導(dǎo)語(yǔ)：ＣＩＶＩＬ３Ｄ在尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：CIVIL3D是應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的圖形設(shè)計(jì)軟件，與尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)有很好的契合度。本文總結(jié)了尾礦庫(kù)工程設(shè)計(jì)在CIVIL3D中的一般流程和所用到的工具面板，提出了能為設(shè)計(jì)提高效率的應(yīng)用方向，分析了軟件的工具特性。通過(guò)庫(kù)址方案和排洪系統(tǒng)方案比選兩個(gè)不同類型的實(shí)際應(yīng)用案例，表明了CIVIL3D在尾礦庫(kù)實(shí)際中的實(shí)用性，能為設(shè)計(jì)提高精度和效率，可供相關(guān)設(shè)計(jì)研究人員參考。

關(guān)鍵詞：CIVIL3D；尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)；方案比選；庫(kù)容曲線；工程量統(tǒng)計(jì)

尾礦庫(kù)是為集中堆存選后尾礦砂而興建的一種特殊工程，具有壩高、庫(kù)容、運(yùn)行方式等特征，一般由初期壩、堆積壩、排洪系統(tǒng)、輸送回水系統(tǒng)、排滲系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成［1］。建設(shè)運(yùn)行中后期的尾礦庫(kù)，具有較大的壩高，附著較大的勢(shì)能，同時(shí)，庫(kù)內(nèi)堆積著大量飽和松散體，是一座大型危險(xiǎn)源，一旦發(fā)生尾礦庫(kù)安全事故，對(duì)下游與周邊環(huán)境的影響是巨大的［2］。因此，尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)通常取較大的安全系數(shù)，相關(guān)政策與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也提供了一定的安全儲(chǔ)備。隨著尾礦庫(kù)建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，對(duì)尾礦砂物理性質(zhì)的充分認(rèn)識(shí)，以及對(duì)尾礦庫(kù)事故的剖析總結(jié)，逐步認(rèn)識(shí)到浸潤(rùn)線埋深和施工管理質(zhì)量是影響尾礦庫(kù)安全的最重要因素。在尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)工作中，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地形地質(zhì)條件，對(duì)安全影響大的因素著重考慮，對(duì)安全影響小的因素適當(dāng)考慮，兼顧少占土地、節(jié)約投資的原則，對(duì)擬定庫(kù)區(qū)方案比選十分重要。設(shè)計(jì)方案比選是在滿足需求的多種方案中，通過(guò)對(duì)占用土地、周邊環(huán)境影響等政策適應(yīng)性，工程量、工程投資量等經(jīng)濟(jì)效應(yīng)作橫向?qū)Ρ?，分析比選出最適用方案，是一種經(jīng)濟(jì)、合理的科學(xué)設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，先獨(dú)立設(shè)計(jì)出多個(gè)可行方案，再對(duì)各方案分項(xiàng)橫向?qū)Ρ?，選出最優(yōu)方案。各方案之間的相同點(diǎn)不能體現(xiàn)在設(shè)計(jì)效率中，增加一個(gè)方案就需多一次工作量，急需一種快速的設(shè)計(jì)研究方法。

1CIVIL3D的設(shè)計(jì)流程

CIVIL3D是歐特克公司開(kāi)發(fā)的一款應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的圖形設(shè)計(jì)軟件，與AutoCAD不同，它是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)流程，包含著地形曲面、縱斷面、橫斷面、表格等對(duì)象類型，通過(guò)在不同對(duì)象間建立相互鏈接關(guān)系的方式完成設(shè)計(jì)，具有動(dòng)態(tài)性、參數(shù)化等特點(diǎn)。尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是初期壩、堆積壩、排洪系統(tǒng)、輸送回水系統(tǒng)等。初期壩一般是中土石壩、低土石壩，堆積壩可視為由初期壩頂向上游的多級(jí)填坡，排洪系統(tǒng)和輸送回水系統(tǒng)分別是無(wú)壓自流管網(wǎng)與壓力管網(wǎng)，均具有一定的標(biāo)準(zhǔn)型，且在CIVIL3D中有與之對(duì)應(yīng)的對(duì)象類型。CIVIL3D中尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)一般包含7步流程：建立地形曲面、擬定中心線生成地形縱斷面、設(shè)計(jì)縱斷面、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面并裝配、調(diào)整裝配體生成曲面、設(shè)計(jì)橫斷面與統(tǒng)計(jì)工程量、調(diào)整出圖。其中初期壩與堆積壩通過(guò)“部件編輯器”設(shè)計(jì)具有壩高、坡比、馬道寬度等參數(shù)的定制部件，修改參數(shù)，組合成標(biāo)準(zhǔn)橫斷面完成壩體裝配。排洪系統(tǒng)與輸送回水系統(tǒng)通過(guò)“管網(wǎng)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)預(yù)定隧洞管道截面與排水井結(jié)構(gòu)，組合管道與結(jié)構(gòu)，調(diào)整參數(shù)完成管網(wǎng)裝配設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后可切斷面圖，另存為．dxf文件，與滲流分析、穩(wěn)定性計(jì)算軟件銜接，為計(jì)算分析提供精確的圖形文件。

2方案比選

在不同的設(shè)計(jì)階段，對(duì)設(shè)計(jì)方案比選有不同的深度與目的。其中，庫(kù)址方案比選、排洪系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選是最重要的比選內(nèi)容。庫(kù)址方案是在滿足設(shè)計(jì)需求的多個(gè)方案中，權(quán)衡壩基地質(zhì)條件、建壩工程量、占用地面積及對(duì)下游環(huán)境影響之間的利弊關(guān)系，比選出最合適庫(kù)址方案。在CIVIL3D中擬定庫(kù)址處設(shè)計(jì)初期壩、堆積壩，圈定庫(kù)區(qū)范圍、占用地范圍、下游影響范圍，完成一種方案設(shè)計(jì)。對(duì)于多種方案，基于CIVIL3D的動(dòng)態(tài)鏈?zhǔn)竭壿?，可直接拖?dòng)壩軸線位置，修改壩高、坡比等參數(shù)即可快速完成與首次設(shè)計(jì)精度一致的多方案設(shè)計(jì)，而后讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析優(yōu)選方案。排洪系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是在多個(gè)可行方案中，計(jì)算各方案的工程量與工程投資量，以工程量小、施工難度小、工程投資少的原則比選出最優(yōu)方案。在CIVIL3D中設(shè)計(jì)排洪系統(tǒng)，定義材質(zhì)類型，統(tǒng)計(jì)工程量，計(jì)算工程投資，完成一種方案設(shè)計(jì)。拖動(dòng)排洪隧洞走向位置、更改坡度、井深參數(shù)，設(shè)計(jì)多種排洪方案，基于材質(zhì)類型的工程量與工程投資自動(dòng)動(dòng)態(tài)更新，快速完成多種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，橫向?qū)Ρ冗x擇最優(yōu)方案。

3應(yīng)用案例

3．1庫(kù)址方案比選

某擬建尾礦庫(kù)位于涼山州會(huì)理縣，堆存選廠排放的尾鐵礦砂，需求有效庫(kù)容3000萬(wàn)m3，要求依據(jù)實(shí)測(cè)地形圖設(shè)計(jì)多種庫(kù)址方案并比選推薦。為滿足尾礦庫(kù)的正常使用需求，獲得方案下的庫(kù)容量［3］是最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，在CIVIL3D中庫(kù)容分析可由以下方式得到。1）以原地形曲面為基準(zhǔn)曲面，以堆積后曲面為對(duì)照曲面，建立三角形體積曲面，在體積面板中直接讀取庫(kù)容總量，也可圈定界內(nèi)范圍獲得局部庫(kù)容量。此方法以兩基礎(chǔ)曲面同平面位置處的高程差值作為體積曲面的高程，按積分法獲得庫(kù)容量，概念簡(jiǎn)單，數(shù)值精確，應(yīng)用廣泛。2）對(duì)庫(kù)區(qū)最終淹沒(méi)范圍內(nèi)的原地形曲面作曲面高程分析，設(shè)定高程間隔，獲得圖表分析結(jié)果，包含高程值、對(duì)應(yīng)高程處界內(nèi)面積，據(jù)此可容易計(jì)算得到相鄰高程間體積和累加總體積。此方法操作方便、結(jié)果清晰，適用于方案擬定階段。3）與曲面高程分析相似，對(duì)庫(kù)區(qū)坡面內(nèi)的地形曲面作階段存儲(chǔ)分析，以當(dāng)前曲面顯示樣式中的等高線間隔為分析間隔，分析結(jié)果包含：高程值、高程處的界內(nèi)面積、以平均端面法計(jì)算的層間體積與累計(jì)體積、以圓錐法計(jì)算的層間體積與累計(jì)體積，分析結(jié)果可生成文本文件方便數(shù)據(jù)處理與引用。此方法結(jié)果內(nèi)容豐富，便于應(yīng)用，適用于高程－庫(kù)容分析。結(jié)合庫(kù)址方案設(shè)計(jì)與3種庫(kù)容獲取方法的便宜性與兼容性，選擇階段存儲(chǔ)法作為庫(kù)容計(jì)算方法。按以下步驟完成多方案設(shè)計(jì)與比選工作：①新建空三角網(wǎng)曲面，命名為地形曲面，向地形曲面添加實(shí)測(cè)高程點(diǎn)與等高線數(shù)據(jù)，適當(dāng)裁剪邊界生成地形曲面，將顯示樣式設(shè)置為等高線模式；②在地形曲面上布置初期壩壩軸線，由壩軸線生成地形縱斷面；③在地形縱斷面圖上設(shè)計(jì)壩頂軸線；④編輯預(yù)先定制的初期壩和堆積壩部件的壩頂寬、壩高、上下游坡面坡比、馬道寬度、堆積壩高等參數(shù)，生成壩體裝配體；⑤提取初期壩表面曲面、堆積壩坡面曲面與地形曲面作交線，確定壩體外表面的輪廓線；⑥將壩體輪廓線作為地形曲面的新邊界，對(duì)地形曲面按等高線作階段存儲(chǔ)分析，得到壩高～庫(kù)容曲線；⑦調(diào)整初期壩壩高、坡比和堆積壩壩高、坡比等參數(shù)，得到同一壩址處多個(gè)方案；⑧調(diào)整初期壩軸線位置，得到不同壩址的多個(gè)方案。讀取不同方案的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。根據(jù)表1對(duì)比優(yōu)選，兩方案均能滿足尾礦堆存需求，但方案2的壩高及壩軸線都相對(duì)較小，灘長(zhǎng)相對(duì)較大，因此方案2為最優(yōu)方案。

3．2排洪系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選

某尾礦庫(kù)在初步設(shè)計(jì)階段，明確排洪方案采用庫(kù)內(nèi)庫(kù)外一體排洪，框架式排水井與排洪隧洞的聯(lián)合排洪方式?？紤]到庫(kù)區(qū)溝深坡陡的地形特點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)排洪隧洞沿坡體、溝底兩種方案，相應(yīng)地排水井也隨方案調(diào)整變動(dòng)。本階段設(shè)計(jì)，需對(duì)兩種排洪方案論證可行性，比較工程量與投資量，優(yōu)選方案。工程量是方案研判的重要指標(biāo)，在CIVIL3D中工程量一般采用以下方法計(jì)算獲得：①對(duì)部件中的不同代碼建立各材料之間的分界曲面，包括最外層的輪廓面；②在材質(zhì)編輯器中以各材料的邊界曲面定義材料，即以分界曲面的上下包含關(guān)系圈定指定的材料名；③利用體積報(bào)告分析，計(jì)算出各樁號(hào)處的橫斷面上的不同材質(zhì)的面積、樁號(hào)間各材質(zhì)的體積以及累計(jì)體積，樁號(hào)間隔可靈活設(shè)置，間隔越小計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確。對(duì)于排洪系統(tǒng)等具有固定型式的對(duì)象還可通過(guò)CIVIL3D中的管網(wǎng)系統(tǒng)分別建立排洪隧洞和框架式排水井，基本的設(shè)計(jì)步驟為：①編輯擬定的隧洞和排水井的型式、尺寸和結(jié)構(gòu)組件；②在地形曲面上，設(shè)計(jì)隧洞的平面布置和下泄坡度，調(diào)整隧洞與排水井的銜接關(guān)系；③將隧洞與排水井繪制在斷面圖中，完善設(shè)計(jì)，獲得隧洞的長(zhǎng)度和井身尺寸等數(shù)據(jù)；④由于排洪系統(tǒng)的特殊幾何特征，可按徑向面積與軸向長(zhǎng)度的乘積作為總體積的計(jì)算方法計(jì)算挖填的材料工程量；⑤通過(guò)挪動(dòng)隧洞的位置坐標(biāo)設(shè)計(jì)不同的布置方案，對(duì)兩種方案按相同方法統(tǒng)計(jì)工程量，列表可橫向?qū)Ρ雀鞣猪?xiàng)的工程量，以各分項(xiàng)單價(jià)作計(jì)算，可統(tǒng)計(jì)出各方案的分項(xiàng)投資與總投資額，為優(yōu)選方案提供依據(jù)。表2為兩種排洪系統(tǒng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)特性表。由表2可知，兩個(gè)方案均能滿足防排洪安全的設(shè)計(jì)需求，方案1支隧洞較長(zhǎng)排水井較短，方案2支隧洞短排水井豎井較深，綜合兩方案工程量、工程投資量相當(dāng)，考慮方案2排水井豎井段太深，施工難度大，安全性低，推薦方案1為最優(yōu)方案。

4結(jié)語(yǔ)

CIVIL3D軟件與尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)具有很高的契合度，對(duì)象匹配性高，設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)單靈活方便，能明顯提高尾礦庫(kù)工程設(shè)計(jì)精度和效率。多種方案的橫向比選是保證工程安全可行，減少工程量節(jié)省投資額，優(yōu)化方案的合理方法，使用CIVIL3D能快速實(shí)現(xiàn)多個(gè)方案的初步及詳細(xì)參數(shù)提取，便于方案進(jìn)行，提高設(shè)計(jì)效率。

作者：楊錦 蘇偉強(qiáng) 梅浪 單位：四川西冶工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司四川省冶金地質(zhì)勘查院