簡易根石探測裝置的研制與應(yīng)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(tǒng)上采取人工拉皮尺結(jié)合直尺的測量方法，所需人工多，過程很復(fù)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(shù)、提高測量精度的根石探測裝置，成為根石探測的當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞：黃河；工程；根石；探測

1 項(xiàng)目產(chǎn)生背景

黃河根石是黃河堤壩的保護(hù)屏障，其分布狀態(tài)的如何將直接關(guān)系到大堤基礎(chǔ)的安危。由于黃河特殊的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，泥沙淤積層深厚，每次洪水過后，保護(hù)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(xiàng)確保大堤安全的基礎(chǔ)性工作。

每年在汛期及凌期過后，河水流量降低，曾經(jīng)偎水的根石將會(huì)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(yǎng)護(hù)隊(duì)就會(huì)利用這段時(shí)間，組織職工在所有過水壩岸的各個(gè)斷面上進(jìn)行根石探測，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制出根石斷面圖。再同汛前及凌前的數(shù)據(jù)比較，計(jì)算出缺根石的數(shù)量，為以后的拋根護(hù)石作準(zhǔn)備。

當(dāng)前，各基層管理段及養(yǎng)護(hù)隊(duì)在進(jìn)行根石探測作業(yè)時(shí)，大部分使用費(fèi)時(shí)費(fèi)力的雙木尺測量法。即測量時(shí)，1號(hào)職工在壩頂上用目測法掌握被測量斷面的方向；2號(hào)職工兩手各拿一根木尺進(jìn)行水平距及垂直距的測量并喊報(bào)數(shù)據(jù)；3號(hào)職工蹲旁觀測2號(hào)職工的木尺是否水平；4號(hào)職工在測量點(diǎn)上涂抹紅漆標(biāo)記；5號(hào)職工隨隊(duì)抄寫數(shù)據(jù)；6號(hào)職工用探桿探摸距岸邊2米處的水下部分。整個(gè)測量過程共用6人。完成各險(xiǎn)工壩頭等諸多斷面的測量數(shù)據(jù)后，再交給內(nèi)業(yè)人員整理，最后計(jì)算出缺根石量，整個(gè)測量過程用工多，耗時(shí)長，誤差大，精度低。

為了解決上述問題，有人發(fā)明了一種“根石探測機(jī)主機(jī)”（專利號(hào)為200320113313.5），該專利是在主機(jī)的底架上裝有車輪，底架兩側(cè)裝有螺桿手動(dòng)夾緊裝置，底架上通過側(cè)銷柱裝有泊缸，底架中心處有套筒護(hù)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(nèi)裝有振動(dòng)電機(jī)，箱體上腔內(nèi)裝有主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪軸與油馬達(dá)的輸出軸經(jīng)花鍵套連齒合，從動(dòng)輪裝在從動(dòng)偏心輪上，偏心軸的一側(cè)固定渦輪，箱體頂端裝有探桿夾緊機(jī)構(gòu)和裝在支架上的電控位置開關(guān)。

上述的“根石探測機(jī)主機(jī)”專利，雖然解決了人工作業(yè)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(fù)雜，該“根石探測機(jī)主機(jī)”并不方便實(shí)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(shù)、提高測量精度的根石探測器，成為各基層養(yǎng)護(hù)單位的當(dāng)務(wù)之急。

2 成果的研發(fā)過程

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，我們采取的技術(shù)方案是：斜坡測量尺包括橫標(biāo)尺、縱標(biāo)尺和連接器。

所述的橫標(biāo)尺，由一標(biāo)有長度單位的圓管形成，沿該圓管延長線方向設(shè)置有橫線形槽。所述的縱標(biāo)尺，由一標(biāo)有長度單位的圓管形成，沿該圓管延長線方向設(shè)置有縱線形槽，該縱線形槽上設(shè)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(dòng)。需要定位時(shí)，該連接器可卡在上述的縱線形槽上的卡槽內(nèi)。為了能夠方便探測水中根石，在所述的橫標(biāo)尺上還設(shè)置有線輪系統(tǒng)，該線輪系統(tǒng)由線輪、傳輸線和鉛墜組成。

為了能精確的測量，橫標(biāo)尺力求水平，故在所述的橫標(biāo)尺上還設(shè)置有水平器，作業(yè)時(shí)可根據(jù)水平器調(diào)整橫標(biāo)尺。為了保證斷面方位的一致性，在所述的橫標(biāo)尺上還設(shè)置有指南針。作業(yè)中，為了方便地標(biāo)記測量位置，在所述的縱標(biāo)尺上還設(shè)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(nèi)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(jīng)傳輸管加壓于噴射器，將油漆噴射出用于標(biāo)記。

其基本原理是：在測量某個(gè)險(xiǎn)工斷面的根石探測數(shù)據(jù)時(shí)，1人用設(shè)備在壩頭上對(duì)準(zhǔn)斷面方向（看指南針即可），然后通過該設(shè)備上下前后的滑動(dòng)，報(bào)出水平距和垂直距。測量距岸邊兩米處的水下部分時(shí)，利用安裝在水平管尾部的收放線輪，把鉛墜放入水中，根據(jù)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(nèi)業(yè)人員，內(nèi)業(yè)人員直接在該斷面的原始數(shù)據(jù)圖上標(biāo)出，直觀快速的計(jì)算出該斷面的缺石量。

3 主要?jiǎng)?chuàng)造點(diǎn)

3.1 雙管式內(nèi)聯(lián)技術(shù)。該技術(shù)提高了設(shè)備在上下前后滑動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性及抗脫槽能力。

3.2 海桿式線輪技術(shù)。利用成熟的海桿收放線技術(shù)，提高了鉛墜在水下觸地時(shí)的手感，提高了測量精度，同時(shí)減少了一名測量人員（前面提到的6號(hào)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(biāo)記的精準(zhǔn)度，同時(shí)還減少了一名測量人員（前面提到的4號(hào)職工）。

3.4 水平管。該配件的使用，使水平橫桿有了依據(jù)。不僅提高了垂直距離的精度，同時(shí)還減少了一名測量人員（前面提到的3號(hào)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(shí)還減少了一名測量人員（前面提到的1號(hào)職工）。

4 應(yīng)用情況及效益分析

4.1 應(yīng)用及推廣情況

該設(shè)備生產(chǎn)出來后，經(jīng)實(shí)際作業(yè)對(duì)本設(shè)備進(jìn)行了試驗(yàn)，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(bào)給內(nèi)業(yè)人員，內(nèi)業(yè)人員直接在該斷面原始數(shù)據(jù)圖上標(biāo)出并及時(shí)計(jì)算出缺石量，測量過程簡單快捷，一名內(nèi)業(yè)人員可同時(shí)應(yīng)對(duì)四名探測人員報(bào)數(shù)據(jù)，原來需要6人1天完成的工作量，現(xiàn)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(shí)，還節(jié)省了數(shù)目不小的雇工及雇車費(fèi)用。

目前已在德州翔宇黃河水利工程維修養(yǎng)護(hù)有限責(zé)任公司推廣應(yīng)用5套。同濟(jì)南普濼黃河水利工程維修養(yǎng)護(hù)有限責(zé)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(yǎng)護(hù)有限責(zé)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(jīng)濟(jì)效益

德州翔宇黃河水利工程維修養(yǎng)護(hù)有限公司于2005年凌汛后至2007年汛前共4次使用該設(shè)備對(duì)所管轄的14處險(xiǎn)工，521段壩岸進(jìn)行了根石探摸測量作業(yè)，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(yǎng)護(hù)定額標(biāo)準(zhǔn)（試點(diǎn)）》規(guī)定的每工日30.96元計(jì)算，節(jié)省雇工費(fèi){（30×15）-（20×7.5）}×30.96×4=37152元。

4.2.2 社會(huì)效益

目前，黃河下游險(xiǎn)工壩岸比較多，上級(jí)要求采集數(shù)據(jù)的時(shí)間大大縮短，以便在最短的時(shí)間內(nèi)上報(bào)數(shù)據(jù)，滿足了建設(shè)“數(shù)字黃河”的要求。

本設(shè)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(jié)構(gòu)新穎，創(chuàng)意奇特，提高工效3倍。

如果在下游各個(gè)基層管理段及養(yǎng)護(hù)隊(duì)進(jìn)行推廣應(yīng)用，除大大提高測量精度和工作效率外，還將節(jié)約大量雇工及雇車費(fèi)用，必將創(chuàng)造極大的社會(huì)效益。