露天土石方剝離工程量CASS計(jì)算方法探討

鄭龍昌 母昌思

摘 要：露天礦土石方剝離及采礦工程土石方計(jì)量的特點(diǎn)，用數(shù)學(xué)方法分析了方格網(wǎng)法、斷面法、手工計(jì)算法等三種計(jì)算剝離體積的方法，并對這些方法進(jìn)行了說明，說明時(shí)分別考慮了對剝離邊坡的處理及不同斷面的計(jì)算情況；分析了上述三種方法的使用條件及優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：計(jì)量 斷面法 方格網(wǎng)法 DTM模型法；

1.緒論

土石方量計(jì)算精度的高低直接影響到建設(shè)工期、經(jīng)濟(jì)效益。需要合理地進(jìn)行土方調(diào)配，節(jié)省施工費(fèi)用，加快工程進(jìn)度。因此，研究土方量的計(jì)算方法、精度及計(jì)算方法的實(shí)用范圍、條件和存在問題是非常必要的。但由于土石方計(jì)量直接涉及到工程建設(shè)方和施工方的經(jīng)濟(jì)利益，加上實(shí)際工程中土石方計(jì)量的復(fù)雜性，因此計(jì)量成果經(jīng)常會(huì)被工程雙方質(zhì)疑，如何讓工程雙方都能認(rèn)可，如何規(guī)范化土石方工程計(jì)量被視為當(dāng)今工程界的一道難題。

2.剝離及采礦施工土石方計(jì)量的特點(diǎn)

1、工程量大。剝離及采礦工程量大，精確計(jì)量困難，計(jì)量結(jié)果與經(jīng)濟(jì)利益直接掛鉤，計(jì)量及結(jié)算過程中爭議大；

2、單價(jià)不同。由于巖石剝離需要爆破，剝離難度比表土要大，二者承包單價(jià)可能不一樣，計(jì)量時(shí)需對二者區(qū)分；

3、分別計(jì)量。對不同性質(zhì)、硬度的巖石可能制定不同的單價(jià)，計(jì)量時(shí)要求將不同性質(zhì)、類別的巖石/表土區(qū)分開，分別計(jì)量；

4、連續(xù)計(jì)量。剝離及采礦施工有一定連續(xù)性，需要多次中間計(jì)量，計(jì)量時(shí)需要從已經(jīng)施工的工作界面處進(jìn)行。

選擇剝離及采礦工程量計(jì)量方法時(shí)，要求計(jì)量方法相對簡單易懂、容易操作、容易核對、誤差較小且能適應(yīng)連續(xù)計(jì)量的需要。由于剝離及采礦工程量計(jì)量存在上述問題，如何選取計(jì)量的方法就顯得至關(guān)重要。

目前常用與土方計(jì)算的基本方法有斷面法、方格網(wǎng)法、DTM模型法。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，不同方法計(jì)算的同一場地土方量數(shù)量相差較大，所以不同方法土方計(jì)算精度不同，適用范圍也不一樣。三種方法中DTM模型法適用于所有的地形條件， 計(jì)算精確度相對較高，且模型建立越逼真，精度越高，在生產(chǎn)中有廣泛的使用價(jià)值。

3.不同的剝離計(jì)算方法及操作步驟

3.1斷面法

在地形圖上或碎部測量的平面圖上，根據(jù)土方計(jì)算的范圍，以一定的間距等分場地，將場地劃分為若干個(gè)相互平行的橫截面；按照設(shè)計(jì)高程與地面線所組成的斷面圖，計(jì)算每條斷面線所圍成的面積；以相鄰兩斷面面積的平均值乘以等分的間距，得出每相鄰兩斷面間的體積；將各相鄰斷面的體積加起來，求出總體積，這種方法稱為斷面法。

3.2方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法計(jì)算土石方的原理是指根據(jù)工程建設(shè)的需要人為地將土石方施工場地按照一定的橫向和縱向間距建立方格線（一般橫向間距與縱向間距相等），以此劃分出若干個(gè)平面尺寸相同的方格；在依據(jù)各方格四個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高，計(jì)算出各方格節(jié)點(diǎn)的高程；運(yùn)用體積計(jì)算公式得出各個(gè)方格的士石方體積 ，最后進(jìn)行匯總得出總的土石方工程量。方格網(wǎng)法對于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用。剝離工程土石方工程量一般較大，考慮邊坡與不考慮邊坡時(shí)的體積之差絕對值相對較大。用方格網(wǎng)法計(jì)算時(shí)，對于挖方的邊坡問題，有不同的處理方法

3.3 DTM模型法

DTM（Digital Terrain Model）——數(shù)字地形模型是利用一個(gè)任意坐標(biāo)系中大量選擇的已知x、y、z的坐標(biāo)點(diǎn)對連續(xù)地面的一個(gè)簡單的統(tǒng)計(jì)表示，或者說，DTM就是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。地形表面形態(tài)的屬性信息一般包括高程、坡度、坡向等。

從技術(shù)上看，DTM技術(shù)直接使用原始數(shù)據(jù)，且點(diǎn)子密度大，所以DTM所提供的任意點(diǎn)高程精度好，剖面圖的可信度高。在CASS技術(shù)的使用下，代替了大量的手工作業(yè)，提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率。所以在土方量計(jì)算中，通常運(yùn)用DTM結(jié)合CASS的方法。

由DTM模型來計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。

4.三種剝離體積計(jì)算方法的比較

1、斷面法

工作量相比方格網(wǎng)法有所增大，尤其是確定每個(gè)斷面（頂面、底面）面積時(shí)，即使用軟件計(jì)算確定斷面面積也比較麻煩，且容易出現(xiàn)差錯(cuò)。這種方法優(yōu)點(diǎn)是比較直觀易懂，但計(jì)算過程較復(fù)雜，不容易核對，斷面的切割方法不確定，隨著工程向前推進(jìn)，斷面的切割方法及切割位置也需要變化，不適于操作。在結(jié)構(gòu)比較均勻變化不大時(shí)，用這種方法計(jì)算比較合理，一旦結(jié)構(gòu)變化較大用斷面法處理時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

以切割形成結(jié)構(gòu)的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算時(shí)，面及面之間的距離都是確定的，體積比較容易確定；以正常切割斷面所形成的上下面為頂?shù)酌嬗?jì)算體積時(shí)，頂面與底面之間的距離要靠觀察數(shù)據(jù)來確定，操作者站在不同的立場，取點(diǎn)時(shí)會(huì)有不同傾向，實(shí)際應(yīng)用中，這種方法的操作會(huì)受到一定影響。

2、方格網(wǎng)法

每個(gè)方格網(wǎng)的體積及體積相加完全可以通過軟件來完成（如南方CASS等），這種方法充分利用了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能。在數(shù)據(jù)確定的情況下計(jì)算結(jié)果唯一，比較容易核對和檢查，方便直觀。在邊坡角不一致時(shí)，可以頂面、底面面積為范圍垂直切割所形成的結(jié)構(gòu)體積的平均為所求挖方的體積，這種情況有一定誤差，但計(jì)算過程簡便，可以在很短時(shí)間內(nèi)確定出具體的體積。總體說來，這種方法的計(jì)算精度相對較高，且快速、合理、直觀，適用范圍廣泛。

3、DTM法

DTM即數(shù)字地面模型，是在一定區(qū)域范圍內(nèi)規(guī)格格網(wǎng)點(diǎn)或三角網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）和其地物性質(zhì)的數(shù)據(jù)集合，如果此地物性質(zhì)是該點(diǎn)的高程Z，則此數(shù)字地面模型又稱為數(shù)字高程模型（DEM）。這個(gè)數(shù)據(jù)集合是從微分角度三維的描述該區(qū)域地形地貌的空間分布。

6.結(jié)論

以上介紹了土石方剝離工程量計(jì)算斷面法、方格網(wǎng)法和DTM法的基本原理、方法和優(yōu)缺點(diǎn)比較分析，指出了應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。通過實(shí)際工程運(yùn)用體會(huì)到它有如下的幾點(diǎn)：

（1）邊坡。若剝離是連續(xù)進(jìn)行的，則邊坡的問題可以不予考慮。因?yàn)檫吰乱彩恰耙苿?dòng)”的，隨著剝離的進(jìn)行，邊坡的位置甚至坡度都將發(fā)生變化。除非精確計(jì)量，否則非固定幫的邊坡可以不予考慮。

（2）連續(xù)計(jì)量。方格網(wǎng)法適合于一次性計(jì)量，能相對較精確。但若考慮到連續(xù)施工及多次計(jì)量的情況，方格網(wǎng)法由于需要單獨(dú)織出不同的頂和底面，不易操作；此時(shí)斷面法的優(yōu)點(diǎn)比較突出，斷面線固定，做出的斷面同時(shí)也是固定的，連續(xù)施工時(shí)只需在已經(jīng)做好的斷面基礎(chǔ)上繼續(xù)做即可。

（3）方格網(wǎng)的選取對結(jié)果的影響。方格網(wǎng)選擇的越小則計(jì)量相對越精確。這種情況下，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)算量的優(yōu)越性。能在相對較短的時(shí)間內(nèi)給出較精確的結(jié)果。且實(shí)踐證明，當(dāng)選取的方格網(wǎng)達(dá)到比1m還小時(shí)方格網(wǎng)的大小對計(jì)算結(jié)果與的影響基本可以忽略。

（4）利用三角網(wǎng)建立DTM模型計(jì)算土方量精度高，而利用DTM法，可以建立設(shè)計(jì)地表DTM，當(dāng)建立原始地表DTM的數(shù)據(jù)足夠多，所構(gòu)建的三角網(wǎng)趨于無窮多時(shí)，可以重現(xiàn)土方量的形態(tài)特征，與實(shí)際工程體形狀最接近。

經(jīng)過多次嘗試及比較，XXX礦段探礦、地質(zhì)災(zāi)害及水土保持治理工程土石方剝離及采礦計(jì)量工作采用5m方格網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算，取得了較好的效果，有效避免了驗(yàn)收及計(jì)量爭議

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧耀坤，吉緒發(fā)，王延華等.廣州：CASS5.1成圖軟件用戶手冊

[2]涂群生.對土石方計(jì)算的幾點(diǎn)技巧的探討[J].地理空間信息，2006.03