3)/(x31-x3))+arctan((y4-y3)/(x4-x3))。

求第三段圆弧的起点(即第一段圆弧终点)：x31＝R1sin(α1),y31＝R1cos(α1)。

求第三段圆弧的终点：

x32＝R3cos[arctan((y4-y3)/(x4-x3))]+x3,y32＝y3-R3sin[arctan((y4-y3)/(x4-x3))]。

第四段圆弧的起点为第二段圆弧的终点，第四段圆弧的终点为第三段圆弧的终点。

利用第二点圆弧的起终点和圆心绘制第二段圆弧，

利用第三点圆弧的起终点和圆心绘制第三段圆弧，

利用第四点圆弧的起终点和圆心绘制第四段圆弧，

采用上述同样的方法绘制与其对称的另外半边轮廓。

S300)：任意调整隧道断面的控制参数改变隧道轮廓的形状大小，以适应新的给定的隧道限界。根据四心圆隧道的标准隧道断面轮廓，输入参数绘制第一段圆弧S1，所述第一段圆弧如图1所示。然后分别输入参数绘制第二段圆弧S2、第三段圆弧S3、第四段圆弧S4，绘制后的图形如图2所示。最后对称绘制另一半圆弧轮廓，形成完整的隧道断面轮廓图，如图3所示。

S400)：通过输入其他隧道断面参数，如初衬厚度，二衬厚度，小导管(大管棚)布置角度及间距，锚杆长度及间距绘制完整的隧道断面施工图纸。如图4所示，为输出的隧道断面轮廓及控制隧道断面的参数图。

实施例2

下面为通过本发明实施例参数化矿山法隧道隧道断面绘制方法绘制直墙式隧道断面轮廓的具体实例：

首先直墙式隧道断面的隧道限界，确定圆弧半径、弧长、圆心角、并将其圆心作为原点，绘制该隧道断面轮廓的圆弧段。

然后绘制与所述绘制圆弧组合的直线，以形成直墙式隧道断面轮廓。其中在绘制与所述绘制圆弧组合的直线时，将所述直线作为特殊圆弧处理。

本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。