矿山道路施工设计的步骤及方法

张兆仁，金 敏，王连成

（1.鞍钢集团矿业设计研究院，辽宁 鞍山 114004；2.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）

路桥与建筑

矿山道路施工设计的步骤及方法

张兆仁1，金 敏1，王连成2

（1.鞍钢集团矿业设计研究院，辽宁 鞍山 114004；2.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）

分析了目前矿山道路施工设计技术情况，提出实用、便捷的矿山道路施工设计的步骤及方法，以便为类似施工设计提供一个设计参考。

露天矿；运输道路；施工设计

0 引 言

露天矿山道路是指露天矿山范围内行驶矿用自卸汽车的道路，或通往附属厂（车间）和各种辅助及附属设施所行驶的各类汽车的道路[1]。矿山道路设计是矿区规划设计的一部分，包括线路设计、路基设计、路面设计以及相关施工组织设计等，各项设计必须遵守《厂矿道路设计规范》。一个科学的、合理的、高效的矿山道路路线设计，是矿山建设的重要组成部分。矿山道路的质量直接影响运输成本和运输安全，提高矿山道路的质量，对降低运输成本，确保运输安全，具有十分重要的意义[2-4]。武建华等人围绕安太堡露天矿930生产班采掘平盘现状，论述了加强道路质量标准化建设的必要性[5]，然而目前国内露天矿山道路设计中的技术标准、设计步骤及方法等方面没有一个系统的规范或规定[6-7]，矿山道路设计基本以专业的矿山道路设计软件和一般常规CAD制图软件设计为主。因此，总结一套道路施工设计步骤及方法具有引导设计方向、指导设计内容和实现设计目标的意义。其中明确细化设计道路的平面基本路由位置、绘制道路施工平面图、道路纵断面图和道路工程横剖面及路面结构图并计算出道路的工程量这一环节是矿山道路平面施工图设计的关键环节，该环节设计任务繁重。为了有效减少道路基建工程量并保证公路路基的安全设计，需要反复微调道路平面路由、反复绘制道路横剖面图，才能实现道路施工设计安全、经济和科学合理的设计目标。通过总结国内矿山道路设计的基本情况，提出实用、便捷的矿山道路施工设计的步骤及方法，以便为类似施工设计提供参考。

1 国内矿山道路设计概况

目前，国内的露天矿山道路设计并没有统一的软件标准，大多数的矿山都是根据自身情况，利用CAD、3DMine等软件完成矿山道路的设计，也有少部分矿山根据自身需求利用CAD二次开发，研发了自己的矿山道路设计软件。在国内的矿山道路设计研究中，邱锦标总结了露天矿山运输道路设计施工的路基、路面结构，曲线段、纵断面设计及道路定线与养护等技术要点[8]；王荣等人基于CAD的二次开发技术，利用.NET语言研发了水泥矿山道路设计软件，并在项目中成功应用[9]；李小军将MineSight软件应用于德兴铜矿矿山道路设计，实现了采矿工程中的道路设计，包括相对复杂的有挖、填工程的山体道路设计[10]。

国内有大量道路桥梁施工设计软件，比较知名的有3DM矿业设计软件、GPCAD设计软件、Minex 3D矿业设计软件、DATAMINE公司的矿山设计软件和SURPAC矿业设计软件、MineSight矿业设计软件及北京卓勤矿业软件、辽阳聚进公司开发的矿业设计软件等。这些设计软件全部以CAD绘图软件为基础，通过建立矿山地质模型，然后再进行深层次开发研究出矿业开采管理的设计软件。道路设计是这些软件中的一个子项设计内容，优点包括①在完成地质建模后，道路设计周期短；②修改设计方便，计算快捷，根据设计者填写的道路设计参数，可以直接得出道路的填方和挖方工程量；③可以直观的看见道路修建后的三维道路图形；④道路完成定位后，可以随意画取道路纵横剖面图。

当然，这些软件也存在一定的不足之处，包括①每个软件都有独立的知识产权，自有的设计理念和依据，使用者要进行集中培训方能使用；②道路平面定位的准确程度完全依赖于矿山地质建模，地质建模周期长、精度不高、修补费时费力，需要专业人员进行编录；③要配置较为先进的计算机才能工作；④软件中道路定位基本原理是根据设计者填写的道路参数，通过计算后得出道路三维图形。设计人员填写道路参数时只是填写道路的技术参数，无法考虑道路路基的安全问题。路基安全稳定性只有靠设计者在形成道路后自行检验校核，不是在设计中一并考虑。

普通的设计单位没有矿山道路设计软件，只能利用基础的设计工具进行道路施工设计。因设计者思路不同，其设计的步骤及方式不同，故采用的设计工具也不同。一般来说，设计是由设计者在CAD软件下的地质地形图上人工绘制。设计中数据计算没有计算软件，是设计者根据公式人工利用普通科学计算器计算后添加到图纸上。这种方法不仅效率低下，而且容易产生误差，因此，在没有专业软件的情况下，采用使用便捷的小工具进行辅助设计是十分必要的。

2 矿山道路施工设计的步骤及方法

一般矿山道路施工图设计4张图为1套，分别为道路施工平面图、道路纵断面图和道路工程横剖面图及道路路面结构图。在没有专业软件的前提下，如果使用传统的CAD绘图以及手动计算，则会显得相当复杂，而利用本研究提出的方法，采用多个小软件和自制小文件组合也完全可以达到事半功倍的设计效果，提出的矿山道路施工设计步骤及方法如下。

2.1 确定道路参数及平面路由

首先，根据设计道路所处区域地形条件、物料输出方向、运输能力、设计服务年限及设计道路通过的车型等主要因素，确定道路参数。

其次，根据道路参数及设计道路平面布置的地形条件在道路施工平面图上初步确定道路平面路由。

最后，参考矿山生产单位意见并现场实际勘察道路路由区域情况，根据道路的附加功能及场地条件，多次修订道路的平面路由。

2.2 工程计算和工程投资预算

进一步精细化设计道路的平面基本路由位置，绘制道路施工平面图、道路纵断面图和道路工程横剖面及路面结构图，并计算出道路的工程量和工程投资预算。该步骤可划分为：

1）根据设计参数及路基岩性等资料，绘制路面结构图。

2）在道路施工平面图上，从公路的起始点设立百米标起点，并分段逐步绘制道路百米标。

3）按照路面结构图、最大公路坡度等参数、确定的道路的平面基本路由中该部位的地形条件，确定公路中心线位置、该段公路的坡度、变坡点位置道路拐点位置等。

4）在变坡点处设计纵向(竖曲线)参数：根据计算公式，利用Excel软件的计算功能，自制文件。设立2个变量，简便快捷计算出纵向（竖曲线）参数，自制Excel文件如图1所示。

图1 自制Excel文件

5）根据第3步确定的数据，按照一定间距（一般公路按照间距15～30 m绘制，地形条件复杂的选小值）绘制道路横剖面图；地形等高线全的新建公路，可以采用GPCAD设计软件方便地生成地形剖面。在地形条件复杂的区域采用CAD小插件生成地形剖面图。在互联网上下载一个免费CAD小插件。在CAD软件上安装后可以方便地生成道路地形横剖面图。目前已经超过1 000次效验，该CAD小插件绘制的道路地形横剖面图准确无误，CAD小插件安装后CAD界面图如图2所示。

图2 CAD小插件安装后CAD界面图

6）根据绘制的道路横剖面确认公路中心线位置、公路坡度、道路的安全稳定性和经济合理性，对不符合安全规范的、有可能产生路基失稳隐患的和在经济上不是最科学合理的部位从第3步从新编制。

7）根据确定道路的各项数据，绘制的道路施工平面图，利用本院自主研发编制的CAD小软件计算公路平面坐标表，添加到道路施工平面图说明内。CAD小软件添加过程如图3所示。

图3 CAD小软件添加过程

8）根据绘制的道路施工平面图和得出的公路平面坐标表中数据，绘制道路纵断面图。根据计算公式，利用Excel软件的计算功能，自制文件得出绘制道路纵断面图所需数据，如图4所示。

图4 自制Excel文件

9）整理绘制的道路横剖面，形成道路工程横剖面及路面结构图。

10）从剖面图中读取工程填方量和工程挖方量，计算出道路工程量，完成道路工程投资预算。

3 实施效果

与以往相似道路设计相比，本方法的实施效果如下：

1）本设计步骤是把考虑影响道路平面路由因素明确化，设计者逐一对照并多次与使用单位协商后确定道路平面路由，故道路设计的实用性更强。

2）通过采用多个小软件和自制小文件组合方便制图和计算，在精细设计的前提下，可以提前3～15 d完成设计任务；

3）因制图和计算方便，进行多方案比较容易快捷，完全实现了道路设计安全、施工方便和工程投资经济合理的设计目标。

近期设计施工的5条公路，无论是业主还是道路施工单位都非常满意，5条公路均达标验收投入使用。

4 结论

矿山道路的质量直接影响到运输成本和运输安全。提高矿山道路的质量，对降低运输成本，确保运输安全，具有十分重要的意义。在大量实践的基础上，总结出一套新的道路施工设计步骤及方法，明确细化了设计道路的平面基本路由位置、绘制道路施工平面图、道路纵断面图和道路工程横剖面及路面结构图并计算出道路的工程量。该方法具有引导设计方向、指导设计内容和实现设计目标的意义。

［1］朱明海.露天矿山道路选线设计及建模研究［D］.长沙：中南大学，2012.

［2］王立友.矿山道路质量对运输成本及运输安全的影响［J］.露天采矿技术，2004（5）：26-27.

［3］贾致荣.修订《厂矿道路设计规范》的探讨［J］.中南公路工程，2000（3）：11-13.

［4］刘建国，王智，李平.矿山道路损坏机理分析及提高道路质量的途径［J］.露天采煤技术，2001（4）：57-59.

［5］武建华，赵信，刘晓玲，等.露天矿山应加强道路质量标准化建设［J］.露天采矿技术，2015（3）：26-28.

［6］贾致荣.基于CBR法的矿山道路路面设计［J］.金属矿山，2008（9）：35-37.

［7］苏海云.露天矿山道路质量标准化建设的重要性［J］.露天采矿技术，2011（5）：31-36.

［8］邱锦标.露天矿山道路设计及施工［J］.采矿技术，2012（3）：42-46.

［9］王荣，朱向国，霍燚，等.基于AutoCAD二次开发的水泥矿山道路设计软件及应用［J］.水泥技术，2016（4）：41-46.

［10］李小军.MineSight软件在矿山道路设计中的应用［J］.铜业工程，2015（1）：44-47.

【责任编辑：解连江】

Steps and methods of mine road construction design

ZHANG Zhaoren1,JIN Min1,WANG Liancheng2
(1.Anshan Iron and Steel Group Mining Design and Research Institute,Anshan 114004,China；2.College of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China)

This paper analyzes the current situation of mine road construction design technology,and puts forward the practical and convenient mine road construction design steps and methods,so as to provide a design reference for similar construction design.

open-pit mine;mine road;construction design

TD

B

1671－9816（2017）03－0077－04

2016-08-31

十二五国家科技支撑计划课题（2015BAB15B01）

张兆仁（1971—），男，辽宁丹东人，采矿工程师，学士，1995年7月毕业于西安建筑科技大学采矿工程专业，现主要从事采矿工程设计及管理等工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.022

张兆仁，金敏，王连成.矿山道路施工设计的步骤及方法［J］.露天采矿技术，2017，32（3）：77-79.