铁路山岭隧道纵断面cad系统分析

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1、华中科技大学硕士学位论文1.2.1隧道设计CAD的发展历史地下与隧道工程是一门边缘学科，其发展历史较短。同时，隧道CAD技术是隧道工程学与计算机软件科学的交叉学科，其发展受限于隧道工程学与计算机硬件及软件科学的发展。隧道CAD技术发展到现在，按隧道工程和计算机软件科学的结合程度大致[1]可分为以下三个阶段：1）第一阶段：该阶段的主要特征是隧道工程和计算机软件科学结合程度较低。这主要表现在70年代末以前，计算机在工业及民用业的应用普及率极低，但高新技术的诞生及发展给社会各领域造成的巨大推进作用也对隧

2、道工程领域产生了深远的影响。计算机的高运算速度及精确度，使得先前许多靠手算不能解决的问题成为可能，但限于隧道工程和计算机软件科学的融合程度不高，还没有适合于隧道工程的专业CAD软件可用。隧道工程科研人员仅使用通用软件或相关专业软件进行隧道工程的设计。2）第二阶段在70年代末到90年代初期，隧道工程理论与计算机软件科学的结合，产生了计算机辅助分析和产品数据及文档管理(PDM)。在未引入计算机辅助分析(CAE)之前，科研及设计人员采用手算法，或套标准图法进行工程设计及分析。手算法或套标准图法的缺点是：

3、（a）设计质量不高：为了能够进行手算或套标准图，设计人员必须对工程进行较大程度的简化，这往往导致不能较好地反映工程实际；（b）设计精度不高，精度的提高伴随着工作量的成倍增长；（c）效率低下，人们每天被迫在设计图纸及规范之间进行重复性的繁杂工作。在引入计算机辅助分析(CAE)之后，首先是隧道力学数值方法有了较大程度的发展。通用的有限元技术不能对岩体开挖过程中的力学行为进行描述，不能考虑岩体中的节理裂隙，不能处理先期固结沉降等。在此期间，许多学者进行了数值方法的研究，编制了一系列适用于隧道工程分析的有

4、限元程序，以用来进行隧道工程的二维或三维的弹性、弹塑性、弹枯性及弹粘塑性的分析。相应地，如边界元法、离散元法及分形几何等数值方法也都有了一定程度的发展。同时，科研及设计人员还利用数据库技术及相关知识，编制了许多设计及计算的程序模块，如通风设计、照明设计、参数查寻及管理程序，来进行隧道工程的设汁与分析。人们在传统的设计过程中，经常需要人工在标准图或规范间进行数据的查寻，这样做费时费力、效率极其低；数据库技术能有效地管理大量数据，提高查寻效率。在许多的软件开发过程中采用了数据库技术进行参数的选择、处理

5、和存储。在这些程序中进一步开发了对数据进行图形输出等模块，使结果更直观化。2华中科技大学硕士学位论文3）第三阶段：开发隧道专业CAD，逐渐形成智能化、系统化的隧道CAD体系。90年代以后，隧道CAD技术进入了蓬勃发展时期。在九五期间，国家铁道部把隧道智能CAD的研究作为一项重点科技攻关项目。为了尽快地实现计算机成图，由铁道部专业设计院主持，并由铁道部第一、第二、第四勘测设计院参与，共同研制、开发了以套标准图为主导思想的《一般隧道工程计算[2]机辅助设计系统》。该软件以CV机为平台，采用CVMAC语

6、言编写了洞口和洞身设计绘图程序，并于1992年通过部级鉴定，开创了隧道CAD绘图软件的先河。随后，为了在微机上实现隧道CAD系统，1996年西南交通大学地岩系与铁道部第二勘测设计院继承并发展了该思路，联合研制开发了“一般隧道CAD系统”。该系统以AutoCADR12为平台，利用保护模式的模块化程序设计语言——WatcomC编写，软件由系统程序、标准图库、数据库和规范条文说明文件组成，能实现一般隧道的设计任务。1.2.2隧道CAD的研究与应用现状1992年，我国国家科委组织实施了CAD应用工程，从而

7、使国内的隧道CAD技术进入蓬勃发展时期。到目前为止，国内隧道CAD技术发展了套标准图法、参数化设计方法、基于数据库的CAD系统，等隧道CAD技术。1.2.2.1套标准图法套标准图法是指将洞门、衬砌等标准设计图输入计算机形成标准图库，人工设计时需要计算、推理的部分写入程序，用户输入必需的参数，然后运行程序将标准图块插人[1][2][3]到设计图中。套标准图法的开发思路主要参照了传统的铁路隧道的设计思想及设计习惯，能实现一般隧道（一般隧道系指技术条件不复杂、不设置通风和辅助坑道，能直接套标准设计图的隧

8、道）的设计任务。但是，套标准图法有着适用范围窄、设计精度低及升级能力差等固有缺点：1）适用范围窄：隧道断面形状多样化，洞门型式也不断推陈出新，出现了诸如连拱隧道，大断面隧道及削竹式、连拱式、扩大喇叭式等新型洞门型式，套标准图法不能绘制上述新增型式的设计图。2）设计精度低：标准图库给出的是各变量的示意，而没有给出设计图的精确绘制。同时，标准图库的建立也是一项相当繁重的工作。套标准图法通常是采用每张标准图只考虑0加宽和40加宽，对不同轨道类型及其它加宽值给予忽略(认为人眼分辨率不敏感3