一种基于数据库的铁路山岭隧道施工组织设计方法与流程

1.本发明属于铁路山岭隧道设计技术领域，具体涉及一种基于数据库的铁路山岭隧道施工组织设计方法。


背景技术：

2.铁路山岭隧道的施工组织设计是铁路山岭隧道设计中的一个重要环节，对方案比选、施工工期把控起到关键性作用。使用传统的方法设计时，设计者需要对隧道正洞和辅助坑道的每个段落的施工进度指标逐一进行人工选择，配合手动计算，待绘制成图后方可计算得到施工总工期。传统的设计方法存在三点不足：其一，设计过程繁琐，重复性工作量大，后期修改工作量大；其二，设计速度及效率较低；其三，容易出现人为匹配错误。
3.目前已知的铁路隧道辅助设计系统均无法实现施工组织的智能设计，只能完成某一种特定情况下施工进度指标的简单匹配和设计，无法考虑进出口施工方向、辅助坑道施工方向、洞口施工准备期、冬歇期、挑顶进洞工期、二次衬砌滞后、副攻方向滞后等多种因素的组合情况。
4.针对传统设计方法和已知铁路隧道辅助设计系统中存在的问题，亟需一种更具通用性的智能设计方法来完成铁路山岭施工组织的快速设计。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于数据库的铁路山岭隧道施工组织设计方法。
6.本发明的技术方案是：一种基于数据库的铁路山岭隧道施工组织设计方法，包括以下步骤：
7.a.针对不同类型的铁路山岭隧道，分别建立施工进度指标数据库；
8.b.在技术标准中输入不同施工进度指标参数的可适用里程范围；
9.c.读取隧道正洞和辅助坑道的施工参数；
10.d.匹配生成辅助坑道自身施工的施工进度指标，并计算辅助坑道自身的施工时间；
11.e.匹配生成隧道正洞的施工综合信息表；
12.f.划分工区，生成工区信息表，并生成有效工区组表；
13.g.计算每个工区的贯通里程、贯通工期和总工期；
14.h.提取计算结果，生成施工组织信息表；
15.i.生成便于绘制隧道施工组织图的固定格式数据，并进一步生成cad图纸。
16.更进一步的，步骤a中的施工进度指标数据库包含“数据库适用条件”、“工作面名称”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”、“施工进度指标(m/月)”17.更进一步的，步骤b中的技术标准包含“数据库适用条件”、“机械化配套”的可适用里程范围；其中，数据库适用条件的可适用里程范围分别包含每一个适用条件的起始里程、
终止里程；机械化配套的可适用里程范围分别包含“普通机械化配套”、
“ⅰ
型机械化配套”、
“ⅱ
型机械化配套”的起始里程、终止里程。
18.更进一步的，步骤c中隧道正洞的施工参数包含“单双线”、“进口工区施工准备(月)”、“出口工区施工准备(月)”、“进口工区施工方向”、“出口工区施工方向”、“正洞围岩级别表”；辅助坑道的施工参数包含“与正洞交汇里程”、“辅助坑道工区施工方向”、“辅助坑道洞口施工准备”、“辅助坑道机械化配套”、“辅助坑道围岩级别表”；另外，施工参数还包含“挑顶进洞工期(月)”、“冬歇期开始月份”、“冬歇期结束月份”、“二次衬砌滞后时间(月)”、“辅助坑道副攻方向滞后时间”、“正洞竖曲线表”。
19.更进一步的，步骤d匹配生成辅助坑道自身施工的施工进度指标，并计算辅助坑道自身的施工时间，具体过程如下：
20.首先，根据每个辅助坑道的“与正洞交汇里程”，在技术标准的“数据库适用条件”中查找相匹配的适用条件；
21.其次，根据每个辅助坑道的“数据库适用条件”、“机械化配套”和每个里程段落的“围岩级别”信息，在施工进度指标数据库中查找对应的工作面名称为“辅助坑道自身成洞”的施工进度指标；
22.最后，根据施工进度指标，计算每个辅助坑道自身的施工时间。
23.更进一步的，步骤e中正洞的施工综合信息表包含“起点里程”、“终点里程”、“数据库适用条件”、“坡度”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”、“施工进度指标”、“起点工期”、“终点工期”，所述“数据库适用条件”和“机械化配套”的信息在“技术标准”中根据起、终点里程匹配得到；坡度信息从“正洞竖曲线表”中得到。
24.更进一步的，步骤f中工区信息表每一列分别是一个工区的信息，每列包含“工区代码”、“工区名称”、“施工方向”、“施工准备时间”、“挑顶进洞时间”、“辅助坑道副攻滞后时间”、“工区起点里程”、“辅助坑道自身施工时间”，其中，“工区代码”、“工区名称”、“施工方向”、“施工准备时间”、“挑顶进洞时间”、“辅助坑道副攻滞后时间”、“工区起点里程”可以直接从隧道正洞及辅助坑道的施工参数中读取。
25.更进一步的，步骤g中计算每个工区组的贯通里程及贯通工期，具体过程如下：
26.首先，按照有效工区组表每列的第一行和第二行数据，提取出有效工区组起、终点在工区信息表中的列号，并根据工区信息表中起、终点列的“工区起点里程”，在正洞施工综合信息表中截取相应的段落，生成工区组施工综合信息表；
27.其次，根据工区组施工综合信息表中的“工区代码”和工区信息表中的“坡度”，得到每个里程段落的“工作面名称”；
28.再次，根据工区施工综合信息表的“数据库适用条件”、“工作面名称”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”数据，在施工进度指标数据库中匹配得到每个里程段落的“施工进度指标”；
29.再次，将工区施工综合信息表复制为两部分，一个为工区组起点施工综合信息表，代表施工方向为从小里程到大里程，另一个为工区组终点施工综合信息表，代表施工方向为从大里程到小里程。按照施工方向分别计算这两个施工综合信息表中每个里程段落的“起点工期”、“终点工期”；
30.最后，根据工区组起点施工综合信息表和工区组终点施工综合信息表的两条里
程-工期折线，解得两条折线交点，交点里程即为贯通里程，交点工期即为贯通工期，根据施工参数中的“冬歇期开始月份”、“冬歇期结束月份”和“二次衬砌滞后时间”，在贯通工期基础上中添加冬歇的时间和二次衬砌滞后时间，得到最终的“总工期(月)”。
31.更进一步的，步骤h中生成施工组织信息表，包含“工区名称”、“起点里程”、“终点里程”、“承担正洞长度(月)”、“施工准备工期(月)”、“挑顶进洞工期(月)”、“辅助坑道自身工期(月)”、“正洞工期(月)”、“总工期(月)”。
32.更进一步的，步骤i中生成便于绘制隧道施工组织图的固定格式数据，其格式为每一行代表一个施工组织折线段，每一行的参数有“起点里程”、“起点工期”、“终点里程”、“终点工期”、“施工进度指标”、“图例”、“起点注释”。
33.本发明提出了以可自定义的数据库作为设计依据，通过控制正洞和辅助坑道的施工参数，实现铁路山岭隧道在各种组合情况下的施工组织智能设计。本发明中可自定义数据库，能够根据不同项目的特性，分别建立对应的数据库模板，从而实现设计经验的积累，降低设计的难度，提高设计效率。
34.本发明涉及的正洞和辅助坑道的施工参数理论上能够实现铁路山岭隧道的各种方案组合，具有较强的通用性和灵活性，可以在各类铁路隧道项目中广泛推广使用。
35.本发明中同一个铁路项目可只定义一个数据库模板，方便统一管理，项目中每个隧道的施工参数只需要简单输入，即可智能匹配得到施工进度指标，进而自动计算得到绘图所需数据。设计结果能够以数据和图的形式呈现，后续在既有设计的基础上修改也极为简便。
36.本发明能够智能完成关键指标的匹配和关键数据的计算，对铁路隧道专业知识要求门槛极低，设计者在了解了每项施工参数后，可快速进行施工组织设计，能够大幅降低设计者的学习成本和使用成本，具有较高的应用价值。
附图说明
37.图1为本发明的方法流程示意图；
38.图2为本发明的施工进度指标数据库；
39.图3为本发明的技术标准；
40.图4为本发明的施工参数；
41.图5为本发明的正洞围岩级别表；
42.图6为本发明的辅助坑道围岩级别表；
43.图7为本发明的正洞竖曲线表；
44.图8为本发明的施工组织信息表。
具体实施方式
45.以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
46.如图1～8所示，一种基于数据库的铁路山岭隧道施工组织设计方法，包括以下步骤：
47.a.针对不同类型的铁路山岭隧道，分别建立施工进度指标数据库；
48.b.在技术标准中输入不同施工进度指标参数的可适用里程范围；
49.c.读取隧道正洞和辅助坑道的施工参数；
50.d.匹配生成辅助坑道自身施工的施工进度指标，并计算辅助坑道自身的施工时间；
51.e.匹配生成隧道正洞的施工综合信息表；
52.f.划分工区，生成工区信息表，并生成有效工区组表；
53.g.计算每个工区的贯通里程、贯通工期和总工期；
54.h.提取计算结果，生成施工组织信息表；
55.i.生成便于绘制隧道施工组织图的固定格式数据，并进一步生成cad图纸。
56.步骤a中的施工进度指标数据库包含“数据库适用条件”、“工作面名称”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”、“施工进度指标(m/月)”。
57.上述的数据库适用条件必须包含“一般适用条件”1个适用条件，当1个适用条件不足时，可无限拓展数据库适用条件为“特殊适用条件1”、“特殊适用条件2
”……
；工作面名称包含选项“进出口施工正洞(顺坡)”、“进出口施工正洞(反坡)”、“辅助坑道自身成洞”、“通过辅助坑道施工正洞”；单双线包含选项“单线”、“双线”；机械化配套包含选项“普通机械化配套”、
“ⅰ
型机械化配套”、
“ⅱ
型机械化配套”；围岩级别包含
“ⅱ
级围岩”、
“ⅲ
级围岩”、
“ⅳ
级围岩”、
“ⅴ
级围岩”、
“ⅵ
级围岩”。
58.步骤b中的技术标准包含“数据库适用条件”、“机械化配套”的可适用里程范围；其中，数据库适用条件的可适用里程范围分别包含每一个适用条件的起始里程、终止里程；机械化配套的可适用里程范围分别包含“普通机械化配套”、
“ⅰ
型机械化配套”、
“ⅱ
型机械化配套”的起始里程、终止里程。
59.步骤c中隧道正洞的施工参数包含“单双线”、“进口工区施工准备(月)”、“出口工区施工准备(月)”、“进口工区施工方向”、“出口工区施工方向”、“正洞围岩级别表”；辅助坑道的施工参数包含“与正洞交汇里程”、“辅助坑道工区施工方向”、“辅助坑道洞口施工准备”、“辅助坑道机械化配套”、“辅助坑道围岩级别表”；另外，施工参数还包含“挑顶进洞工期(月)”、“冬歇期开始月份”、“冬歇期结束月份”、“二次衬砌滞后时间(月)”、“辅助坑道副攻方向滞后时间”、“正洞竖曲线表”。
60.所述进口工区施工方向包含选项为“大里程”、“无”；出口工区施工方向包含选项为“小里程”、“无”；辅助坑道工区施工方向包含选项为“主攻大里程，副攻小里程”、“主攻小里程，副攻大里程”、“大里程”、“小里程”、“无”；围岩级别表包含信息有“起点里程”、“终点里程”、“围岩级别”；正洞竖曲线表包含信息有“交点名称”、“交点里程”、“坡度(
‰
)”。
61.步骤d匹配生成辅助坑道自身施工的施工进度指标，并计算辅助坑道自身的施工时间，具体过程如下：
62.首先，根据每个辅助坑道的“与正洞交汇里程”，在技术标准的“数据库适用条件”中查找相匹配的适用条件；
63.其次，根据每个辅助坑道的“数据库适用条件”、“机械化配套”和每个里程段落的“围岩级别”信息，在施工进度指标数据库中查找对应的工作面名称为“辅助坑道自身成洞”的施工进度指标；
64.最后，根据施工进度指标，计算每个辅助坑道自身的施工时间。
65.步骤e中正洞的施工综合信息表包含“起点里程”、“终点里程”、“数据库适用条
件”、“坡度”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”、“施工进度指标”、“起点工期”、“终点工期”，所述“数据库适用条件”和“机械化配套”的信息在“技术标准”中根据起、终点里程匹配得到；坡度信息从“正洞竖曲线表”中得到。
66.优选的，段落上坡时，用代码“1”表示，段落为下坡时用代码
“‑
1”表示，段落为平坡时，用代码“0”表示。其中，“施工进度指标”、“起点工期”、“终点工期”暂时空置，待后续计算得到。
67.步骤f中工区信息表每一列分别是一个工区的信息，每列包含“工区代码”、“工区名称”、“施工方向”、“施工准备时间”、“挑顶进洞时间”、“辅助坑道副攻滞后时间”、“工区起点里程”、“辅助坑道自身施工时间”，其中，“工区代码”、“工区名称”、“施工方向”、“施工准备时间”、“挑顶进洞时间”、“辅助坑道副攻滞后时间”、“工区起点里程”可以直接从隧道正洞及辅助坑道的施工参数中读取。
68.优选的，工区代码中，施工方向为主攻小里程时用代码
“‑
1”表示，为主攻大里程时用代码“1”表示，为副攻小里程时用代码
“‑
2”表示，为副攻大里程时用代码“2”表示，为进口大里程时用代码“3”表示，为出口小里程时用代码
“‑
3”表示，为无施工方向时用代码“0”表示。其中，“辅助坑道自身施工时间”可从步骤d中计算得到。
69.步骤f中的有效工区组表每一列代表一个有效工区组，每列包含的信息有“有效工区组起点在工区信息表中的列号”、“有效工区组终点在工区信息表中的列号”。生成有效工区组表时有3种情况，分别如下：
70.第1种情况，当该隧道中没有辅助坑道时，有效工区组表只有一列数据，该列数据的第一行为工区信息表第一列列号，第二行为工区信息表最后一列列号；
71.第2种情况，当该隧道中所有的辅助坑道施工方向均为“无”时，有效工区组表只有一列数据，该列数据的第一行为工区信息表第一列列号，第二行为工区信息表最后一列列号；
72.第3种情况，有效工区组表第一列为进口工区组的起终点在工区信息表中的列号，最后一列为出口工区组的起终点在工区信息表中的列号，中间列为两相邻辅助坑道工区组的起终点在工区信息表中的列号，且两相邻辅助坑道的施工方向不能为“无”。
73.步骤g中计算每个工区组的贯通里程及贯通工期，具体过程如下：
74.首先，按照有效工区组表每列的第一行和第二行数据，提取出有效工区组起、终点在工区信息表中的列号，并根据工区信息表中起、终点列的“工区起点里程”，在正洞施工综合信息表中截取相应的段落，生成工区组施工综合信息表；
75.其次，根据工区组施工综合信息表中的“工区代码”和工区信息表中的“坡度”，得到每个里程段落的“工作面名称”；
76.优选的，“工区代码”＝
±
3且“工区代码
”ד
坡度”≥0时，工作面名称为“进出口施工正洞(顺坡)”；“工区代码”＝
±
3且“工区代码
”ד
坡度”《0时，工作面名称为“进出口施工正洞(反坡)”；“工区代码”≠
±
3时，工作面名称为“通过辅助坑道施工正洞”。
77.再次，根据工区施工综合信息表的“数据库适用条件”、“工作面名称”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”数据，在施工进度指标数据库中匹配得到每个里程段落的“施工进度指标”；
78.再次，将工区施工综合信息表复制为两部分，一个为工区组起点施工综合信息表，
代表施工方向为从小里程到大里程，另一个为工区组终点施工综合信息表，代表施工方向为从大里程到小里程。按照施工方向分别计算这两个施工综合信息表中每个里程段落的“起点工期”、“终点工期”；
79.其中，计算第一个工期时，需要加上工区信息表(workarea_code)中的“施工准备时间”、“挑顶进洞时间”、“辅助坑道副攻滞后时间”、“辅助坑道自身施工时间”80.最后，根据工区组起点施工综合信息表和工区组终点施工综合信息表的两条里程-工期折线，解得两条折线交点，交点里程即为贯通里程，交点工期即为贯通工期，根据施工参数中的“冬歇期开始月份”、“冬歇期结束月份”和“二次衬砌滞后时间”，在贯通工期基础上中添加冬歇的时间和二次衬砌滞后时间，得到最终的“总工期(月)”。
81.步骤h中生成施工组织信息表，包含“工区名称”、“起点里程”、“终点里程”、“承担正洞长度(月)”、“施工准备工期(月)”、“挑顶进洞工期(月)”、“辅助坑道自身工期(月)”、“正洞工期(月)”、“总工期(月)”。
82.步骤i中生成便于绘制隧道施工组织图的固定格式数据，其格式为每一行代表一个施工组织折线段，每一行的参数有“起点里程”、“起点工期”、“终点里程”、“终点工期”、“施工进度指标”、“图例”、“起点注释”。
83.其中，图例包含的选项有“施工准备图例”、“正洞施工图例”、“斜井自身施工图例”。
84.实施例一
85.步骤a，根据实施例中铁路项目的隧道设计原则，建立施工进度指标数据库，如图2。其中，数据库适用条件有“一般适用条件”和“特殊适用条件”两项。
86.步骤b，根据实施例中铁路项目的机械化配套情况，在技术标准中输入机械化配套的可适用里程范围为ck80+000～ck250+000；实施例中铁路项目的数据库适用条件全线都是“一般适用条件”，在此处只需要输入特殊适用条件，不输入的里程部分全部默认为“一般适用条件”，所以此处可以省略，如图3。
87.步骤c，输入实施例中隧道正洞的施工参数，隧道为“双线”，进口施工准备为3个月，出口施工准备为3个月，进口施工方向为大里程，出口施工方向为小里程，如图4。在正洞围岩级别表中输入正洞围岩级别，如图5。
88.输入实施例中隧道辅助坑道的施工参数，分别输入1号斜井、2号斜井、3号斜井的与正洞交汇里程分别为ck170+500、ck174+000、ck177+000，洞口施工准备均为2个月，施工放线分别为“主攻大里程副攻小里程”、“主攻小里程副攻大里程”、“大里程”，机械化配套均为“普通机械化配套”，如图4；在辅助坑道围岩级别表中分别输入每个辅助坑道的围岩级别，如图6。
89.输入实施例中隧道的其他施工参数，挑顶进洞工期为1个月，冬歇期开始月份为1月份，结束月份为2月份，二次衬砌滞后时间为2个月，辅助坑道副攻方向滞后时间为1个月，如图4；在正洞竖曲线表中输入正洞左线的竖曲线信息，如图7。
90.步骤d，匹配生成1号斜井、2号斜井、3号斜井自身施工的施工进度指标，并分别计算自身的施工时间，此处以1号斜井为例，具体过程如下：
91.首先，根据1号斜井与正洞的交汇里程，得知1号斜井的“数据库适用条件”为“一般适用条件”；
92.其次，根据1号斜井的机械化配套参数和每个段落的围岩级别信息，在施工进度指标数据库中找到1号斜井每个里程段落对应的施工进度指标，列于表一中。
93.以下，表一为1号斜井的施工进度指标
[0094][0095][0096]
最后，段落长度/施工进度指标＝每个段落的工期，每个段落工期的求和，即得到1号斜井自身的施工时间为5.88个月。
[0097]
同样的计算步骤，可以得到2号斜井自身的施工时间为2.74个月，2号斜井自身的施工时间为1.97个月。
[0098]
步骤e，综合根据技术标准、正洞施工参数，匹配生成正洞的施工综合信息表(agearr)，列于表二中。
[0099]
以下，表二为正洞的施工综合信息表(agearr)
[0100]
[0101]
[0102][0103]
步骤f，综合根据正洞和辅助坑道的施工参数，匹配生成工区信息表(workarea_code)，列于表三中。
[0104]
以下，表三为工区信息表(workarea_code)
[0105][0106]
根据表三信息，生成有效工区组表(workarea_using)，列于表四中。
[0107]
以下，表四为有效工区组表(workarea_using)
[0108][0109]
步骤g，对表四中的每一个有效工区组进行遍历计算，计算每个工区组的贯通里程及贯通工工期，此处以工区组2为例，具体过程如下：
[0110]
第1步，工区组2的起、终点在表三中的列号分别为3和4，根据表三第3列的工区起点里程ck170+500和第4列的工区起点里程ck174+000，在表二中截取相应的里程段落，生成工区组2的施工组合信息表(agearr_part)，列于表五。
[0111]
第2步，根据表五工区组2的施工组合信息表(agearr_part)的“工区代码”和表三
工区信息表(workarea_code)的“坡度”，得到每个里程段落的“工作面名称”，列于表五。
[0112]
第3步，根据表五工区组2的施工组合信息表(agearr_part)的“数据库适用条件”、“工作面名称”、“单双线”、“机械化配套”、“围岩级别”，在施工进度指标数据库中匹配得到每个里程段落的“施工进度指标”，列于表五。
[0113]
以下，表五为工区组2的施工组合信息表(agearr_part)
[0114]
[0115][0116]
第4步，将表五分别复制为工区组2起点施工综合信息表(agearr_part_start)和工区组2终点施工综合信息表(agearr_part_end)，并分别计算两个施工综合信息表中每个里程段落的“起点工期”、“终点工期”。工区组2起点施工综合信息表(agearr_part_start)的工期信息列于表六，工区组2终点施工综合信息表(agearr_part_end)的工期信息列于表七。
[0117]
以下，表六为工区组2的起点施工综合信息表(agearr_part_start)的工期信息
[0118]
[0119][0120]
以下，表七为工区组2的终点施工综合信息表(agearr_part_end)的工期信息。
[0121]
[0122][0123]
第5步，计算得到工区组2的贯通工期为26.39个月，贯通里程为ck172+133.77。在考虑冬歇期的情况下，进而计算得到工区组2的总工期为30.39个月。
[0124]
同样的计算步骤，可以得到工区组1、工区组3、工区组4的贯通工期、贯通里程和总工期。
[0125]
步骤h，根据上述各个步骤中计算结果，整理得到施工组织信息表，列于表八。
[0126]
以下，表八为施工组织信息表。
[0127][0128]
步骤i，生成便于绘制隧道施工组织图的固定格式数据，以下截取部分绘图数据列于表九。
[0129]
以下，表九为部分绘图数据。
[0130]
[0131][0132]
以下，根据表九数据可以很简单地绘制出施工组织设计图(cad图)。
[0133]
本发明提出了以可自定义的数据库作为设计依据，通过控制正洞和辅助坑道的施工参数，实现铁路山岭隧道在各种组合情况下的施工组织智能设计。本发明中可自定义数据库，能够根据不同项目的特性，分别建立对应的数据库模板，从而实现设计经验的积累，降低设计的难度，提高设计效率。
[0134]
本发明涉及的正洞和辅助坑道的施工参数理论上能够实现铁路山岭隧道的各种方案组合，具有较强的通用性和灵活性，可以在各类铁路隧道项目中广泛推广使用。
[0135]
本发明中同一个铁路项目可只定义一个数据库模板，方便统一管理，项目中每个隧道的施工参数只需要简单输入，即可智能匹配得到施工进度指标，进而自动计算得到绘图所需数据。设计结果能够以数据和图的形式呈现，后续在既有设计的基础上修改也极为简便。本发明能够智能完成关键指标的匹配和关键数据的计算，对铁路隧道专业知识要求门槛极低，设计者在了解了每项施工参数后，可快速进行施工组织设计，能够大幅降低设计者的学习成本和使用成本，具有较高的应用价值。