簡易根石探測裝置的研制與應用

朱朝明 路玉恒 聶偉杰 劉波 李振瑞

摘 要：黃河工程探測傳統上采取人工拉皮尺結合直尺的測量方法，所需人工多，過程很復雜，工作慢，精度較低，盡快研制出使用方便工效高，減少測量人數、提高測量精度的根石探測裝置，成為根石探測的當務之急。

關鍵詞：黃河；工程；根石；探測

1 項目產生背景

黃河根石是黃河堤壩的保護屏障，其分布狀態的如何將直接關系到大堤基礎的安危。由于黃河特殊的基礎地質條件，泥沙淤積層深厚，每次洪水過后，保護大堤安全的根石不同程度地被水流沖走，致使大堤塌陷或存在安全隱患。因此，黃河河道的根石探測工作是一項確保大堤安全的基礎性工作。

每年在汛期及凌期過后，河水流量降低，曾經偎水的根石將會大部分外露，為了測量根石在汛期和凌期期間被沖走的情況。各基層管理段及養護隊就會利用這段時間，組織職工在所有過水壩岸的各個斷面上進行根石探測，統計數據，繪制出根石斷面圖。再同汛前及凌前的數據比較，計算出缺根石的數量，為以后的拋根護石作準備。

當前，各基層管理段及養護隊在進行根石探測作業時，大部分使用費時費力的雙木尺測量法。即測量時，1號職工在壩頂上用目測法掌握被測量斷面的方向；2號職工兩手各拿一根木尺進行水平距及垂直距的測量并喊報數據；3號職工蹲旁觀測2號職工的木尺是否水平；4號職工在測量點上涂抹紅漆標記；5號職工隨隊抄寫數據；6號職工用探桿探摸距岸邊2米處的水下部分。整個測量過程共用6人。完成各險工壩頭等諸多斷面的測量數據后，再交給內業人員整理，最后計算出缺根石量，整個測量過程用工多，耗時長，誤差大，精度低。

為了解決上述問題，有人發明了一種“根石探測機主機”（專利號為200320113313.5），該專利是在主機的底架上裝有車輪，底架兩側裝有螺桿手動夾緊裝置，底架上通過側銷柱裝有泊缸，底架中心處有套筒護套組，底架與中間架的底部一端通過柱銷連接，另一端通過螺栓連接，中間架的上端面上裝有隔振彈簧，彈簧上有箱體，箱體的下腔內裝有振動電機，箱體上腔內裝有主動輪和從動輪，主動輪軸與油馬達的輸出軸經花鍵套連齒合，從動輪裝在從動偏心輪上，偏心軸的一側固定渦輪，箱體頂端裝有探桿夾緊機構和裝在支架上的電控位置開關。

上述的“根石探測機主機”專利，雖然解決了人工作業的問題，也提高了工效，但顯然成本太高，使用中亦不方便，在黃河大堤上地形地貌復雜，該“根石探測機主機”并不方便實用，所以未得到推廣使用。

盡快研制出使用方便工效高，減少測量人數、提高測量精度的根石探測器，成為各基層養護單位的當務之急。

2 成果的研發過程

為了實現上述目的，我們采取的技術方案是：斜坡測量尺包括橫標尺、縱標尺和連接器。

所述的橫標尺，由一標有長度單位的圓管形成，沿該圓管延長線方向設置有橫線形槽。所述的縱標尺，由一標有長度單位的圓管形成，沿該圓管延長線方向設置有縱線形槽，該縱線形槽上設置有與之垂直的卡槽。上述的橫線形槽與縱線形槽寬度相等。所述的連接器成“工”字形，卡在上述的橫線形槽與縱線形槽之間，并能自由滑動。需要定位時，該連接器可卡在上述的縱線形槽上的卡槽內。為了能夠方便探測水中根石，在所述的橫標尺上還設置有線輪系統，該線輪系統由線輪、傳輸線和鉛墜組成。

為了能精確的測量，橫標尺力求水平，故在所述的橫標尺上還設置有水平器，作業時可根據水平器調整橫標尺。為了保證斷面方位的一致性，在所述的橫標尺上還設置有指南針。作業中，為了方便地標記測量位置，在所述的縱標尺上還設置有氣囊式噴漆器，該氣囊式噴漆器由氣囊、傳輸管和噴射器組成。噴射器內安裝有醒目顏色（一般為紅色）的油漆，通過按壓氣囊，將壓力經傳輸管加壓于噴射器，將油漆噴射出用于標記。

其基本原理是：在測量某個險工斷面的根石探測數據時，1人用設備在壩頭上對準斷面方向（看指南針即可），然后通過該設備上下前后的滑動，報出水平距和垂直距。測量距岸邊兩米處的水下部分時，利用安裝在水平管尾部的收放線輪，把鉛墜放入水中，根據重力作用使其充分觸地，再觀看拉線在水平管上的尺度，即可判讀出水深，也就是距岸邊兩米處的垂直距。然后，通過雙工通信方式傳給內業人員，內業人員直接在該斷面的原始數據圖上標出，直觀快速的計算出該斷面的缺石量。

3 主要創造點

3.1 雙管式內聯技術。該技術提高了設備在上下前后滑動時穩定性及抗脫槽能力。

3.2 海桿式線輪技術。利用成熟的海桿收放線技術，提高了鉛墜在水下觸地時的手感，提高了測量精度，同時減少了一名測量人員（前面提到的6號職工）。

3.3 氣囊式噴漆管。該噴漆管的使用，不僅提高了涂抹紅漆標記的精準度，同時還減少了一名測量人員（前面提到的4號職工）。

3.4 水平管。該配件的使用，使水平橫桿有了依據。不僅提高了垂直距離的精度，同時還減少了一名測量人員（前面提到的3號職工）。

3.5 指南針。該配件的使用，不僅提高了被測斷面的方向精度，同時還減少了一名測量人員（前面提到的1號職工）。

4 應用情況及效益分析

4.1 應用及推廣情況

該設備生產出來后，經實際作業對本設備進行了試驗，測量工作由一人完成。通過雙工通信方式直接將測出的水平距及垂直距傳報給內業人員，內業人員直接在該斷面原始數據圖上標出并及時計算出缺石量，測量過程簡單快捷，一名內業人員可同時應對四名探測人員報數據，原來需要6人1天完成的工作量，現在2人1天就可完成，提高工作效率3倍，在測量精度大大提高的同時，還節省了數目不小的雇工及雇車費用。

目前已在德州翔宇黃河水利工程維修養護有限責任公司推廣應用5套。同濟南普濼黃河水利工程維修養護有限責任公司簽定了20套購買合同書。同聊城安泰黃河水利工程維修養護有限責任公司第一分公司簽定了5套購買合同書。

4.2 效益分析

4.2.1 經濟效益

德州翔宇黃河水利工程維修養護有限公司于2005年凌汛后至2007年汛前共4次使用該設備對所管轄的14處險工，521段壩岸進行了根石探摸測量作業，原來需要30人15天完成的工作量，變成了20人7.5天完成。按《水利工程維修養護定額標準（試點）》規定的每工日30.96元計算，節省雇工費{（30×15）-（20×7.5）}×30.96×4=37152元。

4.2.2 社會效益

目前，黃河下游險工壩岸比較多，上級要求采集數據的時間大大縮短，以便在最短的時間內上報數據，滿足了建設“數字黃河”的要求。

本設備是專為根石探測工作而制造的，它集測、涂、探等工序于一體，結構新穎，創意奇特，提高工效3倍。

如果在下游各個基層管理段及養護隊進行推廣應用，除大大提高測量精度和工作效率外，還將節約大量雇工及雇車費用，必將創造極大的社會效益。