简易根石探测装置的研制与应用
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作者: 朱朝明 路玉恒 聂伟杰 刘波 李振瑞
摘 要：黄河工程探测传统上采取人工拉皮尺结合直尺的测量方法，所需人工多，过程很复杂，工作慢，精度较低，尽快研制出使用方便工效高，减少测量人数、提高测量精度的根石探测装置，成为根石探测的当务之急。
关键词：黄河；工程；根石；探测
1 项目产生背景
黄河根石是黄河堤坝的保护屏障，其分布状态的如何将直接关系到大堤基础的安危。由于黄河特殊的基础地质条件，泥沙淤积层深厚，每次洪水过后，保护大堤安全的根石不同程度地被水流冲走，致使大堤塌陷或存在安全隐患。因此，黄河河道的根石探测工作是一项确保大堤安全的基础性工作。
每年在汛期及凌期过后，河水流量降低，曾经偎水的根石将会大部分外露，为了测量根石在汛期和凌期期间被冲走的情况。各基层管理段及养护队就会利用这段时间，组织职工在所有过水坝岸的各个断面上进行根石探测，统计数据，绘制出根石断面图。再同汛前及凌前的数据比较，计算出缺根石的数量，为以后的抛根护石作准备。
当前，各基层管理段及养护队在进行根石探测作业时，大部分使用费时费力的双木尺测量法。即测量时，1号职工在坝顶上用目测法掌握被测量断面的方向；2号职工两手各拿一根木尺进行水平距及垂直距的测量并喊报数据；3号职工蹲旁观测2号职工的木尺是否水平；4号职工在测量点上涂抹红漆标记；5号职工随队抄写数据；6号职工用探杆探摸距岸边2米处的水下部分。整个测量过程共用6人。完成各险工坝头等诸多断面的测量数据后，再交给内业人员整理，最后计算出缺根石量，整个测量过程用工多，耗时长，误差大，精度低。
为了解决上述问题，有人发明了一种“根石探测机主机”（专利号为200320113313.5），该专利是在主机的底架上装有车轮，底架两侧装有螺杆手动夹紧装置，底架上通过侧销柱装有泊缸，底架中心处有套筒护套组，底架与中间架的底部一端通过柱销连接，另一端通过螺栓连接，中间架的上端面上装有隔振弹簧，弹簧上有箱体，箱体的下腔内装有振动电机，箱体上腔内装有主动轮和从动轮，主动轮轴与油马达的输出轴经花键套连齿合，从动轮装在从动偏心轮上，偏心轴的一侧固定涡轮，箱体顶端装有探杆夹紧机构和装在支架上的电控位置开关。
上述的“根石探测机主机”专利，虽然解决了人工作业的问题，也提高了工效，但显然成本太高，使用中亦不方便，在黄河大堤上地形地貌复杂，该“根石探测机主机”并不方便实用，所以未得到推广使用。
尽快研制出使用方便工效高，减少测量人数、提高测量精度的根石探测器，成为各基层养护单位的当务之急。
2 成果的研发过程
为了实现上述目的，我们采取的技术方案是：斜坡测量尺包括横标尺、纵标尺和连接器。
所述的横标尺，由一标有长度单位的圆管形成，沿该圆管延长线方向设置有横线形槽。所述的纵标尺，由一标有长度单位的圆管形成，沿该圆管延长线方向设置有纵线形槽，该纵线形槽上设置有与之垂直的卡槽。上述的横线形槽与纵线形槽宽度相等。所述的连接器成“工”字形，卡在上述的横线形槽与纵线形槽之间，并能自由滑动。需要定位时，该连接器可卡在上述的纵线形槽上的卡槽内。为了能够方便探测水中根石，在所述的横标尺上还设置有线轮系统，该线轮系统由线轮、传输线和铅坠组成。
为了能精确的测量，横标尺力求水平，故在所述的横标尺上还设置有水平器，作业时可根据水平器调整横标尺。为了保证断面方位的一致性，在所述的横标尺上还设置有指南针。作业中，为了方便地标记测量位置，在所述的纵标尺上还设置有气囊式喷漆器，该气囊式喷漆器由气囊、传输管和喷射器组成。喷射器内安装有醒目颜色（一般为红色）的油漆，通过按压气囊，将压力经传输管加压于喷射器，将油漆喷射出用于标记。
其基本原理是：在测量某个险工断面的根石探测数据时，1人用设备在坝头上对准断面方向（看指南针即可），然后通过该设备上下前后的滑动，报出水平距和垂直距。测量距岸边两米处的水下部分时，利用安装在水平管尾部的收放线轮，把铅坠放入水中，根据重力作用使其充分触地，再观看拉线在水平管上的尺度，即可判读出水深，也就是距岸边两米处的垂直距。然后，通过双工通信方式传给内业人员，内业人员直接在该断面的原始数据图上标出，直观快速的计算出该断面的缺石量。
3 主要创造点
3.1 双管式内联技术。该技术提高了设备在上下前后滑动时稳定性及抗脱槽能力。
3.2 海杆式线轮技术。利用成熟的海杆收放线技术，提高了铅坠在水下触地时的手感，提高了测量精度，同时减少了一名测量人员（前面提到的6号职工）。
3.3 气囊式喷漆管。该喷漆管的使用，不仅提高了涂抹红漆标记的精准度，同时还减少了一名测量人员（前面提到的4号职工）。
3.4 水平管。该配件的使用，使水平横杆有了依据。不仅提高了垂直距离的精度，同时还减少了一名测量人员（前面提到的3号职工）。
3.5 指南针。该配件的使用，不仅提高了被测断面的方向精度，同时还减少了一名测量人员（前面提到的1号职工）。
4 应用情况及效益分析
4.1 应用及推广情况
该设备生产出来后，经实际作业对本设备进行了试验，测量工作由一人完成。通过双工通信方式直接将测出的水平距及垂直距传报给内业人员，内业人员直接在该断面原始数据图上标出并及时计算出缺石量，测量过程简单快捷，一名内业人员可同时应对四名探测人员报数据，原来需要6人1天完成的工作量，现在2人1天就可完成，提高工作效率3倍，在测量精度大大提高的同时，还节省了数目不小的雇工及雇车费用。
目前已在德州翔宇黄河水利工程维修养护有限责任公司推广应用5套。同济南普泺黄河水利工程维修养护有限责任公司签定了20套购买合同书。同聊城安泰黄河水利工程维修养护有限责任公司第一分公司签定了5套购买合同书。
4.2 效益分析
4.2.1 经济效益
德州翔宇黄河水利工程维修养护有限公司于2005年凌汛后至2007年汛前共4次使用该设备对所管辖的14处险工，521段坝岸进行了根石探摸测量作业，原来需要30人15天完成的工作量，变成了20人7.5天完成。按《水利工程维修养护定额标准（试点）》规定的每工日30.96元计算，节省雇工费{（30×15）-（20×7.5）}×30.96×4=37152元。
4.2.2 社会效益
目前，黄河下游险工坝岸比较多，上级要求采集数据的时间大大缩短，以便在最短的时间内上报数据，满足了建设“数字黄河”的要求。
本设备是专为根石探测工作而制造的，它集测、涂、探等工序于一体，结构新颖，创意奇特，提高工效3倍。
如果在下游各个基层管理段及养护队进行推广应用，除大大提高测量精度和工作效率外，还将节约大量雇工及雇车费用，必将创造极大的社会效益。
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