3D攤鋪技術(shù)在高速公路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用

陳廣輝，張?zhí)K龍

（江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京 210049）

3D攤鋪技術(shù)是近年來國內(nèi)打造高速公路智能化應(yīng)用較多的技術(shù)之一。目前，該技術(shù)在高速公路面層、基層和底基層中均有應(yīng)用，且朝著標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。在進行高速公路線形恢復(fù)的養(yǎng)護工程中，通常采用拉鋼絲繩或平衡梁的方式進行路面攤鋪施工，但這兩種方法存在各自的不足：第一種方法受人為誤差影響大，平順性控制較差；第二種方式不能夠控制標(biāo)高。因此，在高速公路進行不均勻沉降路面攤鋪時，采用最新的3D攤鋪技術(shù)進行線形恢復(fù)。

3D攤鋪技術(shù)通過結(jié)合GNSS-RTK和激光定位兩種技術(shù)的特點，配合專業(yè)化軟件和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對攤鋪過程面層厚度的準(zhǔn)確控制、攤鋪路段實時定位，實現(xiàn)施工過程的智能化。文章以ABG攤鋪機型為例，分析了3D攤鋪技術(shù)在高速公路養(yǎng)護工程不均勻沉降處治中的應(yīng)用效果，為其他類似工程的實施提供參考。

1 傳統(tǒng)瀝青路面攤鋪分析

傳統(tǒng)的攤鋪基準(zhǔn)通常采用架設(shè)鋼準(zhǔn)繩的方式進行。在架設(shè)剛準(zhǔn)繩過程中，采用的是國家高程標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的準(zhǔn)確性，但實際布設(shè)時受施工人員、自身重量和測量過程等多因素影響，不可避免地降低了面層攤鋪的平整度。進一步，傳統(tǒng)的人工操作攤鋪施工還存在問題如下：

①采用鋼準(zhǔn)繩進行厚度控制施工時，花費時間和人力較多，施工過程中容易受外部環(huán)境影響。準(zhǔn)繩的架設(shè)需要專門的測量人員去放樣、水準(zhǔn)測量，并需要輔助人員去架設(shè)。攤鋪施工時，有大量的輔助人員以及車輛在工地附近活動，使得準(zhǔn)繩被破壞的可能性大大增加，從而導(dǎo)致攤鋪出現(xiàn)錯誤。同時，由于準(zhǔn)繩本身的彈性問題，使標(biāo)高只有在樁的位置處是準(zhǔn)確的，但是兩個樁之間誤差較大。②平順性的控制通過平衡梁：通常來說瀝青面層攤鋪采用平衡梁對控制攤鋪的平順性作用較大，但不能兼顧對標(biāo)高的控制。③施工過程中需要較多的測量人員進行測量準(zhǔn)備，同時連續(xù)施工人員的疲勞和大量的工人，不可避免地會增加施工出現(xiàn)錯誤和事故的幾率，存在安全隱患。④采用傳統(tǒng)攤鋪增加了面層材料的浪費。相比3D攤鋪及時，人工施工的精度和效率與設(shè)計存在一定偏差，這也導(dǎo)致了面層材料使用量。

2 3D攤鋪技術(shù)施工方案

2.1 3D攤鋪系統(tǒng)工作原理

為解決傳統(tǒng)攤鋪的不足，3D攤鋪系統(tǒng)利用衛(wèi)星定位，激光控制等先進技術(shù)手段，結(jié)合優(yōu)化的數(shù)據(jù)設(shè)計、攤鋪機的找平原理，通過對攤鋪機工作過程中的精確控制，達到實際攤鋪面符合設(shè)計面的最終目標(biāo)，從而在平整度、平順性、厚度控制等方面遠遠超出傳統(tǒng)施工方式。3D攤鋪系統(tǒng)工作包括測量和高程控制兩個方面，具體情況見表1。

表1 3D攤鋪系統(tǒng)原理分析

2.2 3D攤鋪施工工藝

（1）高速公路路面3D模型建立。根據(jù)構(gòu)建的數(shù)字化路面模型，結(jié)合已有的路線數(shù)據(jù)，獲取高速公路線形不良段落的分布情況，精確地繪制相應(yīng)段落的平面圖和縱斷面、橫斷面圖。然后使用CAD進行養(yǎng)護方案的設(shè)計，具體內(nèi)容包括縱橫坡的調(diào)整、路面的加鋪方案等。在完成不同養(yǎng)護方案的設(shè)計后，將調(diào)整后的路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)字化路面模型中。將數(shù)字地面模型提供的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計算機，計算不同養(yǎng)護設(shè)計方案的工程量，對每個方案的各種指標(biāo)進行分析和比較，最后使用計算機進行詳細的設(shè)計文件或圖紙輸出工作。

在施工前對高速公路處治段落采用RTK確定平面坐標(biāo)，并結(jié)合設(shè)計高程生成施工段落的三維數(shù)字模型，作為3D攤鋪施工的依據(jù)。詳細的測量工作對提高路面施工精度有重大的意義，建立3D模型所用數(shù)據(jù)如下表2。

表2 K164+475～ K164+790三維坐標(biāo)（硬路肩）

（2）3D攤鋪系統(tǒng)設(shè)備準(zhǔn)備。本次施工所采用的3D攤鋪系統(tǒng)的主要設(shè)備組成如下表3。

表3 3D攤鋪設(shè)備組成清單

（3）3D攤鋪施工工藝。①布設(shè)激光發(fā)射器控制點。本次試驗段所使用的激光發(fā)射器有效控制距離約為80 m，為了使攤鋪過程中的瀝青鋪面具有高度的平順性，在段落內(nèi)共布設(shè)了5個激光發(fā)射器控制點。采用封閉行車道及硬路肩施工、超車道通車的交通組織方案，受到場地限制，控制點僅能布設(shè)于行車道外側(cè)。由于控制點距離超車道較近，為了保證行車安全及激光發(fā)射器不受干擾，三腳架一側(cè)需架設(shè)在攤鋪作業(yè)面內(nèi)。②路面銑刨。在進行路面銑刨前，需對原路面高程進行復(fù)測，并與設(shè)計高程進行對比，確定段落內(nèi)各點的銑刨厚度；銑刨后對銑刨面再次進行高程測量，與設(shè)計高程進行對比，如表4所示。確定中面層SUP-20攤鋪厚度基本控制在6 cm左右，松鋪系數(shù)為1.2。

表4 銑刨后高程數(shù)據(jù)對比（硬路肩）

③路面攤鋪。待上述準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備就緒后即可開始進行3D攤鋪作業(yè)，在攤鋪過程中，技術(shù)人員通過流動站實時監(jiān)測攤鋪后的路面高程，保證攤鋪高程的精度。

3 3D攤鋪實施效果分析

（1）縱斷面線型測量。3D攤鋪施工完成后對中面層SUP-20表面進行高程測量，并對測量數(shù)據(jù)進行對比分析，分析結(jié)果如圖1。

圖1 縱斷面線型對比

從縱斷面線型分析可知：中面層SUP-20攤鋪后縱斷面線型平順，與設(shè)計高程基本一致，縱斷面線型恢復(fù)較好。

（2）橫坡數(shù)據(jù)分析項目組在對原路面進行前期高程測量時發(fā)現(xiàn)，由于路面不均。勻沉降導(dǎo)致試驗段路面橫坡存在一定的波動性，且大部分橫坡已不滿足設(shè)計要求，在進行3D攤鋪時，對路面縱斷面線型進行恢復(fù)的同時，對橫坡一同進行恢復(fù)，橫坡數(shù)據(jù)分析如圖2所示。

通過攤鋪前后橫坡數(shù)據(jù)對比可知：原路面橫坡波動性較大，對路面行車舒適性及行車安全產(chǎn)生一定影響；通過3D攤鋪后，路面橫坡被調(diào)整至2.0%，能夠較好的保證路面平順性。

圖2 橫坡數(shù)據(jù)對比分析圖

4 結(jié)論

（1）在進行3D攤鋪前，首先要掌握路面的平面坐標(biāo)及設(shè)計高程數(shù)據(jù)，根據(jù)三維數(shù)據(jù)對攤鋪的路面進行三維建模，為3D攤鋪提供依據(jù)。

（2）結(jié)合養(yǎng)護工程現(xiàn)場施工場地的特點，場地較小、行車車輛的干擾，應(yīng)盡量將激光發(fā)射器架設(shè)于空曠地帶，并盡可能抬高架設(shè)高度，減少車輛及施工設(shè)備對發(fā)射器的影響。

（3）采用3D攤鋪技術(shù)的路面縱斷面線型平順，與設(shè)計高程基本一致，縱斷面線型恢復(fù)較好，路面橫坡被調(diào)整至2.0%，能夠較好地保證路面平順性。