Biuletyn techniczny: Infrastruktura nr 39

Transkrypt

1 Biuletyn techniczny: Infrastruktura nr 39 Projektowanie tuneli Opracowanie: Bartosz Przychodniak, Jakub Jarosz 2013, APLIKOM Sp. z o.o. Aplikom Sp. z o.o Łódź ul. Obywatelska 137 tel.: (+48) fax: (+48) NIP: , Regon: Konto bankowe: BRE BANK S.A. Oddział Korporacyjny Łódź, Plac Wolności 3 Nr konta: Kapitał zakładowy: zł KRS: Sąd Rejonowy dla Łodzi Śródmieścia w Łodzi, XX Wydział Krajowego Rejestru Sądowego Nr strona 1 / 12

2 1. Linia trasowania Linia trasowania osi musi być zdefiniowana wzdłuż całej drogi, w tym wzdłuż tunelu. Jeśli projektowane są dwa odrębne, równoległe do siebie tunele najprościej jest utworzyć jedną linię trasowania osi, biegnącą pomiędzy jezdniami. Jednak często tunele nie są projektowane jako równoległe, szczególnie jeśli występują trudne warunki naturalne. W takim wypadku każdy z tuneli powinien mieć zaprojektowaną własną linię trasowania osi. Warto wtedy skorzystać z narzędzia, jakim jest polecenie Utwórz linię trasowania odsunięcia. Jeśli po utworzeniu linii trasowania odsunięcia chcesz ją dodatkowo modyfikować, pamiętaj, aby w oknie Właściwości linii trasowania, na karcie Informacje zmienić Typ linii trasowania na Oś. 2 / 12

3 2. Profile i niweleta Jeśli tunele nie mają odrębnych linii trasowania osi, a tylko oś główną biegnącą pomiędzy nimi, profil terenu należy wygenerować za pomocą standardowego narzędzia do tego służącego. Jeśli każdy tunel ma odrębną linię trasowania osi, które zostały wygenerowane jako odsunięcia głównej osi, należy skorzystać z narzędzia tworzenia profilu odsunięcia. UWAGA! Polecenie pojawia się na wstążce po zaznaczeniu linii trasowania odsunięcia. Przy projektowaniu niwelety mogą wystąpić dwa przypadki. 1) Niweleta tunelu pokrywa się z niweletą osi głównej biegnącej pomiędzy jezdniami. Utwórz profil terenu i widok profilu wzdłuż linii trasowania odsunięć. Utwórz niwelety odsunięć (osi jezdni) jako profil nałożony niwelety głównej (polecenie pojawia się na wstążce po zaznaczeniu niwelety osi głównej) w żądanym zakresie pikiet. UWAGA! Profilu nałożonego nie można modyfikować. 2) Niweleta tunelu nie pokrywa się z niweletą osi głównej, ale zależy od niej (różnica poziomów, spadki itp.). Utwórz prosty zespół z łącz definiujący relacje pomiędzy niweletą osi głównej i niweletami odsunięć. Utwórz pomocniczy korytarz i jego powierzchnię. Utwórz profil z powierzchni pomocniczego korytarza wzdłuż linii trasowania odsunięć korzystając z narzędzia Utwórz profil z korytarza (narzędzie pojawia się na wstążce po zaznaczeniu pomocniczej powierzchni korytarza). 3 / 12

4 3. Zespoły Podczas projektowania tunelu istnieją 2 efektywne sposoby tworzenia zespołów. Ważne jest to, aby w trakcie tej czynności pamiętać o tym, że roboty ziemne obliczane są na bazie powierzchni, które z kolei tworzone są na podstawie odpowiednio odkodowanych łącz w zespole. 1) Podzespoły łącz. W celu zaprojektowania wymaganego kształtu tunelu można wykorzystać kombinację standardowych podzespołów drogowych oraz łącz. Podzespoły łącz dają użytkownikowi szeroki wachlarz możliwości pod względem tworzenia geometrii oraz kodowania. Należy pamiętać o tym, że nie można definiować łącz w kształcie łuku. Jeśli taka geometria jest wymagana, trzeba zastosować sekwencję krótkich odcinków łącz tak, aby otrzymać łuk przybliżony. Liczba prostych zależy od tego, jak duża dokładność geometrii jest wymagana. Konstrukcję drogi najefektywniej jest projektować standardowym podzespołem pasa drogowego. Detale (takie jak drenaż), które powinny być wrysowane na przekrojach poprzecznych, ale nie muszą być modelowane, można dodać jako bloki. WNIOSKI: Zalety: - możliwość zamodelowania niemalże każdego kształtu tunelu, - pełna kontrola nad kodami zespołu, - możliwość edycji zespołu po wygenerowaniu korytarza (parametryzacja zespołu), - możliwość wykorzystania obiektów docelowych podczas generowania korytarza. Wady: - stosunkowo duży czas tworzenia zespołu. 4 / 12

5 2) Podzespoły z polilinii. Istnieje możliwość tworzenia podzespołów na podstawie wcześniej wrysowanej polilinii. Ponadto użytkownik może dowolnie kodować taki podzespół (kody punktów, łącz i kształtów). Funkcja Dodaj do zespołu pozwala związać nowo utworzony podzespół z istniejącym zespołem. Domyślnie jako punktu wstawienia program użyje punktu początkowego polilinii. Użytkownik może jednak edytować ten punkt poprzez narzędzie Zmień początek. W przypadku projektowania tunelu zaleca się utworzyć 2 podzespoły z polilinii dla górnej i dolnej części przekroju. Podczas konwersji polilinii wybierz opcję Pojedyncza w sekcji Tworzenie łącza. Wybór tej opcji powoduje, że do całego podzespołu przyporządkowywany jest jeden zdefiniowany kod. 5 / 12

6 Z kolei wybór opcji Wiele powoduje, że do każdego segmentu polilinii przyporządkować można różny kod łącza. WNIOSKI: Zalety rysowania podzespołów na podstawie polilinii: - możliwość utworzenia dowolnego kształtu, - pełna kontrola nad kodami zespołu. Wady rysowania podzespołów na podstawie polilinii: - podzespół z polilinii jest statyczny, nie można przyporządkować do niego obiektów docelowych oraz nie odczytuje zdefiniowanej dla linii trasowania przechyłki, - brak możliwości zmiany kształtu, gdy podzespół zostanie już zdefiniowany. UWAGA! Istnieje możliwość zaprojektowania własnego podzespołu cechującego się zaawansowanymi atrybutami, takimi jak: możliwość przyporządkowania obiektów docelowych, odczytywanie przechyłki z linii trasowania lub parametryzacja segmentów podzespołu. Umożliwia to aplikacja Subassembly Composer, która dostępna jest po zainstalowaniu AutoCAD Civil 3D (instrukcja do aplikacji zamieszczona została w Biuletynie nr 33, który można pobrać z tego adresu: 4. Tworzenie korytarza W celu utworzenia korytarza tunelu należy w pierwszej kolejności znaleźć pikiety początkową oraz końcową konstrukcji. Warto wspomóc się widokiem profilu oraz narzędziem służącym do etykietowania rzędnej pikiety (narzędzie pojawia się po zaznaczeniu profilu w widoku). W celu sprawdzenia, gdzie tunel przecina się z istniejącym terenem, warto stworzyć nową powierzchnię i postąpić zgodnie z poniższą procedurą: - utworzyć powierzchnię korytarza po łączach o kodzie Góra, - utworzyć nową powierzchnię objętościową, której powierzchnią bazową jest teren istniejący, a powierzchnią porównawczą powierzchnia utworzona w pierwszym podpunkcie, - nadać powierzchni objętościowej nowy styl, który wyświetla m.in. warstwice zdefiniowane przez użytkownika, - ustawić Typ analizy na Warstwice zdefiniowane przez użytkownika, nadać 1 zakres i ustawić rzędną 0. Warstwica, która pojawi się będzie przecięciem tunelu z istniejącym terenem. 6 / 12

7 5. Warstwy geologiczne Niezbędne w projektowaniu budowli podziemnych są informacje o istniejących warstwach geologicznych. Informacje te najczęściej są podawane projektantowi w plikach tekstowych. Civil 3D pozwala automatycznie importować te dane dwoma sposobami. a. Dane o odwiertach geologicznych w pliku tekstowym Procedura tworzenia warstw geologicznych na podstawie pliku tekstowego z informacjami o odwiertach jest czasochłonna. Dane mogą zostać zaimportowane jako standardowe punkty COGO. UWAGA! W trakcie importu warto utworzyć odrębną grupę punktów dla odwiertów oraz zaznaczyć opcję korekty rzędnej. Przydatne okazać się może narzędzie Borehole importer, dostępne z instalacją Civila lub w przyborniku obszaru narzędzi. Narzędzie pozwala automatycznie importować pliki o różnych formatach. Zwykle odwierty nie są robione ze stałą częstotliwością wzdłuż danej osi. W celu jak najdokładniejszego zamodelowania warstwy geologicznej należy postępować z poniższą procedurą: 1. utworzyć powierzchnię terenu istniejącego tylko na podstawie punktów w miejscach odwiertów (można wykorzystać górne punkty odwiertów geologicznych). 2. Utworzyć warstwę geologiczną na podstawie odpowiednich punktów z odwiertów. 3. Utworzyć powierzchnię objętościową na podstawie powierzchni wygenerowanych w poprzednich punktach. 4. Skopiować powierzchnię objętościową do nowo utworzonej powierzchni. 5. Utworzyć końcową powierzchnię objętościową na podstawie pierwotnego modelu terenu oraz powierzchni powstałej w punkcie 3. b. Dane o warstwach geologicznych w pliku tekstowym jako profil Jest to najbardziej efektywny sposób importu danych o warstwach geologicznych. Jeśli geolog tworzy plik tekstowy zawierający informacje nie tylko o rzędnych, ale 7 / 12

8 również o pikietach, można wykorzystać narzędzie Utwórz profil na podstawie pliku. UWAGA! W celu poprawnego importu pliku dane o pikiecie i rzędnych muszą być rozdzielane spacją. 6. Obliczanie robót ziemnych Obliczenia robót ziemnych są niezwykle istotną częścią projektu. Tunel może być drążony w trudnych warunkach geologicznych, a każda warstwa zalegającego gruntu powinna być kalkulowana osobno. Civil 3D pozwala obliczać objętości warstw ograniczonych co najmniej dwiema powierzchniami. Możliwości programu ilustruje poniższy rysunek. W przykładzie występują 3rodzaje gruntów i są one ograniczone formą tunelu oraz warstwami geologicznymi. W celu definicji i obliczenia objętości w tym przypadku potrzeba zatem 4 powierzchni: powierzchni górnej i dolnej tunelu oraz dwóch powierzchni geologicznych. Kryteria obliczenia robót ziemnych należy zdefiniować w następujący sposób: 8 / 12

9 7. Wykop. DOLNA POWIERZCHNIA WYKOPU W pierwszej kolejności należy utworzyć powierzchnię dolną wykopu. Można wygenerować ją zgodnie z poniższą metodą: a. narysuj linię AutoCAD, która stanowić będzie oś wykopu. Przekształć ją na linię charakterystyczną za pomocą narzędzia Utwórz linie charakterystyczne na podstawie obiektów. b. Zdefiniuj rzędne wierzchołkom linii charakterystycznej. Rzędna linii charakterystycznej przy początku tunelu powinna być mniejsza niż rzędna powierzchni odniesienia obiektu w tym miejscu. c. Zdefiniuj nachylenie linii charakterystycznej pomiędzy wierzchołkami, aby zapewnić odpływ wody od tunelu. d. Używając narzędzia Utwórz linię charakterystyczną na podstawie odsunięcia stopniowanego utwórz krawędzie dolnej powierzchni wykopu (przyjmij spadek równy 1.5%). e. Utwórz powierzchnię dolną wykopu na podstawie trzech linii charakterystycznych wygenerowanych w poprzednich punktach. f. Za pomocą narzędzia Wyodrębnij obiekty (karta Narzędzia powierzchni na dynamicznej wstążce wybranego obiektu) utwórz polilinię 3D z obwiedni powierzchni. g. Za pomocą narzędzia Utwórz linie charakterystyczne na podstawie obiektów utwórz linię charakterystyczną na podstawie polilinii z punktu f. POWIERZCHNIA SKARP Powierzchnię skarp można modelować trzema sposobami. Poniżej przedstawiono każdy z nich. SKARPY METODA I a. Utwórz wymaganą skarpę używając Narzędzi tworzenia skarp, tak aby górna krawędź znajdowała się ponad terenem (wykorzystaj linię charakterystyczną wygenerowaną w punkcie g metody tworzenia powierzchni dolnej). UWAGA! Pamiętaj, aby podczas tworzenia skarpy zaznaczyć opcję automatycznego tworzenia powierzchni. 9 / 12

10 b. Korzystając z narzędzia sprawdzania minimalnej odległości pomiędzy między powierzchniami (karta Analiza -> Dane o terenie -> Minimalna odległość między powierzchniami) utwórz polilinię stanowiącą przecięcie terenu i powierzchni skarpy. c. Upewnij się, że utworzona w poprzednim punkcie polilinia jest zamknięta (jeśli nie jest, dodaj wierzchołek). d. Dodaj polilinię do powierzchni skarpy jako linię nieciągłości. e. Dodaj polilinię do powierzchni skarpy jako zewnętrzną obwiednię. Widok powierzchni przed krokiem b. Widok powierzchni po wykonaniu całej procedury. Rezultatem jest powierzchnia, której załamania o kącie mniejszym niż 180 są wyłukowane, a załamania o kącie większym niż 180 są ostre. Powierzchnia utworzona w ten sposób zachowuje się dynamicznie. Jedyną czynnością, która musi być powtórzona, jeśli teren lub powierzchnia dolna wykopu zostaną zedytowane, jest utworzenie polilinii przenikania się (punkt b). 10 / 12

11 SKARPY METODA II a. Używając narzędzia Utwórz linię charakterystyczną na podstawie odsunięcia stopniowanego, wybierając krawędź dolnej powierzchni wykopu, utwórz górne krawędzi skarpy. Krawędzie powinny być położone powyżej terenu. b. Utwórz skarpę do dolnej powierzchni wykopu używając Narzędzi tworzenia skarp (pamiętaj, aby użyć takich samych parametrów stopniowania, jak w punkcie a). c. Utnij powierzchnię skarpy postępując wg punktów b e z metody I. Powierzchnia skarpy powstała wg metody II Rezultatem jest powierzchnia, której załamania o kącie większym niż 180 są wyłukowane, a załamania o kącie mniejszym niż 180 są ostre. Powierzchnia utworzona w ten sposób zachowuje się dynamicznie. Jedyną czynnością, która musi być powtórzona, jeśli teren lub powierzchnia dolna wykopu zostaną zedytowane, jest utworzenie polilinii przenikania się (punkt b z metody I). SKARPY METODA III a. Utwórz wymaganą skarpę używając Narzędzi tworzenia skarp, tak aby górna krawędź znajdowała się ponad terenem. b. Dwukrotnie rozbij utworzoną skarpę. c. Połącz polilinie o tej samej rzędnej używając polecenia Faza (fazy mają być równe 0). d. Utwórz nową powierzchnię i dodaj polilinie jako linie nieciągłości. e. Utnij powierzchnię skarp powtarzając punkty b e z metody I. Skarpowanie od poszczególnych krawędzi powierzchni dolnej wykopu. 11 / 12

12 Powierzchnia przed dodaniem obwiedni. Rezultatem powyższej procedury jest powierzchnia o ostrych załamaniach. Powierzchnia utworzona w ten sposób nie zachowuje się dynamicznie. 12 / 12