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矿山运输道路如何设计

运输道路的设计和任何一条公路一样:先定它从哪里走,再定纵坡能有多大,再定需要多宽——然后看这三个决定在土方上要付出多少代价。矿山的不同之处在于,卡车很重,几何尺寸不容将就,而您所依据的地面每隔几周就会被重新测一次。下面是实际的工作顺序。

从您实测的地面开始

道路设计中的每一个工程量都是相对一条地面线量出来的,而这条线必须是真实的。在矿山,它来自最近一次无人机或激光雷达测量所建立的地形模型,而不是两年前画的某个设计面。

这一点比听上去更重要。某个桩号的地面线偏了半米,该桩号的挖方面积就跟着偏,误差会一路带到工程量表里。直接在您已有的 DEM 上设计,就去掉了这种偏差混进来的那一步。

道路纵断面——纵坡、竖曲线、土方 — 地面线来自 DEM,设计线由坡度与竖曲线构成。挖方与填方就是两者之差。

道路纵断面——纵坡、竖曲线、土方

地面线来自 DEM,设计线由坡度与竖曲线构成。挖方与填方就是两者之差。

  1. 地面线从 DEM 读取的现状地形
  2. 设计线路线的纵断面设计
  3. 竖曲线把两段坡度圆顺连接的抛物线(变坡点)
  4. 挖方地面高于设计线
  5. 填方地面低于设计线

平面线形:路从哪里走

平面线形是一串直线段,用圆曲线连接起来。您把交点布置在地形上,用半径定义每一条曲线,并在车辆需要距离来建立超高的地方加入缓和曲线。

最小半径不是偏好问题,它由将要使用这条路的最大卡车决定。在动笔之前先把这个限值定下来,过小的曲线就会以一条列出来的违规记录出现,而不是变成司机在现场发现的问题。

纵断面:纵坡可以有多大

纵断面由变坡点、点与点之间的坡度以及把每次变坡圆顺过来的竖曲线确定。下方的地面线来自地形模型,所以您在拖动纵断面时能直接看到哪里在挖、哪里在填。

被争论的数字通常是纵坡。在美国,多数州长期以来把 15% 作为露天矿运输道路的上限,但那是限值而不是目标:长期作业的纵坡通常远低于此,因为一条贴着法定上限的路,每一趟都要多耗燃油、刹车和轮胎。

标准横断面:路宽、路肩与超高

标准横断面是把一条线变成一条路的东西:行车道宽度、路肩,以及在挖方与填方中把路基带到现状地面的边坡。

在曲线上,横断面会被旋转,使道路向弯内倾斜。旋转是绕中轴还是绕某一侧边缘进行,会改变整个渐变段的标高——这就是超高必须作为横断面的一部分来定义、而不能事后再补的原因。

土方:挖方、填方与平衡

线形、纵断面和横断面都定下来之后,土方计算就是算术。在每个桩号取一个横断面,相对地面线量出该断面的挖方与填方面积,相邻两个断面之间的体积由这些面积得出。

被核对和计量的是逐桩号的工程量表。土方调配图建立在它之上,回答的是另一个问题:不是有多少土,而是这些土该去哪里——哪些区段能自身平衡,哪些必须借土或弃土。

在开工之前先校核

最大纵坡、最小半径和视距,是值得在第一条线画出来之前就写进去的三个限值。一个在每次修改后都重新校核这三项的设计,会在几何还很容易调整的时候告诉您:哪个桩号突破了哪个限值、超了多少。

另一种做法——留到最后校核,或者到现场再说——正是一条路最后留下一个满载时谁也过不去的弯道的原因。

常见问题

设计一条矿山运输道路的主要步骤有哪些?

在实测地形上确定平面线形,依据从地形模型读取的地面线确定纵断面,定义带路宽与边坡的标准横断面,然后在每个桩号取横断面以得到挖方与填方工程量。

矿山运输道路的最大纵坡是多少?

在美国,多数州长期以来把 15% 作为露天矿运输道路的上限,但那是法规限值而不是设计目标:长期作业的纵坡通常远低于此,因为一条贴着上限的路每一趟都要多耗燃油、刹车和轮胎。

为什么要在实测地形上设计,而不是在旧的设计面上?

每一个工程量都是相对地面线量出来的。某个桩号的地面线偏了半米,该桩号的挖方面积就跟着偏,误差会一路带到工程量表;在当前地形模型上设计,就去掉了这种偏差混进来的那一步。

土方调配图有什么用?

逐桩号的工程量表说明有多少土;土方调配图回答的是这些土该去哪里——道路的哪些区段能在自身范围内以挖补填,哪些必须借土或弃土。

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