路面瀝青攤鋪3D測量控制技術應用分析

梁家心

文章總結了3D測量控制技術在高速公路瀝青路面攤鋪中應用的原理和控制要點，提出采用路面瀝青攤鋪3D測量控制技術可以提高瀝青路面的攤鋪速度并控制路面平整度，從而提高施工效率和降低施工成本，為類似工程施工提供參考。

瀝青路面;3D測量控制技術;攤鋪

U415.6-A-09-027-3

0?引言

近年來隨著我國交通事業(yè)的投入加大，高速公路建設取得了很大的發(fā)展，對高速公路路面平整度的要求也越來越高，以保證行車的安全性和舒適性。瀝青路面攤鋪是一個高度動態(tài)的過程，施工過程和施工管理極為復雜，如何應用先進的技術手段提高施工質量、效率是所有建設者們共同追求的目標。數字化的施工與管理是大型建設工程現代化的需要，也是數字化時代的必然趨勢，數字化施工受到越來越多國內外施工單位的青睞。徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)無須放樣、打樁、掛線等復雜繁重的操作，可以實現完全自動的攤鋪高度、坡度和攤鋪方向的控制，達到簡單、快速、精準地完成攤鋪施工的目的。

1?工程概況

柳州至南寧高速公路改擴建工程№8合同段路面施工起點樁號為K1324+500，終點樁號為K1379+500，路段全長55 km。瀝青路面結構為：8 cmAC25瀝青混凝土下面層+6 cmAC20瀝青混凝土中面層+4 cmSMA改性瀝青混凝土表面層。陽朔至鹿寨高速公路工程№.TJ2標段，起點里程樁號為K30+000，終點樁號為K94+167.382，主線全長56.567 km。主線瀝青路面結構為：8 cm粗粒式瀝青混凝土下面層+8 cm粗粒式改性瀝青混凝土中面層+4 cm細粒式改性瀝青混凝土表面層。這兩個項目均采用徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)測量放樣，取得了良好的效果。

2?徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)

使用徠卡測量機器人可以實時獲取機器所處的位置、高度和坡度等信息，并將這些信息和設計的攤鋪數據進行對比，然后將對比差值傳送給機器的液壓系統(tǒng)，從而實現完全自動的攤鋪高度、坡度和攤鋪方向的控制。Leica PaveSmart 3D數字化攤鋪自動控制系統(tǒng)主要由Robot61全站儀基準站和攤鋪自動控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)工作時，架設在控制點上的機械控制全站儀將捕獲安裝在攤鋪機桅桿上的360°棱鏡的三維坐標數據，通過攤鋪機系統(tǒng)上的數據傳輸電臺實時將棱鏡坐標數據傳送到攤鋪自動控制系統(tǒng)的MPC1310控制箱中，控制箱將獲得的當前坐標信息與設計卡中的三維數據進行對比，生成相應的高程修正信息并傳遞至攤鋪機左右兩側邊控箱，再由邊控箱對應生成相應的比例驅動信號，通過液壓閥驅動攤鋪機牽引臂液壓油缸使熨平板進行相應方向的調整和修正，從而使攤鋪道面產生坡度和高程變化，彌補路面波動，實現所要求的路面平整度。在具體施工過程中為實現道面攤鋪的精確控制要求，另一臺測量全站儀一直處于監(jiān)測道面攤鋪狀況，真正實現過程監(jiān)控施工，滿足攤鋪設計要求。

每套Leica PaveSmart 3D攤鋪機控制系統(tǒng)建議配置三臺Robot61全站儀，其中兩臺機械控制全站儀主要用于引導PaveSmart 3D攤鋪自動控制系統(tǒng)現場施工，另外一臺測量全站儀用于實時檢測已攤鋪面與設計面偏移量和攤鋪過程中的“蛙跳”。3D攤鋪自動控制系統(tǒng)主要由三維位置定位系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和3D攤鋪輔助軟件等三部分組成。攤鋪自動控制系統(tǒng)車載設備主要包括1臺主控制器、2臺控制手柄、兩個360°棱鏡、1個橫坡傳感器、2臺車載電臺、兩個接線盒以及連接線纜等（見圖1）。

2.1?攤鋪數據準備

內業(yè)數據準備工作主要是將傳統(tǒng)的工程設計部門提供的施工設計數據和圖紙進行三維數字模型建立，即利用3D攤鋪系統(tǒng)配套的軟件將原有的工程二維設計藍圖轉化成機械設備、測量設備能夠自動識別的三維電子設計圖。Leica iCON Office Software軟件很好地解決了二維設計圖轉換成三維數字模型這一難題。

2.2?施工現場準備

具體施工前正確連接PaveSmart 3D控制系統(tǒng)各個元部件，設置施工表面相對于設計表面的正確偏移量，作為引導基準的全站儀追蹤到360°棱鏡后系統(tǒng)即可在手動狀態(tài)下進行施工。由于系統(tǒng)采用高程+坡度控制，所以當攤鋪機在填筑表面左右高程滿足設計要求并穩(wěn)定后需要對系統(tǒng)的高程和橫坡傳感器進行校準。校準完成后系統(tǒng)開始在自動模式的狀態(tài)下進行攤鋪工作，在施工過程中通過微調控制器左右兩側上升下降按鈕的偏移量來滿足攤鋪表面左右高程要求。

3?徠卡3D攤鋪施工控制要點

具體施工時選擇合適位置架設好左右兩臺全站儀，最好采取一前一后的布局，這樣可以避免兩臺全站儀同時搬站，而且第三臺全站儀可以交替搬站。由于每臺全站儀在自動跟蹤模式下精度會有所降低，所以推薦在半徑150 m范圍內作業(yè)，精度滿足要求，這樣每臺全站儀控制300 m距離后需要進行搬站作業(yè)。如果有備用全站儀，在搬站過程中需要先將備用全站儀自動跟蹤到需要換站一側的棱鏡上，在車載電腦上點擊切換按鈕，系統(tǒng)會自動將新站作為控制站進行不間斷作業(yè)。若沒有備用全站儀，在搬站過程中攤鋪機需要停下等待搬站完成并且數據傳輸無誤的情況下才能繼續(xù)作業(yè)。如圖2所示。

3.1?攤鋪控制

在瀝青攤鋪前要檢查攤鋪機各儀器和部件是否工作正常，提前預熱熨平板。攤鋪機在正常攤鋪過程中行走速度控制在2～2.5 m/min，速度要保持勻速，遇到下雨或者料車囤積較多的時候才可以適當增加速度。調高速度的時候要注意同時調高夯錘和震動的頻率，但最大行走速度不能超過3.5 m/min。攤鋪機攤鋪過程中，不能隨意待機，要保證攤鋪的連續(xù)性，特殊情況除外。攤鋪過程中，70#瀝青不收料斗，改性瀝青5～6車料收一次斗，以減少離析。

3.2?平整度控制

（1）測量數據要準確，感應器要注意觀察不能誤操作，攤鋪機盡量不停機，料車不能沖撞攤鋪機，攤鋪機過橋梁隧道時要放慢速度。

（2）壓路機的速度要保持勻速一致，起步剎車時速度要慢，碾壓段落要長距離，每次停機的位置不能同在一個地方。

（3）結構物過渡段無論是哪個結構層都要拉導線或者墊找平儀探頭，如果結構物高差比較大或者路面起伏比較大可以提前鋪一層調平層。

（4）橋面中面層攤鋪前用瀝青鋪筑臨時伸縮縫，保證伸縮縫位置的瀝青面層平整度。

（5）現場管理人員必須要熟悉每臺設備的性能，每臺攤鋪機起步時是偏高還是偏低，以確定墊板的厚度。

（6）熨平板的溫度必須≥100 ℃，攤鋪機鋪出2 m后要蹲下身子觀察接頭位置是高是低，然后采用“高修低補”的原則進行處理。

（7）接頭處用鈀和細料補完之后讓壓路機以45°角靜壓一遍，小振一到兩遍，速度要慢。

（8）在碾壓過程中要用3 m尺跟蹤測控平整度，如果45°碾壓還是高的，可以用90°橫壓。

陽朔至鹿寨高速公路工程№.TJ2標段施工設備及參數如表1所示。

4?徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)應用效益

利用Leica 3D攤鋪控制系統(tǒng)攤鋪，采用全站儀引導進行精準數字化施工作業(yè)，將設計數據直接轉化為施工數據，無需放樣、載樁、掛線等工作，簡化施工流程，節(jié)省人力成本，在確保攤鋪標高的同時兼顧了攤鋪面的平順性和平整度。同時，有效控制層厚，可以節(jié)省材料，減少不必要的材料浪費，實現了傳統(tǒng)施工中無法實現的自動變坡施工等技術問題，使復雜的攤鋪施工簡單化。系統(tǒng)施工不受光線影響，可以24 h全天候施工作業(yè)。

5?結語

本文結合徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)技術在柳州至南寧高速公路改擴建工程和陽朔至鹿寨高速公路工程瀝青路面攤鋪的應用，總結3D攤鋪控制系統(tǒng)在山區(qū)高速公路施工中的控制要點，從而達到提高高等級瀝青路面平整度，提高行車安全和舒適性的目的，同時提高了施工效率，大大降低了施工成本，可為其他高速公路瀝青路面攤鋪施工控制提供參考。

[1]JTG F40-2017，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[2]JTG D50-2017，公路瀝青路面設計規(guī)范[S].

[3]JTG F80-2017，公路工程質量檢驗評定標準（第一冊?土建工程）[S].