AutoCAD在隧道线路控制中的运用
宁浩然
摘要:AutoCAD是一款工程绘图软件，她强大的绘图功能和出色的操作界面以及精确的坐标查询系统使得她越来越多的被使用在工程施工中。特别是在隧道施工中，将AutoCAD的用户自定义坐标系定义为工程施工坐标系，通过一系列合理的运用不但能减少工程施工人员的劳动强度提高工作效率，更重要的是她能使原本看不见的线路走向变得清晰可见。在下面的正文中，我结合隧道的施工经验，单就AutoCAD在隧道线路控制中的应用作详细描述。
关键词:AutoCAD 自定义坐标系 控制精度
一、引言
随着科技和国民经济的发展，长大隧道是越来越多的出现在公路和铁路的线路设计中，而长大隧道的施工经常是采取进、出口和中间若干个斜井同时施工，这就要求工程测量人员准确、精确的控制隧道的前进方向。在传统的施工中，隧道走向只能凭借测量人员使用坐标法或极坐标法放样确定。而测量数据的准确性又只能通过测量人员若干次的检查复核确定。而如果使用AutoCAD作为新的控制、检查、复核工具，那么我们可以很直观的看到线路的走向是否正确，控制点的坐标是否位移，位移方向和尺寸是多少等等。在隧道的施工中，我将AutoCAD作为必要的控制工具，把《工程测量数据处理系统4.0》作为辅助输入软件，将1.5公里长的剑门关口隧道的贯通精度控制在横向误差为32毫米，高程误差在4毫米的精度范围之内。
二、AutoCAD图形的建立
1、AutoCAD用户自定义坐标系和施工坐标系的匹配
所有坐标系的建立都是为线路施工服务。AutoCAD用户自定义坐标系和施工坐标系的匹配就是将CAD的用户自定义坐标系定义为我们需要的施工坐标系。这样有利于我们直观的检查和查询施工中所需要的数据。
1.1、施工坐标系
在公路和铁路的施工设计中，坐标系的方向都是与国家坐标系相同。在设计图上，我们经常可以看见坐标系的北方向不是指向图纸的正北，那是为了出图方便，将设计线路的纵向旋转到与图纸的纵向相同，所以坐标北方向的指向也随之改变。
1.2、AutoCAD的用户自定义坐标系
AutoCAD的绘图窗口可以显示两种坐标系。她默认的坐标系为世界坐标系，也即笛卡尔坐标系；另一种坐标系就是用户自定义坐标系。无论什么坐标系，我们都只要她显示X、Y平面，称为构造平面。
首先，我们可以将CAD的绘图窗口看作绘图图纸，并将窗口的上、下、左、右分别定义为北、南、西、东。自定义坐标系的建立在很大程度上是根据用户的视图习惯而定的。一般来说都是将线路的走向定为从西到东，这就要求用户自定义坐标系的建立必须符合线路西东走向的条件。
在剑门关口隧道的用户自定义坐标系中，为了将线路走向定义为西东方向，我必须将CAD上的自定义坐标系作如下定义：X轴正方向指向绘图窗口的正东，Y方向指向窗口的正北，。建立自定义坐标系通过如下步骤：
1）绘制两条正东西和正南北方向正交的交叉线段；
2）在命令行输入UCS，回车；
3）输入N，回车；
4）输入3，回车；
5）将光标点击两条正交线段的交点，将此点作为自定义坐标系的原点；
6）将光标指向东西方向线段的西端点，并左键点击，以确定X轴正方向；
7）将光标指向南北方向线段的北端点，，并左键点击，以确定Y轴正方向；
这样，用户自定义坐标系就建立完毕。也可以通过工具栏实现这一目标。
2、线路的输入
线路的输入应先输入交点，然后输入线路点。输入步骤如下：
1）输入L，回车，左键点击窗口上的任意点；
2）在命令行输入第一个交点的X、Y坐标，两坐标之间用逗号隔开，输入完毕后回车；
3）按照顺序输入余下交点的坐标；
4）采用《工程测量数据处理系统》作为辅助输入工具。在该系统中，我们使用施工放样里面的综合曲线放样，在此页面中，按照提示输入第一个曲线要素，将计算后的图形输入到CAD中；
5）将步骤4）中形成的CAD图形文件贴在我们建立的CAD图中，并将第一个交点重合在一起，旋转，直到第一曲线的两条切线与我们输入的第一个交点的两条边线分别都重合在一起；
6）重复步骤4）和5），直到所有曲线都准确，精确的显示在CAD图中；
7）用直线连接相邻曲线之间的HZ点和ZH点；
8）输入线段的起止点的坐标，将起止点精确定位；
9）使用CAD提供的点划分的功能，将里程线准确的划分并标注；
10）通过坐标输入，将控制点的坐标依次绘制在CAD图形中。
通过以上步骤，隧道的CAD图形已完全精确的显示，并且与施工图相互绝对吻合。通过CAD软件提供的坐标查询系统可以精确的查询各点的坐标，该坐标与施工坐标完全一致。如图1所示：
图1 隧道平面控制图
三、AutoCAD在隧道施工中的应用
1、控制网
隧道控制网分洞外控制网和洞内控制网，洞外控制网主要是设计单位为线路设计而布设的导线网，在以后的隧道施工中，我们根据施工的需要而加密、复测该控制网，并把每次的观测数据展到CAD图中作为详细的对比记录。
由于剑门关口地质复杂，每次洞外导线复测都发现导线点有细小的位移，在一次连续几个小时暴雨的冲刷中，导线点所在的公路不同地段都有不同程度的位移，在这次导线复测中，发现导线两端的起始点的相对位置发生了变化，这使得导线计算无法进行。将这次观测的原始数据展到CAD图中，经过对比发现导线中间段相邻的3个控制点的相对位置关系没有发生任何变化，于是将这3个控制点作为起算点，推测其他点的坐标。
2、测量放线
在传统的测量放线中，除了检查数据和放线操作的正确性外没有任何的检测手段了，但是，利用CAD，我们可以有另一种更直观的检测方式。如图2所示。
图2 AutoCAD显示放线图
在图2中我们可以很直观的看出2月4日进、出口的放线是否正确。
在图中进口的控制点用JK加数值表示，出口的控制点用ck加数值表示。各控制点和放线点都是采用坐标法准确输入定位。这样，我们就可以很直观的看出线路的走向是完全严格的按照设计前进。
四、结束语
AutoCAD是一款工程绘图软件，在隧道施工中，如果合理的采用AutoCAD作为辅助工具，通过一系列合理的运用不但能减少工程施工人员的劳动强度提高工作效率，更重要的是她能使原本看不见的线路走向变得清晰可见。特别是在长大隧道的施工中，如果使用CAD作为检核工具，那么我们的施工将变得更加完美！