基于3D機(jī)械控制的瀝青路面智能施工技術(shù)研究與應(yīng)用

凌高祥 王彤 張?zhí)K龍 毛益佳

摘? 要：在傳統(tǒng)攤鋪機(jī)施工作業(yè)中，需要測量人員提前放樁掛線或者架設(shè)鋁梁來給機(jī)上的操作手提供參照物，因此施工質(zhì)量在很大程度上依賴施工人員的操作水平。針對以上情況，本文開發(fā)基于3D機(jī)械控制的瀝青路面智能施工技術(shù)，該技術(shù)可在攤鋪施工中實(shí)現(xiàn)對高程，厚度和坡度的精準(zhǔn)自動控制，大大降低人為因素對施工質(zhì)量的影響，顯著提高了施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;機(jī)械控制;攤鋪施工;精準(zhǔn)控制

中圖分類號：U416? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

0前言

瀝青混凝土面層以其行車安全舒適，晴天無揚(yáng)塵，雨天無泥漿，自我修復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于我國高等級公路建設(shè)中，特別是東西部干早少雨，冬夏溫差大的地區(qū)被廣泛使用。目前，由于瀝青混凝土路面早期破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，因此瀝青混凝土路面的精細(xì)化施工尤為重要，其中瀝青混凝土的攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)顯得更為關(guān)鍵。而傳統(tǒng)的路面攤鋪施工工序繁雜，且對機(jī)械及人員的配合，天氣等各方面要求較高，因此在轉(zhuǎn)彎、超高曲線和其它橫坡變化的設(shè)計中，要準(zhǔn)確地設(shè)置掛線幾乎是不可能做到的。針對目前路面施工過程中存在的問題，近年來新興的信息化技術(shù)為提升路基路面的建設(shè)質(zhì)量提供了有力支撐。采用3D攤鋪控制技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)攤鋪過程中路面平整度的提升[1]。3D攤鋪控制技術(shù)是通過現(xiàn)場測量、生成3D施工模型、模型數(shù)據(jù)輸入機(jī)載電腦，最后直接對攤鋪機(jī)的施工厚度和路面高程進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)施工工藝相比無需打樁拉線放樣，減少了施工準(zhǔn)備工作，提高了道路平順度和作業(yè)精確度，同時將材料的使用量降到最低[2]。

1 3D攤鋪技術(shù)原理

1.1 技術(shù)原理

3D攤鋪技術(shù)是通過全站儀跟蹤安裝在攤鋪機(jī)上的光學(xué)標(biāo)靶，獲得毫米級的定位精度，通過電臺將定位數(shù)據(jù)實(shí)時傳送到攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對機(jī)載3D設(shè)計高程和實(shí)際高程進(jìn)行實(shí)時對比，并將產(chǎn)生的高程修正信息傳遞到液壓控制系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動油缸牽引熨平板至設(shè)計高程和設(shè)計坡度，從而實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)的自動控制。

1.2 系統(tǒng)組成

攤鋪機(jī)根據(jù)路面寬度、厚度、結(jié)構(gòu)層選擇合適的攤鋪機(jī)械及數(shù)量。攤鋪機(jī)找平系統(tǒng)必須符合 MOBA協(xié)議或者是福格勒攤鋪機(jī)。涉及的硬件主要有測量機(jī)器人、360°棱鏡、桅桿坡度傳感器、橫坡傳感器、數(shù)傳電臺、主控制器、桅桿、連接線纜、3D施工輔助軟件。

2施工方案

2.1 工程簡介

331省道寶應(yīng)段起自射陽湖鎮(zhèn)北，接331省道鹽城西段，向西南跨越薔薇河、寶射河，與264省道交叉，經(jīng)魯垛鎮(zhèn)、小官莊鎮(zhèn)，上跨京滬高速公路，下穿在建連淮揚(yáng)鎮(zhèn)鐵路，與233國道交叉，跨京杭運(yùn)河，經(jīng)寶應(yīng)湖，止于寶應(yīng)與金湖交界處，是寶應(yīng)縣重點(diǎn)民生工程，全線采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為100km/h，京杭運(yùn)河大橋至233國道交叉口按雙向八車道設(shè)計，233國道交叉口至跨京滬高速分離式立交橋按雙向六車道設(shè)計，其余路段按雙向四車道設(shè)計。本文瀝青3D攤鋪試驗(yàn)段樁號為：K32+000～K34+000，長度為2km，半幅攤鋪寬度為16m，每臺攤鋪機(jī)施工寬度為8m。左半幅采用傳統(tǒng)施工方案，右半幅采用3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)施工方案。

2.2 3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)配置方案

下面以雙機(jī)連鋪配置方案進(jìn)行說明，多機(jī)連鋪以此類推。

（1）兩臺攤鋪機(jī)四根桅桿和六個 360度棱鏡。

（2）三臺機(jī)器人全站儀分別單獨(dú)測量棱鏡。

（3）第四臺全站儀用于施工數(shù)據(jù)檢測和“蛙跳”。

“蛙跳”-即當(dāng)前三臺全站儀測量倒站時，第四臺全站儀用于替代其中一臺測量棱鏡，確保施工連續(xù)不間斷。

（4）先行攤鋪機(jī)兩側(cè)全部實(shí)現(xiàn) 3D控制，第二臺攤鋪機(jī)內(nèi)側(cè)以先行攤鋪機(jī)工作面為基準(zhǔn)走接觸式傳感器（滑靴）控制高程;外側(cè)采用 3D控制。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 人員分析

采用3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)，兩臺連鋪攤鋪機(jī)需要的人工數(shù)量為32人;采用傳統(tǒng)攤鋪施工技術(shù)，兩臺連鋪攤鋪機(jī)需要的人工數(shù)量為41人。因此，采用3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)可減少輔助工人9人，節(jié)約人力資源22%。

3.2 厚度檢測分析

分別在K32+000～K34+000，左半幅采用傳統(tǒng)施工方案區(qū)域取芯28個，右半幅采用3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)方案區(qū)域取芯28個。并利用游標(biāo)卡尺測量每個芯樣3處的高度，取其平均值作為該處取樣點(diǎn)的層厚，檢測結(jié)果如圖1所示。3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)施工和傳統(tǒng)攤鋪施工技術(shù)厚度的標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.944和4.234，表明3D機(jī)械控制智能施工技術(shù)控制厚度的性能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)。

3.3 平整度檢測分析

瀝青路面施工完成后通過八輪平整度儀對3D機(jī)械控制智能施工區(qū)域和傳統(tǒng)攤鋪施工區(qū)域的平整度進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖2所示。用3D機(jī)械控制智能施工區(qū)域平整度平均值為0.90mm;采用傳統(tǒng)攤鋪工藝進(jìn)行瀝青路面施工，平整度平均值為1.13mm，表明3D攤鋪工藝可較好的提升路面平度。

4結(jié)論

基于3D機(jī)械控制的瀝青路面智能施工技術(shù)可以快速、精確施工，縮短工期，無需測量人員放樁掛線或放置鋁梁等，大大縮減人力成本和管理成本，同時良好的厚度和平整度控制可有效提高施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧俏宇，周洪劍.公路工程3D技術(shù)路面施工應(yīng)用分析[J].西部交通科技，2018（3）：26-29+148.

[2] 劉付旭.淺談3D自動化攤鋪系統(tǒng)在公路工程施工的應(yīng)用[J].西部交通科技， 2018（3）：23-25.

收稿日期：2020-05-08

作者簡介：凌高祥（1983—），男，江蘇鹽城人，碩士，高級工程師，研究方向：新材料、新工藝、智慧工地建設(shè)。

Research and Application of Intelligent Construction Technology of Asphalt Pavement Based on 3D Mechanical Control

LING Gaoxiang，WANG Tong，ZHANG Sulong，MAO Yijia

（Jiangsu Dongjiao Intelligent Control Technology Group Co.， Ltd.， Nanjing Jiangsu 210000）

Abstract： In the construction work of traditional paver， it is necessary for surveying personnel to put piles and hang wires or erect aluminum beams in advance to provide reference for the operators on the machine. Therefore， the construction quality largely depends on the operation level of the construction personnel. In view of the above situation， this article develops an asphalt pavement intelligent construction technology based on 3D mechanical control. This technology can achieve precise automatic control of elevation， thickness and slope during paving construction， greatly reducing the impact of human factors on construction quality and significantly improving Construction Quality.

Keywords： asphalt pavement;mechanical control;paving construction; precise control