CN113235655B - 海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于疏浚工程技术领域，具体的说海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，包括如下步骤：S1、建立浚前海底地形面；S2、建立地质属性库；S3、建立工程区边界；S4、建立二维地质剖面线；S5、编辑地质剖面；S6、建立地质层界面；S7、建立设计界面；S8、拉伸生成实体；S9、切割实体；S10、建立地质模型；S11、输出各土质方量；相比采用断面法等传统方法分土质计算工程土方量，本发明显著提高了计算效率与精度，中间过程资料完整，具备良好的可视化效果，适用于基槽开挖、航道疏浚等狭长带状线性工程的分土质工程土方量计算。

Description

海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法

技术领域

本发明属于疏浚工程技术领域，具体的说是海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法。

背景技术

疏浚开挖土方量作为疏浚工程竣工验收重要依据，贯穿施工全周期。断面法、方格网法、几何面域法是经典的计算疏浚开挖土方量的方法。方格网法、几何面域法均无法实现土质算量；实际疏浚施工，常采用断面法分土质计算疏浚开挖土方量，但计算过程复杂、工作量大。目前尚无一种成熟可靠的方法分土质计算疏浚开挖土方量。

断面法适用于道路、河堤、航道疏浚、基槽开挖等狭长带状线性工程的土方量计算。该方法将场地划分为若干平行的横截面，假定相邻断面之间均匀变化，计算每相邻断面间土方量，各断面间土方量之和为总土方量，本质上是一种简化模型。该方法步骤清晰直观，可核查超深、超宽的土方量，中间资料完整性较好，可得到每个特定桩号的断面图，利用断面图可直观分析施工质量，提供详细的土方量计算结果报告；但效率较低，计算过程复杂，对于大面积复杂区域和计算区域随时变化的情况，误差较大。

采用断面法分土质计算工程土方量，原理为在保证计算精度的条件下，插值计算足够数量的放置于包含土质信息的相邻设计横断面图之间的测线，绘制相邻设计断面图各土质的分布产状，计算相应的面积，相同的土质之间放坡，逐段计算相邻测线之间各种土质的方量，累加计算出整个施工区域各土质的工程量；上述计算方法计算过程极其繁杂，存在工作量大、计算精度、可视化效果差等缺点。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，针对采用断面法分土质计算基槽开挖工程土方量，存在计算工作量大、时间长、精度低的问题，本发明提出的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其技术方案包括以下步骤：

S1：建立浚前海底地形面；

S2：建立地质属性库；

S3：建立工程区边界；

S4：建立二维地质剖面线；

S5：编辑地质剖面；

S6：建立地质层界面；

S7：建立设计界；

S8：拉伸生成实体；

S9：切割实体；

S10：建立地质模型；

S11：输出各土质方量；

所述步骤S6包括：

S61、选择地质层界面创建方法；选择克里金算法作为工程地质层界面的创建方法；

S62、创建地质层界面；利用克里金算法，将纵横断面相同的地质分界线拟合生成各地质界面；

以及所述步骤S7包括：

S71、建立参数化模板库；绘制横断面模板，创建参数化横断面模板库；

S72、拉伸横断面模板；将各横断面模板沿中心线拉伸，生成曲面；

S73、调整变坡点空间位置；调整各变坡点空间位置，生成设计界面。

优选的，所述步骤S1包括：

S11：建立浚前海底地形面并导入水深数据文件，生成浚前海底地形面；其中水深数据为水体的自由断面到海底地形的垂直距离；

以及所述步骤S2包括：

S21：统计土质种类信息；固定格式的表格统计工程施工区域内涉及到所有的土质种类信息；

S22：录入地质属性库；导入土质种类信息，形成地质属性库。

优选的，所述步骤S3包括：

S31：确定工程区边界范围；参考设计施工平面图，确定工程区边界；

S32：绘制工程区边界；利用直线段绘制闭合的工程区边界，确定地质建模的平面范围；

以及所述步骤S4包括：

S41、复制二维地质剖面线；导入工程地质勘探平面图，原位复制二维地质剖面线；

S42、拟合二维地质剖面线；将复制的二维地质剖面线拟合成连续的线段，生成二维地质剖面线。

优选的，所述步骤S5包括：

S51、指定命名二维地质剖面线；按工程地质勘探资料，分别指定命名二维地质剖面线；

S52、工程地质纵横断面图对齐二维地质剖面线；导入工程地质纵横断面图，对齐相应的二维地质剖面线；

S53、绘制地质层分界线；利用曲线，沿各工程地质纵横断面图显示的地质层分界线分别绘制各地质层分界线；

S54、赋予地质分界线相应的地质属性；根据工程地质纵横断面图，分别赋予各地质分界线相应的地质属性，包括编号、土质种类属性。

优选的，所述步骤S8包括：

S81、创建平面图；参考设计施工平面图，绘制施工区范围内的平面；

S82、创建实体；按指定高度，拉伸平面，生成实体；

以及所述步骤S9包括：

S91、确定切割实体顺序；每段根据相应的纵、横地质断面图的地质分层情况，确定切割实体的顺序；

S92、切割实体；利用海底浚前地形面、地质层界面、设计界面按顺序切割实体，生成覆盖开挖区域的呈叠合状态的各地质模块。

优选的，所述步骤S10包括：

S101、确定地质属性赋予顺序；参考工程地质纵横断面图，根据切割实体的顺序，确定赋予各地质模块地质信息的顺序；

S102、赋予地质属性；按顺序依次赋予各地质模块相应的地质属性，生成包含土质信息、具备可视化视觉效果的地质模型；

以及所述步骤S11包括：

S111、统计各地质的体积；利用图层，表格统计各地质的体积属性，即为开挖区域各类土质的开挖土方量。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其优点在于：(1)计算效率与精度高：本发明的原理是按1:1比例导入工程地质纵横断面图，按图纸表达的土质信息精确绘制各地质层分界线，利用克里金算法将相同的地质层分界线及工程区边界拟合成曲面，建立覆盖基槽开挖区域的实体，利用海底地形面、地质层界面、基槽设计界面切割实体，赋予相应的地质属性，生成基槽地质模型，实现了以报表与可视化效果输出各土质的工程量且大幅度减少了采用断面法分土质计算工程量需绘制测线、计算相邻测线间各土质分布产状的面积、累加计算整个施工区域各土质工程量等产生的重复工作量，并提高了计算精度；(2)适用性强：适用于基槽开挖、航道疏浚等狭长带状线性工程的分土质工程土方量计算；(3)可视化效果好，中间过程资料完整：本发明基于三维基槽地质模型输出各土质的工程量，具备较好的可视化效果与清晰的中间过程资料。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明计算方法流程示意图；

图2为本发明实施例中建立的浚前海底地形面示意图；

图3为本发明实施例中创建地质属性库示意图；

图4为本发明实施例中创建基槽工程区边界示意图；

图5为本发明实施例中创建纵横二维地质剖面线示意图；

图6为本发明实施例中工程地质纵横断面图对齐二维地质剖面线示意图；

图7-a为本发明实施例中绘制各地质层分界线示意图；

图7-b为本发明实施例中绘制各地质层分界线示意图；

图8为本发明实施例中创建各地质层界面示意图；

图9为本发明实施例中创建基槽设计界面示意图；

图10为本发明实施例中创建实体示意图；

图11为本发明实施例中切割实体示意图；

图12为本发明实施例中基槽地质模块示意图；

图13-a为本发明实施例中基槽地质模型示意图；

图13-b为本发明实施例中基槽地质模型示意图；

图14为本发明实施例中各土质开挖工程量输出示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，该技术方案包括以下步骤：

S1：建立浚前海底地形面；

S2：建立地质属性库；

S3：建立工程区边界；

S4：建立二维地质剖面线；

S5：编辑地质剖面；

S6：建立地质层界面；

S7：建立设计界；

S8：拉伸生成实体；

S9：切割实体；

S10：建立地质模型；

S11：输出各土质方量；

如图8所示，所述步骤S6包括：

S61、选择地质层界面创建方法；选择克里金算法作为工程地质层界面的创建方法；

S62、创建地质层界面；利用克里金算法，将纵横断面相同的地质分界线拟合生成各地质界面；

以及所述步骤S7包括：

S71、建立参数化模板库；绘制横断面模板，创建参数化横断面模板库；根据基槽设计施工图变坡点的数量，将基槽划分为19段，每段选取典型设计横断面图，绘制1个横断面模板，共创建了19个横断面模板；其中变坡点的含义为在线路工程纵断面设计图上，两相邻的设计坡度线的交点；

S72、拉伸横断面模板；将各横断面模板沿中心线拉伸，生成曲面；

S73、调整变坡点空间位置；调整各变坡点空间位置，生成设计界面，如图9所示。

如图2所示，所述步骤S1包括：

S11：建立浚前海底地形面并导入水深数据文件，生成浚前海底地形面；其中水深数据为水体的自由断面到海底地形的垂直距离；多波束测深系统一般由多波束测深仪、定位系统、姿态传感器、其他辅助传感器、数据采集系统和数据处理系统组成。其工作原理是应用外业软件进行外业导航以及数据采集，接收海上测量平台基站实时差分信号，实现多波束系统搭载RTK的三维水下地形测量，计算机自动采集并同步记录RTK实时定位数据、水下地形数据、罗经数据等信息；

以及所述步骤S2包括：

S21：统计土质种类信息；固定格式的表格统计工程施工区域内涉及到所有的土质种类信息；根据工程地质勘探资料，以固定格式的Excel表格统计基槽施工区域内区涉及到所有的土质种类信息，并根据工程需求，配以每种土质相应的颜色；

S22：录入地质属性库；导入土质种类信息，形成地质属性库，如图3所示。

如图4所示，所述步骤S3包括：

S31：确定工程区边界范围；参考设计施工平面图，确定工程区边界；将基槽设计施工平面图导入BIM软件，确定大于基槽施工平面范围的工程区边界；

S32：绘制工程区边界；利用直线段绘制闭合的工程区边界，确定地质建模的平面范围；按照S21确定的范围，利用直线段绘制闭合的工程区边界；

以及所述步骤S4包括：

S41、复制二维地质剖面线；导入工程地质勘探平面图，原位复制二维地质剖面线；将工程地质勘探平面图导入BIM软件，原位复制二维地剖面线，包括二维地质纵剖面线、二维地质横剖面线，分别表示工程地质纵断面图、工程地质横断面图的平面位置；本实例包括3条二维地质纵剖面线、15条二维地质横剖面线；

S42、拟合二维地质剖面线；将复制的二维地质剖面线拟合成连续的线段，生成二维地质剖面线，如图5所示。

如图6所示，所述步骤S5包括：

S51、指定命名二维地质剖面线；按工程地质勘探资料，分别指定命名二维地质剖面线；将3条二维地质纵剖面线与15条二维地质横剖面线分别自定义命名；

S52、工程地质纵横断面图对齐二维地质剖面线；导入工程地质纵横断面图，对齐相应的二维地质剖面线；按1：1比例与实际空间位置分别对齐相应的二维地质剖面线。通过上述操作，则在基槽开挖区域实尺度准确表达了工程地质纵横断面图；

S53、绘制地质层分界线；利用曲线，沿各工程地质纵横断面图显示的地质层分界线分别绘制各地质层分界线；

S54、赋予地质分界线相应的地质属性；根据工程地质纵横断面图，分别赋予各地质分界线相应的地质属性，包括编号、土质种类属性，如图7-a、图7-b所示。

如图10所示，所述步骤S8包括：

S81、创建平面图；参考设计施工平面图，绘制施工区范围内的平面；

S82、创建实体；按指定高度，拉伸平面，生成实体；

以及所述步骤S9包括：

S91、确定切割实体顺序；每段根据相应的纵、横地质断面图的地质分层情况，确定切割实体的顺序，如图11所示；

S92、切割实体；利用海底浚前地形面、地质层界面、设计界面按顺序切割实体，生成覆盖开挖区域的呈叠合状态的各地质模块，如图12所示。

如图13-a、图13-b所示，所述步骤S10包括：

S101、确定地质属性赋予顺序；参考工程地质纵横断面图，根据切割实体的顺序，确定赋予各地质模块地质信息的顺序；

S102、赋予地质属性；按顺序依次赋予各地质模块相应的地质属性，生成包含土质信息、具备可视化视觉效果的地质模型；

以及所述步骤S11包括：

S111、统计各地质的体积；利用图层，表格统计各地质的体积属性，即为开挖区域各类土质的开挖土方量，如图14所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：该技术方案包括以下步骤：

S1：建立浚前海底地形面；

S2：建立地质属性库；

S3：建立工程区边界；

S4：建立二维地质剖面线；

S5：编辑地质剖面；

S6：建立地质层界面；

S7：建立设计界；

S8：先创建施工平面图，再根据平面图和拉伸高度，拉伸得到实体；

S9：切割实体；

S10：建立地质模型；

S11：输出各土质方量；

所述步骤S6包括：

S61、选择地质层界面创建方法；选择克里金算法作为工程地质层界面的创建方法；

S62、创建地质层界面；利用克里金算法，将纵横断面相同的地质分界线拟合生成各地质界面；

以及所述步骤S7包括：

S71、建立参数化模板库；绘制横断面模板，创建参数化横断面模板库；

S72、拉伸横断面模板；将各横断面模板沿中心线拉伸，生成曲面；

S73、调整变坡点空间位置；调整各变坡点空间位置，生成设计界面。

2.根据权利要求1所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：

所述步骤S1包括：

S11：建立浚前海底地形面并导入水深数据文件，生成浚前海底地形面；其中水深数据为水体的自由断面到海底地形的垂直距离；

以及所述步骤S2包括：

S21：统计土质种类信息；固定格式的表格统计工程施工区域内涉及到所有的土质种类信息；

S22：录入地质属性库；导入土质种类信息，形成地质属性库。

3.根据权利要求2所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：

所述步骤S3包括：

S31：确定工程区边界范围；参考设计施工平面图，确定工程区边界；

S32：绘制工程区边界；利用直线段绘制闭合的工程区边界，确定地质建模的平面范围；

以及所述步骤S4包括：

S41、复制二维地质剖面线；导入工程地质勘探平面图，原位复制二维地质剖面线；

S42、拟合二维地质剖面线；将复制的二维地质剖面线拟合成连续的线段，生成连续二维地质剖面线。

4.根据权利要求3所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：

所述步骤S5包括：

S51、指定命名连续二维地质剖面线；按工程地质勘探资料，分别指定命名连续二维地质剖面线；

S52、工程地质纵横断面图对齐连续二维地质剖面线；导入工程地质纵横断面图，对齐相应的连续二维地质剖面线；

S53、绘制地质层分界线；利用曲线，沿各工程地质纵横断面图显示的地质层分界线分别绘制各地质层分界线；

S54、赋予地质分界线相应的地质属性；根据工程地质纵横断面图，分别赋予各地质分界线相应的地质属性，包括编号、土质种类属性。

5.根据权利要求4所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：

所述步骤S8包括：

S81、创建平面图；参考设计施工平面图，绘制施工区范围内的平面；

S82、创建实体；按指定高度，拉伸平面，生成实体；

以及所述步骤S9包括：

S91、确定切割实体顺序；每段根据相应的纵、横地质断面图的地质分层情况，确定切割实体的顺序；

S92、切割实体；利用海底浚前地形面、地质层界面、设计界面按顺序切割实体，生成覆盖开挖区域的呈叠合状态的各地质模块。

6.根据权利要求5所述的海底沉管隧道基槽分土质工程土方量计算方法，其特征在于：

所述步骤S10包括：

S101、确定地质属性赋予顺序；参考工程地质纵横断面图，根据切割实体的顺序，确定赋予各地质模块地质信息的顺序；

S102、赋予地质属性；按顺序依次赋予各地质模块相应的地质属性，生成包含土质信息、具备可视化视觉效果的地质模型；

以及所述步骤S11包括：

S111、统计各地质的体积；利用图层，表格统计各地质的体积属性，即为开挖区域各类土质的开挖土方量。

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