礦建工程土方計(jì)算方法的使用條件及優(yōu)化措施

摘 要：土方工程在礦井基建中所占資金比例較高，對(duì)場(chǎng)地豎向布置影響較大，所以在建礦過(guò)程中選擇科學(xué)合理的土方計(jì)算方法對(duì)節(jié)省人力、物力和財(cái)力具有重大的意義。本文首先簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)的礦井在建設(shè)過(guò)程中常用到的土方計(jì)算方法以及這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，然后針對(duì)這些方法相應(yīng)的提出了一些優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：礦井基建；土方計(jì)算；優(yōu)化措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

眾所周知，我國(guó)是一個(gè)煤炭大國(guó)，儲(chǔ)量排名世界第二，煤炭產(chǎn)量連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一。煤炭行業(yè)高額利潤(rùn)的吸引下，我國(guó)眾多實(shí)力雄厚的公司把大量的資金投到了這個(gè)行業(yè)里，所謂有投入就會(huì)有消耗，礦井基建占據(jù)了超過(guò)半數(shù)的投資資金，如何在這一環(huán)節(jié)優(yōu)化傳統(tǒng)基建方式、采用新技術(shù)、新工藝來(lái)節(jié)省資金消耗，以取得更大的利潤(rùn)和更高效的產(chǎn)值，成了大家探討并關(guān)注的焦點(diǎn)。土方工程作為礦井基建的重要工作，在基建過(guò)程中起著不可或缺的作用，因此合理的完善土方建設(shè)，成了人們首要考慮的方面。

2 我國(guó)的礦井在建設(shè)過(guò)程中常用到的土方計(jì)算方法

在礦井的建設(shè)施工前，首先要做的經(jīng)常是對(duì)其項(xiàng)目進(jìn)行土方量的計(jì)算，這也是合理安排工序、分配人員和設(shè)備的重要依據(jù)，科學(xué)的計(jì)算能夠更好的與實(shí)際施工符合，從而促進(jìn)工程的順利完工。這一步驟也直接影響著礦井的方案投資計(jì)劃，不同的地形地貌要第一時(shí)間選擇最合理的計(jì)算方式，以確保計(jì)算的精準(zhǔn)度。隨著礦井基建的工序和土（石）方量計(jì)算精度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的計(jì)算方法（如最小二乘法、加權(quán)平均法）已不能滿足需要，借助土方計(jì)算軟件完成土方設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收成為礦井基建的首選，使用較多的計(jì)算方法有：截面法和DTM（包括方格網(wǎng)、三角網(wǎng)）。

2.1 截面法在計(jì)算土方上的的適用情況及優(yōu)缺點(diǎn)

截面法計(jì)算方式適用于場(chǎng)地地形變化均勻及設(shè)計(jì)挖填深度較大的，尤其是道路、鐵路、河道、渠道等帶狀、狹長(zhǎng)的土方類(lèi)工程，其優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀。精確度受到選取地段長(zhǎng)度的影響，一般長(zhǎng)度越小，精確度越高。但是缺點(diǎn)在于相鄰兩個(gè)斷面之間的地形起伏情況無(wú)法如實(shí)表達(dá)，尤其是中間有局部突變的地形時(shí)，計(jì)算誤差會(huì)加大。另外從實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，礦井工業(yè)場(chǎng)地往往受地形所限無(wú)法布置為規(guī)整的矩形或長(zhǎng)條形，地形等高線變化情況也較復(fù)雜，斷面線及角度的選擇不當(dāng)會(huì)直接影響整體計(jì)算精度，場(chǎng)地中有多角度出現(xiàn)時(shí)，又會(huì)形成不便計(jì)算的三角地帶。對(duì)于要求精度較高的工程，縮小截面之間的間距后計(jì)算量明顯增大。

2.2 方格網(wǎng)法在計(jì)算土方上的的適用情況及優(yōu)缺點(diǎn)

方格網(wǎng)法計(jì)算土方量首先通過(guò)四角的高度算出平均高程，然后通過(guò)制定方格的面積測(cè)算出挖除土方的體積。方格網(wǎng)法計(jì)算簡(jiǎn)單直觀，便于操作，適用于地形起伏較小，坡度變化平緩的地面。土方量的統(tǒng)計(jì)可分行、列分別匯總。缺點(diǎn)在于場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高及坡度難統(tǒng)一，局部需逐點(diǎn)手調(diào)，網(wǎng)格的大小和形狀也要根據(jù)地塊邊緣形狀和面積進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，如場(chǎng)地臺(tái)階邊緣，同一點(diǎn)存在上、下兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)高等情況，增加了設(shè)計(jì)人員的調(diào)整工作量。

2.3 計(jì)算機(jī)軟件的在土方工程應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

目前應(yīng)用較多的土方計(jì)算軟件較多，但基本原理大同小異。首先采集自然標(biāo)高信息，再布置方格網(wǎng)或斷面線，輸入設(shè)計(jì)標(biāo)高及坡度，調(diào)整計(jì)算參數(shù)，最后得出計(jì)算結(jié)果。計(jì)算機(jī)算土方優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，簡(jiǎn)明易操作，有效減少了繁瑣計(jì)算；缺點(diǎn)在于受原始數(shù)據(jù)樣本質(zhì)量的影響較大。如原始數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)的精密度，若增加采集的密度，則增加了人力物力的消耗，若減少數(shù)據(jù)采集的密度，則可能因?yàn)槟骋粋€(gè)數(shù)據(jù)的遺漏造成整體的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生偏差，為施工建設(shè)人員調(diào)配，設(shè)備準(zhǔn)備等工作帶來(lái)不可估量的損失。

3 針對(duì)上述常用計(jì)算土方方法提出相應(yīng)的優(yōu)化措施

3.1 將截面法強(qiáng)化延伸 提高其精確度

截面法因?yàn)榻孛鏀?shù)據(jù)資源沒(méi)有得到充分利用，兩個(gè)相鄰截面不平行斷面之間的距離難以找到合適的值，計(jì)算結(jié)果常常會(huì)有偏差。筆者根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)，認(rèn)為采用三角形組網(wǎng)截面法對(duì)于精確度要求較高的土方量計(jì)算工程較為合適，雖然較之前的截面法操作起來(lái)和計(jì)算起來(lái)相對(duì)繁瑣，但是結(jié)合當(dāng)今強(qiáng)有力的計(jì)算機(jī)運(yùn)算軟件，相信一定能夠相關(guān)運(yùn)算。

三角形組網(wǎng)截面法適用于計(jì)算不平行截面的土方量，克服了普通截面法的缺點(diǎn)，對(duì)于起伏地面效果顯著，其原理是將相鄰截面上采集到的地形特征點(diǎn)按照一定規(guī)則組成相互連接但是互不重疊的三角形網(wǎng)格，當(dāng)相鄰斷面長(zhǎng)度相近時(shí)，相鄰截面上的特征點(diǎn)按照最近原則，組成邊長(zhǎng)最小的完整覆蓋截面區(qū)域的連續(xù)不規(guī)則三角形網(wǎng)格面；當(dāng)相鄰截面長(zhǎng)度較大時(shí)，可以按照縮放比例縮放其中的一條截面長(zhǎng)度后，再按照規(guī)則組成三角形網(wǎng)面。然后，從地表每個(gè)三角形的頂點(diǎn)垂直向上或者向下做垂線，直到與設(shè)計(jì)挖掘面相交，形成多個(gè)三棱柱，通過(guò)計(jì)算找到合理的各個(gè)交點(diǎn)的高程，最后分別算出每個(gè)三棱柱的體積，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算并將所有體積相加得到總土方量。這種方法區(qū)別于網(wǎng)格法只能計(jì)算起伏較小的地面，將網(wǎng)格立體化，形成截面，是截面法和網(wǎng)格法的強(qiáng)化與延伸。

3.2 利用多種計(jì)算機(jī)土方軟件 完善計(jì)算手段

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)日益強(qiáng)化的今天，土方量的計(jì)算也越來(lái)越依靠所開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件，在各類(lèi)應(yīng)用軟件應(yīng)用都趨于成熟的時(shí)候，筆者也建議對(duì)同一項(xiàng)目可用多種應(yīng)用軟件進(jìn)行土方量的計(jì)算，以達(dá)到自查驗(yàn)證、相互校準(zhǔn)的目的。目前土方工程的計(jì)算和成果已逐漸向著三維立體乃至全景動(dòng)畫(huà)的方向發(fā)展，而利用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件能夠更好的模擬出三維立體畫(huà)面，畫(huà)中事物既可以凸出于畫(huà)面之外，也可以深藏其中，活靈活現(xiàn)，栩栩如生，為施工人員提供更為準(zhǔn)確可操控的前期技術(shù)支持。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上幾種土方計(jì)算方法的介紹，相信大家對(duì)不同地形地貌的土方計(jì)算方法選取有了一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，也希望提出的幾點(diǎn)改正和完善方法能夠?qū)窈蟮牡V井設(shè)計(jì)工作人員有所幫助。

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