【正文】 .......................... 17 計(jì)算準(zhǔn)備工作 ............................................................................................. 17 目 錄 IV 三角網(wǎng)法計(jì)算土方量 ....................................................................................... 18 根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算 ............................................................................................. 18 根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算 ................................................................................. 18 根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算 ............................................................................. 19 方格網(wǎng)法計(jì)算土方量 ....................................................................................... 19 等高線法計(jì)算土方量 ....................................................................................... 20 計(jì)算結(jié)果和比較分析 ....................................................................................... 20 計(jì)算結(jié)果對(duì)比 ............................................................................................. 20 成果資料 ..................................................................................................... 22 本章小結(jié) ........................................................................................................... 22 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 25 謝 辭 .......................................................................................................................... 29 附錄 A 控制點(diǎn)成果表 ................................................................................................ 30 附錄 B 野外高程點(diǎn)數(shù)據(jù) ............................................................................................ 31 附錄 C 三角網(wǎng)法土石方計(jì)算 .................................................................................... 34 附錄 D 方格網(wǎng)法土石方計(jì)算 .................................................................................... 35 附錄 E 等高線法土石方計(jì)算 .................................................................................... 36 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 土石方計(jì)算概述 土石方工程是礦山建設(shè)的一項(xiàng)基 礎(chǔ)性工作，土石方工程量計(jì)算是礦山工程造價(jià)的一項(xiàng)重要組成部分。在露天礦山建設(shè)中 ,土方量計(jì)算更是是一項(xiàng)經(jīng)常性的、不可缺少的工作 ,且在整個(gè)工程量中 ,土石方工程常占有較大比例。土方量計(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。如何規(guī)范化土石方工程計(jì)量被視為當(dāng)今土 木工程界的一道難題。 因?yàn)榈乇硎┕?chǎng)地的復(fù)雜性和地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大型土石方工程施工時(shí)，很多情況下需要按照總體場(chǎng)平設(shè)計(jì)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際而做出局部方案調(diào)整，從而達(dá)到因地制宜、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、方便施工的效果。所以大型土石方工程計(jì)量普遍采用的方法是：計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之間的土石方體積，設(shè)計(jì)面有平面、斜面、曲面，而自然地面更是變化多端，要求計(jì)算出來(lái)的工程量絕對(duì)準(zhǔn)確，一般來(lái)說(shuō)既不可能，也不必要。只要基本上按照自然地形的變化規(guī)律，選取合適的特殊點(diǎn)，將自然地形在某一方向上的變化簡(jiǎn)化為相似的折線變化，再求出折線與設(shè)計(jì)線之間的面積，然后乘以高度 (或距離 )，即可求得體積。在條件許可的情況下，還需盡量把點(diǎn)布得密一些，特殊點(diǎn)和變坡點(diǎn)不要遺漏，盡可能縮小誤差。 目前，我國(guó)部分礦山礦層傾角較緩，且埋藏較淺，具有大型露天開(kāi)采的優(yōu)勢(shì)。大型露天開(kāi)采涉及到巨大的土石方剝離工程，年剝離量以千萬(wàn)噸計(jì)，其涉及到巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，對(duì)土石方工程量計(jì)算的精確度、最優(yōu)性，及不同計(jì)算方法的應(yīng)用性提出了更高的要求 。 土石方計(jì)算常用方法 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 (不規(guī)則三角形法 )、等高線法。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。橫斷面法適用于地形起伏變化比較大或形狀狹長(zhǎng)的地帶。如水利工程中的大型管溝、灌溉渠道等均可用此法，但該法外業(yè)操作相對(duì)復(fù)雜 ， 工作量大 ， 精度取決于外業(yè)橫斷面河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 2 密度、橫斷面平行度 ， 內(nèi)業(yè)計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便 ， 但首尾斷面權(quán)和彎曲場(chǎng)地情形下的斷面距離難以準(zhǔn)確確定。方格網(wǎng)法適用于地形比較平坦或面積比較大的工程。如大型工業(yè)廠房及住宅區(qū)、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、廣場(chǎng)等的場(chǎng)地平整，但該法外業(yè)工作量大 ，測(cè)點(diǎn)可能受地形限制。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。 在露天礦山中計(jì)算土石方工程量的常用方法有三角網(wǎng)法、方格網(wǎng)法和等高線法。 研究現(xiàn)狀 土方量的大小直接影響這工程的設(shè)計(jì)和施工，傳統(tǒng)土方量計(jì)算方法各不相同，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因而土方量計(jì)算的方法研究具有重要意義。土方量的計(jì)算是建筑工程施工的一個(gè)重要步驟。工程施工前的設(shè)計(jì)階段必須對(duì)土石方量進(jìn)行預(yù)算，它直接關(guān)系到工程的費(fèi)用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實(shí)一些工程項(xiàng)目中，如何利用測(cè)量單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的地形數(shù)據(jù)或原有的地形數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的計(jì)算出土方量就成了人 們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題。而南方 CASS 是一個(gè)重要的土方量計(jì)算的軟件。探討了南方 CASS 下各種土方量計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并歸納總結(jié)各種土方量計(jì)算方法所適用的地形地貌，并在原有的計(jì)算方法上進(jìn)行一定的改進(jìn)，從而達(dá)到更加方便快捷的目的。土方量計(jì)算方法的研究加強(qiáng)的我們對(duì)于土方量進(jìn)行計(jì)算時(shí)所用方法更加準(zhǔn)確，對(duì)各種計(jì)算方法造成的差異進(jìn)行分析。也使在南方 CASS 下土方計(jì)算式作圖更加方便快捷 。 第 2 章 土石方計(jì)算原理 3 第 2 章 土石方計(jì)算原理 不規(guī)則三角網(wǎng)法 (DTM 法 ) 三角網(wǎng)法簡(jiǎn)介 DTM(Digital Terrain Model)—— 數(shù)字地面模型是利用一個(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 [35]。 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 [1]。如果將 DTM 視為空間的曲面，填挖前后的兩個(gè) DTM 即為兩個(gè)空間曲面，那么計(jì)算機(jī)便可以自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)曲面的交線，也可以用一個(gè)鉛垂面同時(shí)對(duì)兩個(gè)曲面任意切割，并計(jì)算夾在兩個(gè)切割下來(lái)的曲面間的空間的體積，實(shí)際上就是土方計(jì)算的填挖交界線、填方量和挖方量。 三角網(wǎng)的建立 三角網(wǎng)結(jié)構(gòu) DTM 是利用地面離散的高程點(diǎn)通過(guò)一定的算法連接成空間三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)的 地面模型，此過(guò)程為建立三角網(wǎng) DTM 過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的 TIN 生成算法主要有邊擴(kuò)展法，點(diǎn)插入法，遞歸分割法等，以及它們的改進(jìn)算法。在此僅簡(jiǎn)單介紹一下邊擴(kuò)展法。 所謂邊擴(kuò)展法，就是指先從點(diǎn)集中選擇一點(diǎn)作為起始三角形的一個(gè)端點(diǎn)，然后找離它距離最近的點(diǎn)連成一個(gè)邊 ， 以該邊為基礎(chǔ) ， 遵循角度最大原則或距離最小原則找到第三個(gè)點(diǎn) ， 形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴(kuò)展 ， 并進(jìn)行是否重復(fù)的檢測(cè)，最后將點(diǎn)集內(nèi)所有的離散點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)，直到所有建立的三角形的邊都擴(kuò)展過(guò)為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部?jī)?yōu)化算法 ， 使之最優(yōu) 。如建立三 角網(wǎng) DTM 的原始數(shù)據(jù)為地面高程點(diǎn)的三維坐標(biāo)，聯(lián)三角網(wǎng)，生成三角網(wǎng)結(jié)構(gòu) DTM。 河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 4 三角網(wǎng)的調(diào)整 構(gòu)成三角網(wǎng)后需對(duì) 三角網(wǎng)的調(diào)整 ， 根據(jù)地形特征信息對(duì)初級(jí) 三角網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)整 。這樣可使得建模流程思路清晰 ， 易于實(shí)現(xiàn)。 (1)地性線的特點(diǎn)及處理方法 所謂地性線就是指能充分表達(dá)地形形狀的特征線地性線不應(yīng)該通過(guò) TIN 中的任何一個(gè)三角形的內(nèi)部 ， 否則三角形就會(huì) “進(jìn)入 ”或 “懸空 ”于地面 ， 與實(shí)際地形不符 ， 產(chǎn)生的數(shù)字地 形 模型 (DTM)有錯(cuò) [6]。 當(dāng)?shù)匦跃€與一般地形點(diǎn)一道參加完初級(jí)構(gòu)網(wǎng)后，再用地形特征信息檢查地性線是否 成為了初級(jí)三角網(wǎng)的邊，若是，則不再作調(diào)整；否則，按圖 作出調(diào)整?？傊?jiǎng)?wù)必保證 TIN 所表達(dá)的數(shù)字地面模型與實(shí)際地形相符。 圖 在 TIN 建模過(guò)程中對(duì)地性線的處理圖 如圖 21(a)所示，為地性線，它直接插入了三角形內(nèi)部，使得建立的 TIN 偏離了實(shí)際地形，因此需要對(duì)地性線進(jìn)行處理，重新調(diào)整三角網(wǎng)。圖 21(b)是處理后的圖形，即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展，使其符合實(shí)際地形。 (2)地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法 等高線在遭遇房屋、道路等地物時(shí)需要斷開(kāi)，這樣在地形圖生成 TIN 時(shí)，除了要考慮地性線的影響 之外，更應(yīng)該顧及到地物的影響。一般方法是：先按處理地形結(jié)構(gòu)線的類(lèi)似方法調(diào)整網(wǎng)形；然后，用 “垂線法 ”判別閉合特征線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落在多邊形內(nèi)，若是，則消去該三角形 (在程序中標(biāo)記該三角形記錄 )；否則保留該三角形。經(jīng)測(cè)試后，去掉了所有位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特征線內(nèi)形成 “ 空白地 ” 。 (3)陡坎的地形特點(diǎn)及處理方法 遭遇陡坎時(shí)，地形會(huì)發(fā)生劇烈的突變。陡坎處的地形特征表現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點(diǎn)有兩個(gè)高程且高差比較大；坎上坎下兩個(gè)相鄰三角形共享由兩相1 (a)調(diào)整前 (b)調(diào)整后 第 2 章 土石方計(jì)算原理 5 鄰陡坎點(diǎn)連接而成的邊。當(dāng)構(gòu)造 TIN 時(shí)，只有顧及陡坎 地形的影響，才能較準(zhǔn)確的反映出實(shí)際地形。對(duì)陡坎的處理如圖 所示： 圖 對(duì)陡坎的處理 如圖 (a)所示，點(diǎn) 1， 2， 3， 4 為實(shí)際測(cè)量的陡坎上的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)其實(shí)有兩個(gè)高程值，不符合實(shí)際的地形特征。在調(diào)整時(shí)將各點(diǎn)沿坎下方向平移了 1mm，得到了 5， 6， 7， 8 各點(diǎn)其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計(jì)算得到。將所有的坎上、坎下點(diǎn)合并 連接成 一閉合折線，并分別擴(kuò)充連接三角形，即得到調(diào)整后的圖 (b)。 三角網(wǎng)與切割面的關(guān)系 三