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(duì)這些方法進(jìn)行了說(shuō)明，說(shuō)明時(shí)分別考慮了對(duì)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(wèn)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(guò)程中爭(zhēng)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(duì)二者區(qū)分；

3、分別計(jì)量。對(duì)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(kāi)，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(duì)簡(jiǎn)單易懂、容易操作、容易核對(duì)、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(wèn)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(chǎng)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(duì)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(cè)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(chǎng)地，將場(chǎng)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(lái)，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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(duì)值相對(duì)較大。用方格網(wǎng)法計(jì)算時(shí)，對(duì)于挖方的邊坡問(wèn)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(duì)連續(xù)地面的一個(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)表示，或者說(shuō)，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(lái)計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過(guò)生成三角網(wǎng)來(lái)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(guò)程較復(fù)雜，不容易核對(duì)，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(lái)確定，操作者站在不同的立場(chǎng)，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(guò)軟件來(lái)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(duì)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(guò)程簡(jiǎn)便，可以在很短時(shí)間內(nèi)確定出具體的體積?？傮w說(shuō)來(lái)，這種方法的計(jì)算精度相對(duì)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(guò)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(wèn)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(duì)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(duì)結(jié)果的影響。方格網(wǎng)選擇的越小則計(jì)量相對(duì)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(duì)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(duì)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(wú)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(guò)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(zhēng)議

參考文獻(xiàn)：

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