3D攤鋪技術(shù)在瀝青混凝土路面施工中的運用

趙琦 趙帥 王超*

（1.天津市交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護集團有限公司 天津市 300201）

（2.天津昆侖金環(huán)?？萍加邢薰?天津市 300300）

現(xiàn)階段，3D攤鋪技術(shù)在保證瀝青混凝土路面施工質(zhì)量方面發(fā)揮出重要作用，通過應(yīng)用該技術(shù)，不僅可以確保攤鋪的高程精度，還能保證攤鋪水平精度，為進一步提高瀝青混凝土路面施工的攤鋪質(zhì)量提供重要的技術(shù)支持。所以，為了保證瀝青混凝土路面施工攤鋪效果，如何將3D攤鋪技術(shù)科學地應(yīng)用到瀝青混凝土路面施工中是施工人員必須思考和解決的問題。

1 工程概況

某項目在實際規(guī)劃期間，其總占地面積達到了1.2km2，分三個施工階段，本實例所選用的一期工程，該工程的路線長度達到了3.36km，主要由活加速車道、進場道路施工和VDA區(qū)域三個部分組成，這三者組成部分所對應(yīng)的起訖里程分別為AK0+000—AK0+326.165、ALK0+000—ALK1+681.813、VDAK0+000—VDAK0+300，總面積達到了0.11km2。在綜合考慮施工現(xiàn)場情況的基礎(chǔ)上，利用3D攤鋪技術(shù)，開展一期工程施工工作。VDA區(qū)域、加速車道、進場道路路面技術(shù)指標和進場道路、停車場及服務(wù)道路的路面技術(shù)指標分別為如表1、如表2所示。

表1：VDA區(qū)域、加速車道、進場道路路面技術(shù)指標

表2：進場道路、停車場及服務(wù)道路路面技術(shù)指標

2 3D攤鋪技術(shù)工藝原理

3D攤鋪技術(shù)主要用到了以下兩種技術(shù)，分別是GNSS—RTK技術(shù)和LaserZone技術(shù)，從而發(fā)揮RTK水平精度和高程精度的應(yīng)用優(yōu)勢，進一步提高瀝青混凝土路面施工的攤鋪精確度。該技術(shù)流程如下：

（1）利用原有設(shè)計圖紙[1]，完成對三維電子數(shù)據(jù)的構(gòu)建，并將所構(gòu)建好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GPS控制箱中。

（2）采用RTK計算的方式，精確地確定出攤鋪機所對應(yīng)的實際位置，然后，精確地獲取該位置所對應(yīng)的設(shè)計高程。

（3）利用激光接收裝置[2]，將獲取和整理好的高程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破髦校刂破鹘?jīng)過一系列的運算處理后，會精確地計算出實際高程與設(shè)計高程之間的差值，將形成相應(yīng)的電信號，使得攤鋪機能夠正常、穩(wěn)定、安全地運行。三維電子數(shù)據(jù)導(dǎo)人系統(tǒng)控制器示意圖如圖1所示。

圖1：三維電子數(shù)據(jù)導(dǎo)人系統(tǒng)控制器示意圖

3 工程施工相關(guān)核心技術(shù)

在進行工程攤鋪施工期間，施工人員要重視對GNSSRTK技術(shù)和LaserZone技術(shù)的應(yīng)用，通過應(yīng)用這兩種技術(shù)，為后期高精度進行路面攤鋪施工提供重要的技術(shù)支持。

3.1 GNSS-RTK技術(shù)概述

GNSS-RTK技術(shù)主要包含GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）技術(shù)和RTK技術(shù)兩種。其中，GNSS主要用到了主動式測距原理，沿著所設(shè)置好的軌道進行高速化運轉(zhuǎn)，衛(wèi)星所在位置會出現(xiàn)不停的變化。此時，需要利用GNSS衛(wèi)星定位信號，對各個測站之間的距離進行測量，并利用衛(wèi)星導(dǎo)航電文解算法，精確地計算出GNSS衛(wèi)星所在的三維坐標和GNSS接收機的所在空間位置。RIK技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以最大限度地提高標稱的精確度，確保其精確度達到9mm，完全符合工程測量相關(guān)標準和要求。

3.2 LaserZone技術(shù)概述

LaserZone技術(shù)的應(yīng)用背景下，可以實現(xiàn)對激光發(fā)射器的研制，該激光發(fā)射器在實際運行中，通常會發(fā)出相應(yīng)的激光波，利用激光波可以完成對三維空間的構(gòu)建，該三維空間可以呈現(xiàn)出360°旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，另外，對于激光波而言，其上下垂直發(fā)射角度為-10°～10°，所形成的發(fā)射面呈現(xiàn)出扇形結(jié)構(gòu)，在-5m～5m范圍內(nèi)，可以最大限度提高激光的精確度。激光接收裝置在激光所能控制的范圍內(nèi)均能正常、穩(wěn)定地接收和處理相關(guān)信號，在激光發(fā)射器的應(yīng)用背景下，通過對儀器高進行精確化測量，可以實現(xiàn)對激光發(fā)射軸高程的有效計算，并利用激光接收器，確定出兩次激光波所對應(yīng)的接收時間差，然后，計算出發(fā)射軸所對應(yīng)的相對高差，從而獲得該發(fā)射軸的絕對高程參數(shù)值。

4 基于3D攤鋪技術(shù)瀝青混凝土路面施工

為了充分發(fā)揮和利用3D攤鋪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，施工人員必須要嚴格按照如圖2所示瀝青混凝土路面施工流程。

圖2：瀝青混凝土路面施工流程

4.1 攤鋪前準備工作

為了確保該工程路面攤鋪精確度，在正式進入瀝青混凝土路面施工作業(yè)之前，要做好對高精度控制系統(tǒng)的構(gòu)建以及相關(guān)設(shè)備的安裝調(diào)試。

4.1.1 高精度控制系統(tǒng)建立

為了實現(xiàn)對該工程攤鋪精度的有效控制，施工人員做好對高精度施工控制網(wǎng)的構(gòu)建。同時，結(jié)合相關(guān)標準和要求，將攤鋪精度控制在-2mm～2mm之間[3]，此外，還要利用二等水準網(wǎng)和平面控制網(wǎng)，采用GPS與導(dǎo)線相結(jié)合的方式，將高程控制網(wǎng)應(yīng)用到瀝青混凝土路面施工中，另外，還要利用坐標系統(tǒng)，構(gòu)建相應(yīng)的平面坐標系統(tǒng)，并精確地計算出測區(qū)所對應(yīng)的實際精度，并將測區(qū)精度和平均高程分別設(shè)置為中央子午線、投影高程[4]，最后，為完成工程獨立坐標系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，完成對當?shù)馗叱滔到y(tǒng)的科學設(shè)計。

4.1.2 點位選取與埋石

控制點在實際布置期間，要將其科學地布置在距離路邊緣的10m的左右兩側(cè)，并確保地形的開闊性、堅固性，此外，還要將各個控制點之間的間距設(shè)置在150m～210m之間，使得高程穩(wěn)定性和精確度得以大幅度提高，另外，還要將三個不同的深埋點統(tǒng)一布置在控制網(wǎng)中，并形成相應(yīng)的水準基點，為降低高程系統(tǒng)維護難度，保證系統(tǒng)運營水平創(chuàng)造了良好的條件。在構(gòu)建水準基點期間，要采用觀測墩的方式[5]，將觀測墩的埋入深度控制在0.5m以內(nèi)，并圓樁打入到觀測墩下面，同時，還要結(jié)合實際地質(zhì)特點，將打樁深度控制在9m～14m。最后，為了確?？刂凭W(wǎng)建網(wǎng)成本降到最低，在保證工程攤鋪精確度的基礎(chǔ)上，將平面控制點和高程控制點設(shè)置為同點。通過參照工程測量相關(guān)標準和要求，確定出水準基點和控制點所對應(yīng)的尺寸，然后，根據(jù)工程實際施工需求，開展現(xiàn)場澆筑作業(yè)[6]。同時，還要采用大鋼釘?shù)姆绞讲荚O(shè)方式，完成對兩個臨時點的設(shè)置，接著，利用全站儀，完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的全面化采集，并對臨時點進行再次布設(shè)。

4.1.3 控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

為了實現(xiàn)對控制網(wǎng)數(shù)據(jù)的全面化采集和處理，技術(shù)人員 要嚴格按照如圖3所示的平面控制網(wǎng)測量流程。

圖3：平面控制網(wǎng)測量流程

（1）平面控制網(wǎng)測量。為了進一步提高平面控制網(wǎng)測量結(jié)果的精確性，施工人員要采用GPS靜態(tài)觀測的方式，對間距為400m～600m之間的控制點進行觀測。其次，利用全站儀對其他部分的控制點進行精確化測量。在進行全站儀加密測量期間，需要采用導(dǎo)線施測的方式[7]，在完成GPS靜態(tài)觀測的前提下，利用導(dǎo)線測量法，對各個控制網(wǎng)線進行精確化測量。導(dǎo)線測量水平角觀測技術(shù)要求如表3所示。

表3：導(dǎo)線測量水平角觀測技術(shù)要求

（2）平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。在進行平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理期間，要重點做好對GPS靜態(tài)觀測網(wǎng)平差的精確化處理，并在結(jié)合GPS精確觀測結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)軟件，對全站儀加密測量所對應(yīng)的平差進行精確化處理。同時，采用多基線向量求解模式，確定出最終的基線向量雙差。此外，當外業(yè)觀測工作完成后，將基本構(gòu)網(wǎng)圖形設(shè)置為四邊形，并對觀測基線的質(zhì)量進行全面化檢測，檢測基線質(zhì)量是否達標，是否滿足相關(guān)標準和要求。在此基礎(chǔ)上，還要采用精度分析法，將所有基線解算工作落實到位，并結(jié)合實際情況，選用合適的基線網(wǎng)，并組裝出相應(yīng)的基線環(huán)，這為后期基線網(wǎng)平差的求解創(chuàng)造了良好的條件。在商業(yè)專業(yè)軟件的應(yīng)用背景下，通過全面化處理靜態(tài)觀測網(wǎng)平差，以保證高斯投影效果。并結(jié)合靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，利用商業(yè)專用軟件，采用平差處理的方式，對所有全站儀的導(dǎo)線進行平差處理。

（3）高程控制網(wǎng)測量。為了進一步提升高程控制網(wǎng)測量結(jié)果的精確性和真實性，施工人員要重視對二等水準測量法的應(yīng)用，該測量方法應(yīng)用步驟如下：首先，精確地測量四個水準基點，其次，對整體高程控制網(wǎng)相關(guān)參數(shù)進行全面化測量，最后，嚴格按照二等水之前測量相關(guān)標準和要求，完成對高程控制網(wǎng)水準參數(shù)的精確化測量。

（4）高程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。當水準測量工作完成后，正式進入到相關(guān)數(shù)據(jù)檢查環(huán)節(jié)中，然后，對各個點間高差進行精確化計算和統(tǒng)計。在計算各個點間高差期間，需要對各個點間數(shù)據(jù)真實性和精確性進行檢查，當檢查準確后，方可進入到計算環(huán)節(jié)中，確保最終計算結(jié)果完全滿足相關(guān)標準和要求。接著，利用平易軟件，精確化計算高程控制網(wǎng)所對應(yīng)的平差，從而獲得各個點間的高程值。

4.2 設(shè)備安裝與調(diào)試

施工人員要嚴格按照所提供的安裝圖紙，對設(shè)備進行科學化安裝。在此基礎(chǔ)上，對該設(shè)備進行精確化調(diào)試，在進行調(diào)試期間，首先，要做好對激光發(fā)射器的精確化校正[8]，確保該發(fā)射器三軸關(guān)系的合理性，使得該發(fā)射器的Y軸、X軸和Z軸始終處于相互垂直的狀態(tài)。其次，要精確化調(diào)試攤鋪機的液壓，從而實現(xiàn)對3D攤鋪系統(tǒng)的液壓升降速度與攤鋪機自身的液壓升降速度相接近。

4.3 數(shù)據(jù)收集與三維模型設(shè)計

三維電子數(shù)據(jù)在實際設(shè)計期間，要重點做好如圖4所示瀝青攤鋪3D模型的科學化構(gòu)建，同時，還要在充分考慮相關(guān)厚度的基礎(chǔ)上，采用移動設(shè)計面的方式，實現(xiàn)對各個層次攤鋪設(shè)計數(shù)據(jù)的全面化獲取和整理。為了實現(xiàn)以上目標，施工人員要從以下幾個方面入手：

圖4：瀝青攤鋪3D模型

（1）設(shè)計加速車道、進程道路以及服務(wù)道路相關(guān)數(shù)據(jù)。首先，要嚴格按照設(shè)計圖紙，利用3D攤鋪控制軟件，加成對三維模型的設(shè)計，然后，在后期的攤鋪施工作業(yè)中，利用移動設(shè)計面的方式，實現(xiàn)對各個層面攤鋪相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)的全面化采集和整理。

（2）VDA區(qū)域數(shù)據(jù)設(shè)計。為了進一步提高該工程攤鋪精確度，在對相關(guān)攤鋪數(shù)據(jù)進行設(shè)計期間，要重點做好對這些數(shù)據(jù)的分區(qū)化處理。

4.4 3D攤鋪控制

4.4.1 攤鋪控制施工工藝

攤鋪控制施工工藝主要涉及到以下操作步驟：

（1）基準站架設(shè)?；鶞收舅鶎?yīng)的架設(shè)位置主要位于所設(shè)置好的攤鋪區(qū)域內(nèi)，可以獲得比較良好的通視條件。

（2）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）發(fā)射器架設(shè)。GNSS發(fā)射器的半徑、高差分別為185m、12m，為了保證該發(fā)射器架設(shè)操作的規(guī)范性和合理性，施工人員要在綜合考慮振動安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，向控制網(wǎng)點上架設(shè)相應(yīng)的GNSS發(fā)射器，確保該發(fā)射器與攤鋪現(xiàn)場之間的距離被控制在9m～140m，另外，對GNSS發(fā)射器進行架設(shè)啟動之前，要對水準點高程儀器的精確度進行檢驗。

（3）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）流動站啟動及檢核控制點。當GNSS流動站進入到穩(wěn)定的啟動狀態(tài)后，要對4個以上的控制網(wǎng)進行全面化檢核，從而確定出各個控制點坐標值，然后，結(jié)合所采集的設(shè)計數(shù)據(jù)，完成對攤鋪表面的精確化、全面化檢查和核實，使得評估精確度得以大幅度提高。

（4）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）攤鋪系統(tǒng)啟動。嚴格按照所設(shè)置好的施工標準和要求，對控制箱操作手分配相關(guān)任務(wù)，確保雙邊攤鋪檢查工作落實到位。

（5）攤鋪。按照所設(shè)置好的標尺，完成對攤鋪機位置的精確化設(shè)置，并將攤鋪機振級統(tǒng)一設(shè)置為4級。在正式進入攤鋪作業(yè)之前，要采用手動控制攤鋪的方式，科學控制攤鋪位置，當攤鋪狀態(tài)趨于穩(wěn)定后，將手動控制攤鋪方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣涌刂茢備伔绞?，使得攤鋪機自動進入到3D攤鋪模式中。

（6）監(jiān)測。本次監(jiān)測主要涉及到以下幾個環(huán)節(jié)：第一，高程監(jiān)測。在正式進入攤鋪控制施工之前，監(jiān)測人員要使用GNSS（全球定位系統(tǒng)）流動站，對松鋪高程、壓實高程等參數(shù)進行實時化、全程化監(jiān)測，GNSS（全球定位系統(tǒng)）會自動計算出高程偏差，并獲取精確的攤鋪橫坡，然后，將這些數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸?shù)?D攤鋪控制系統(tǒng)中，由該控制系統(tǒng)對其進行科學地修正和管理。第二，溫度監(jiān)測。為了進一步提高攤鋪施工操作的規(guī)范性和合理性，要對運輸、松鋪、壓實處理后的瀝青料的溫度進行實時化、全面化監(jiān)測。第三，平順性監(jiān)測。當壓實養(yǎng)護操作結(jié)束后，通過利用平順儀，可以實現(xiàn)對工程平順性的精確化監(jiān)測和統(tǒng)計?？傊?，為了進一步提高工程攤鋪施工質(zhì)量，施工人員要嚴格按照攤鋪控制施工工藝，將瀝青混凝土路面施工工作落實到位，從而提高施工操作的規(guī)范性和合理性。攤鋪控制施工流程如圖5所示。

圖5：攤鋪控制施工流程

4.4.2 攤鋪施工程序

加速車道、進場道路以及服務(wù)道路在進行攤鋪施工期間，要結(jié)合道路實際寬度，利用攤鋪機，做好聯(lián)鋪工作，其次，VDA區(qū)域在進行攤鋪施工期間，要選用3臺攤鋪機，開展聯(lián)鋪作業(yè)，確保攤鋪機在實際運行中，能夠沿著“品”字形進行移動，使得縱向接縫降到最低。

5 結(jié)語

綜上所述，瀝青混凝土路面施工工作取得了圓滿成功，而這得益于3D攤鋪技術(shù)的應(yīng)用，通過利用該技術(shù)，可以借助地表數(shù)據(jù)，完成對三維電子數(shù)據(jù)圖的構(gòu)建，充分發(fā)揮和利用RTK水平精度和高程精度，使得工程施工攤鋪精確度得以大幅度提高，從而幫助施工單位取得較高的社會效益和經(jīng)濟效益。由此可見，3D攤鋪技術(shù)具有較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，值得被進一步推廣和應(yīng)用。