【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表土剥离施工领域。更具体地说，本专利技术涉及一种表土剥离施工方法。
技术介绍
1、我国人多地少，耕地资源极其缺乏。表土层是土壤剖面的上层，该层土作物根系密集，结构良好。耕作层表土作为耕地的精华，富含作物生长所需的矿物质、腐殖质等成分。研究表明，形成2.5cm厚的表土一般需要200～1000年，表土是难以再生的宝贵资源。
2、近年来，随着我国经济发展，铁路、公路、轨道交通、水利水电、工业园区等大中型生产建设项目日益增多，这类项目具有土石方挖填总量大、弃方多的特点，对于弃方的处理，除综合利用外，多选择设置弃渣场进行堆置。其中，施工红线范围、弃渣场均涉及到原地貌天然表土层的剥离，剥离后的表土统一堆存后，用于后期高边坡、弃渣场的复垦、绿化等水土保持措施施工，避免施工造成耕地、林地面积减少。
3、为充分保护表土资源，表土剥离按照“应剥尽剥”的原则进行。施工时，设计文件通常要求剥离厚度控制在20～30cm左右，但不同区域环境、不同地质和地形条件下，表土的厚度往往差异较大。
4、传统的剖面法、插钎法和钻孔法等，虽然测量结果准确度高，但需要对样点进行破坏性挖掘或钻探，工作强度大、成本高、效率低、测量结果精密度差，表土厚度判断不准确。当表土的剥离厚度小于表土层厚度会导致表土资源浪费，剥离厚度大于表土层厚度又会造成施工资源浪费。
5、因此，为加强生产建设项目建设过程中表土资源的保护和利用，需要考虑优化表土剥离的施工措施和方法，做到根据表土的实际厚度进行精准剥离，提高表土剥离的精细化程度，
技术实现思路
1、为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，本专利技术的一优选实施方案提供了一种表土剥离施工方法，包括以下步骤：
2、s1、收集待剥离区域的坐标数据，将待剥离区域划分为若干个单元网络，每个单元网络的长度为l0、宽度为w0，待剥离区域的各点原始坐标为(l，w，h)，测量待剥离区域上的每个测点对应的表土厚度，并结合各个测点的表土厚度测量数据，以内插法推算出每个单元网络的表土平均厚度hi；
3、s2、在挖掘机上装设定位仪、角度传感器，所述定位仪用于实时获取挖掘机的地理坐标(x，y，z)；所述角度传感器设置有三个，分别装于挖掘机大臂、小臂以及铲斗回转处，分别用于测算机大臂、小臂以及铲斗的转动角度；
4、s3、以挖掘机回转中心为原点建立基准坐标系，x轴沿挖掘机车身长度方向，y轴沿挖掘机车身宽度方向，z轴沿重力的反方向，计算得到齿尖相对于挖掘机回转中心的坐标；
5、s4、挖掘机剥离表土时，对比齿尖运动时在z轴方向的最小值(z0+c)min与当前作业单元内对应点位在z轴方向的坐标值(h-hi-h0)的大小，即可获知当前位置表土的剥离程度，剥离程度包括未完成表土剥离、完成表土剥离以及表土过度剥离。
6、根据本专利技术的一优选实施方案，还包括以下步骤：
7、s5、未完成表土剥离时，根据坐标数据计算出当前作业单元内剩余的表土厚度hy和剩余表土量vy，计算公式如下所示；根据当前作业单元内剩余的表土厚度hy和剩余表土量vy合理配置自卸车的数量；
8、hy＝(z0+c)min-(h-hi-h0)；
9、vy＝l0×w0×hy。
10、根据本专利技术的一优选实施方案，所述s1中，计算出每个单元网格内的表土剥离量vi的过程如下：
11、考虑到挖齿挖斗的厚度以及挖掘机扰动的影响，设置富余系数h0，确保表土完全剥离；计算得到表土剥离后待剥离区域内的各点坐标(l，w，h-hi-h0)，作为施工控制网络模型，根据剥离前后的坐标变化计算出每个单元网格内的表土剥离量vi。
12、根据本专利技术的一优选实施方案，表土所在表土层的确定过程如下：
13、定义每个测点下方的前10cm为表土层，探地雷达可以向地下发射高频电磁脉冲波，前10cm的反射信号强度为表土层信号强度α，当反射信号的强度为表土层信号强度α的50％-100％时，定义此时为表土层；当反射信号的强度衰减为表土层信号强度α的30％-50％时，定义此时为心土层；当反射信号的强度衰减为表土层信号强度α的10％-30％时，定义此时为底土层，信号强度继续衰减至小于表土层信号强度α的10％时，定义此时为岩石层。
14、根据本专利技术的一优选实施方案，所述s4中，表土的剥离程度如下表示：
15、(z0+c)min＞(h-hi-h0)，未完成表土剥离；
16、(z0+c)min＝(h-hi-h0)，完成表土剥离；
17、(z0+c)min＜(h-hi-h0)，表土过度剥离。
18、根据本专利技术的一优选实施方案，所述s3中，根据定位仪的实际安装高度、距离施工车辆中轴线的长度，换算为原点坐标(x0，y0，z0)；大臂的转动中心为o1，小臂的转动中心为o2，铲斗的转动中心为o3；机械工作臂的大臂计算臂长l1，小臂计算臂长l2，铲斗计算长度为铲斗转动中心距离齿尖的直线距离为l3，另外大臂转动中心o1距离挖掘机回转中心o的距离为l30，大臂、小臂以及铲斗的转动角度分别为θ1，θ2，θ3，挖掘机的回转角度为θ0；
19、根据θ0和l30，可以求得o1相对于o的坐标；
20、根据θ0、l1、θ1，可以求得o2相对于o1的坐标；
21、根据θ0、l2、θ2，可以求得o3相对于o2的坐标；
22、根据θ0、l3、θ3，可以求得齿尖相对于o3的坐标，从而求得齿尖相对于挖掘机回转中心的坐标(x0+a，y0+b，z0+c)，其中，
23、a＝ltcos(θ0)cos(θ1)+l2cos(θ0)cos(θ1+θ2)+l3cos(θ1)cos(θ1+θ2+θ3)+
24、l30cos(θ0)；
25、b＝l1sin(θ0)cos(θ1)+l2sin(θ0)cos(θ1+θ2)+l3sin(θ0)cos(θ1+θ2+θ3)+l30sin(θ0)；
26、c＝l1sin(θ1)-l2sin(θ1+θ2)-l3sin(θ1+θ2+θ3)。
27、本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术可以实现表土层厚度的快速、无损、全面检测，得到各测量点位的表土层厚度。本专利技术可以结合表土厚度和坐标数据，自动计算出当前施工位置的剥离厚度和剥离程度，辅助表土剥离作业，提高作业效率。通过待剥离量的实时计算，可以实现自卸车辆的精准调配，优化施工组织。通过本方法的应用，可以实现表土的“应剥尽剥”，并避免过度剥离，剥离出来的表土质量高，可以有效提高作业精度、降低施工成本。
28、本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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1.一种表土剥离施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，所述S1中，计算出每个单元网格内的表土剥离量Vi的过程如下：
4.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，表土所在表土层的确定过程如下：
5.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，所述S4中，表土的剥离程度如下表示：
6.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，所述S3中，根据定位仪的实际安装高度、距离施工车辆中轴线的长度，换算为原点坐标(x0，y0，z0)；大臂的转动中心为O1，小臂的转动中心为O2，铲斗的转动中心为O3；机械工作臂的大臂计算臂长L1，小臂计算臂长L2，铲斗计算长度为铲斗转动中心距离齿尖的直线距离为L3，另外大臂转动中心O1距离挖掘机回转中心O的距离为L30，大臂、小臂以及铲斗的转动角度分别为θ1，θ2，θ3，挖掘机的回转角度为θ0；
【技术特征摘要】
1.一种表土剥离施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，所述s1中，计算出每个单元网格内的表土剥离量vi的过程如下：
4.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，表土所在表土层的确定过程如下：
5.根据权利要求1所述的表土剥离施工方法，其特征在于，所述s4中，表土的剥离程度如下表示：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，张帆，王伟光，沈立龙，唐宏斌，黄海波，李旭，廖艺佳，刘可心，陈飞翔，姚平，姚殴阳，甘鹭，邓彪，邓志强，刘杰，文青，魏凯，
申请(专利权)人：广西平陆运河建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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