一种隧道初期支护快速建模方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种隧道初期支护快速建模方法。

背景技术：

在工程实践中，对于初期支护的设计和施工建模，其布置虽有一定的规律，却无法通过阵列来完成，现有技术实际操作时，通常将第一环的每一个构件进行单独绘制，再将绘制结果沿线路进行线性阵列的方式来实现。缺点主要有以下几点：

(1)隧道初期支护往往每环有十个以上构件，第一环十个以上构件的绘制工作量较大，加上此类构件通常奇偶环布置不同，又增加了几乎一倍的工作量，模型处理耗时较长；

(2)隧道的线路往往并非直线或圆形，按照线路方向阵列的方式通常不能满足工程实际需求，或者需要牺牲模型与工程实体的匹配精度；

(3)模型完成后，支护参数发生变化的情况较为常见，在参数、间距等发生变更时，模型结果需要做大量的修改调整工作才能获得正确模型，变更调整耗时长。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的隧道初期支护构件类似，布置具有一定规律，但用常规阵列无法快速处理，又面临较高频率的参数调整，修改工作量大的不足，提供一种隧道初期支护快速建模方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种隧道初期支护快速建模方法，包括以下步骤：

步骤一：在三维建模软件中，设置隧道初期支护中某个构件的相关参数，所述相关参数包括形状参数和定位参数；

步骤二：在三维建模软件中建立单个该构件的模型；

步骤三：将所述步骤二中建立模型的过程和步骤一中设置的相关参数打包定义成用户特征，在定义过程中，将所述步骤一中所有相关参数全部发布成可修改参数；

步骤四：基于所述步骤三中所定义的用户特征，编写知识工程语言，使得能够修改相关参数并重复运行所述步骤二的建模过程，其逻辑过程为每修改一次相关参数，运行一次所述步骤二的建模过程，再修改相关参数，再运行一次建模过程，如此重复；

步骤五：检查所编写的知识工程语言，检查无误后运行该知识工程语言，所述构件沿着隧道的环向和纵向自动布置，从而完成隧道初期支护的快速建模。

本发明所述的快速建模方法，通过知识工程语言控制构件的布置方式，构件完全依照隧道线路走向进行布设，保证了构件模型的位置和角度精确，为初期支护模型应用的正确性和快捷性提供了保障，且大大提升了建模效率，提高了技术人员的模型成果交付效率。

优选的，所述步骤一中的所述定位参数包括环向间距、奇数环根数、偶数环根数、纵向间距、首环里程。在建立初期支护模型之前需先建立隧道线路中线，所述线路中线给所述纵向间距和环向间距提供了位置参考，从而能够确定每一根构件的具体位置和角度。

优选的，所述步骤四中，通过编写知识工程语言，使得在“首环里程”里程点处开始布置第一环的构件，按照“环向间距”和“奇数环根数”布置好第一环构件之后，沿里程前进“纵向间距”长度，再按照环向间距”和“偶数环根数”布置第二环的构件，以此方式循环，直至完成隧道初期支护的布置。

优选的，所述步骤一中的所述定位参数还包括布置环数。优选的，所述步骤四中，通过编写知识工程语言，使得布置的环数合计达到“布置环数”时自动停止运算。

定位参数也可以不包括布置环数，通过编写工程语言，通过测量线路中线长度，减去首环里程，然后除以纵向间距向上取整得到布置环数。

优选的，隧道初期支护的构件包括系统锚杆、锁脚锚杆、超前小导管、超前管棚、钢架、钢筋网片、纵向连接筋。

优选的，根据工程实际需求，将所述隧道初期支护的若干种类或全部构件进行建模，每个所述构件均按照所述步骤一至步骤五进行建模。

优选的，当需要变更设计时，通过修改步骤一中的相关参数实现。本发明所述的快速建模方法，可以直接通过相关参数进行后期调整，调整操作极为便捷，大大提升了调整效率，且降低了软件应用难度。

优选的，所述三维建模软件为catia。

优选的，所述知识工程语言利用知识工程阵列编辑器进行编辑。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)提升了建模和调整的效率，采用此方法进行建模调整，效率提升在十倍以上，大大提高了技术人员的模型成果交付效率。交付模型成果提前，则能使整个项目的进度提前，在节约人力资源的同时，还具有极大的隐形经济效益。

(2)通过在初期建立初期支护构件的模型后，进行后期的调整十分便捷，在节约效率之外，还能降低软件应用难度。通过本方法，稍做培训的人，便可较为轻松的快速完成一整座隧道全部的初期支护模型建立和相关调整工作。

(3)通过知识工程阵列，使用知识工程语言控制构件的布置方式，完全依照线路走向进行布设，保证了构件模型的位置和角度精确，为初期支护模型应用的正确性和快捷性提供了保障。

附图说明：

图1是本发明所述的隧道的结构示意图。

图2是本发明所述的设置相关参数的示意图。

图3是本发明所述的定义用户特征的示意图。

图4是本发明所述的编写知识工程语言的示意图。

图5是本发明建立的隧道初期支护的模型示意图。

图6是本发明对相关参数进行调整后的相关参数示意图。

图7是本发明参数调整后重新更新的隧道初期支护的模型示意图。

图中标记：1-隧道，2-线路中线，3-锚杆。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在进行隧道初期支护建模之前，首先需在三维建模软件中建立隧道1的线路中线2，如图1所示，所述线路中线2作为初期支护建模的位置参考。当需要变更隧道1的线路走向时，仅需修改所述线路中线2，而初期支护模型会随之自动更新。

隧道初期支护的构件包括系统锚杆、锁脚锚杆、超前小导管、超前管棚、钢架、钢筋网片、纵向连接筋，本实施例以锚杆3为例对整个建模过程进行论述，其他各个构件的建模思路与所述锚杆3相类似，仅在相关参数的选择上略有差异。

一种隧道初期支护快速建模方法，包括以下步骤：

步骤一：在三维建模软件中，设置隧道初期支护中锚杆3的相关参数，所述相关参数包括形状参数和定位参数。所述形状参数包括锚杆长度、锚杆外径、锚杆壁厚、垫板厚度、垫板长、垫板宽等，所述定位参数包括环向间距、奇数环根数、偶数环根数、纵向间距、首环里程等，如图2所示。

步骤二：在三维建模软件catia中建立单根锚杆3的模型。根据设计图纸进行单根锚杆3模型的建立，建立时各参数必须与步骤一中的相关参数相关联，建立的输入特征须为锚杆3所在外轮廓线和线路中线，建模思路中须考虑沿线路里程方向有一个前进的里程数，沿所在外轮廓线有一个环向移动的距离，用于后期批量处理。由于此单根锚杆3的设计在后期是当作样板使用，故在满足上述要求的前提下，其所在的位置不需做强制要求，而是在阵列时，通过知识工程语言来控制。

步骤三：将所述步骤二中建立的单根锚杆3模型定义成用户特征，供知识工程语言控制使用。用户特征制作时须注意以下几点：(1)需包含单根锚杆3建模的全部过程和步骤一中设置的全部参数；(2)制作时，要将与步骤一中所设置的相关参数相对应的尺寸信息全部发布出来；(3)用户特征的命名、输入条件命名、及各类相关参数命名全部不得使用中文，如图3所示。

步骤四：基于所述步骤三中所定义的用户特征，编写知识工程语言，使得能够修改相关参数并重复运行所述步骤二的建模过程，其逻辑过程为每修改一次相关参数，运行一次所述步骤二的建模过程，再修改相关参数，再运行一次建模过程，如此重复。可直接利用catia中的知识工程阵列编辑器进行编辑，如图4所示。通过编写知识工程语言，使得在“首环里程”里程点处开始布置第一环的锚杆3，按照“环向间距”依次布置好“奇数环根数”数量的锚杆3之后，沿里程前进“纵向间距”长度，开始按照“环向间距”和“偶数环根数”布置第二环的锚杆3，以此方式循环，直至完成隧道初期支护的布置。

为了控制锚杆3布置总环数，可以在步骤一中的所述定位参数中设置“布置环数”，使得布置到指定环数便自动停止运算。语言编写过程中，将环向间距、奇数环根数、偶数环根数、纵向间距、锚杆长度、锚杆外径、锚杆壁厚、垫板厚度、垫板长、垫板宽、首环里程等全部参数与知识工程语言建立联系，使知识工程语言能顺利调用参数，达到控制模型的目的。

步骤五：检查所编写的知识工程语言，检查无误后运行该知识工程语言，所述锚杆3沿着隧道的环向和纵向自动布置，从而完成隧道初期支护的快速建模，如图5所示。

步骤六：当遇到地质变化，需设计变更时，可通过改变相关参数的方式进行。其中调整时有两种情况：(1)涉及锚杆形状参数的调整变化时，直接修改参数并更新模型即可完成，如：锚杆长度、外径、壁厚、垫板厚度、垫板长宽等；(2)涉及布置方式调整变化时，在修改定位参数后，右键点击写好的知识工程阵列，点击“更新和升级”，软件将自动重新计算，然后完成更新。见图6至图7所示。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。