瀝青路面3D智能攤鋪技術(shù)在通錫高速南通段工程中的應(yīng)用研究

摘""要：為研究瀝青路面3D智能攤鋪技術(shù)，依托通錫高速南通段路面工程，在瀝青路面下面層施工中應(yīng)用了3D智能攤鋪技術(shù)，并與傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，得出結(jié)論，3D攤鋪技術(shù)節(jié)約了40%的人力資源，且縱坡變異系數(shù)更小，具備更穩(wěn)定的線型控制能力，厚度和均勻性更優(yōu)，最終形成了標(biāo)準(zhǔn)化的3D智能攤鋪施工工藝，進(jìn)一步推動(dòng)了3D智能攤鋪技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D智能攤鋪""高速公路""瀝青路面""無樁化

中圖分類號(hào)：TU753

Application"Research"of"3D"Intelligent"Paving"Technology"for"Asphalt"Pavement"in"Nantong"Section"of"Tongxi"Expressway"Project

QIAN"Xiaobin""LV"Chenglin

Nantong"Ring"Expressway"Co.，"Ltd.，"Nantong，"Jiangsu"Province，"226000"China

Abstract："In"order"to"study"the"3D"intelligent"paving"technology"of"asphalt"pavement，"relying"on"the"pavement"project"of"Nantong"section"of"Tongxi"Expressway，"3D"intelligent"paving"technology"wasnbsp;applied"in"the"construction"of"the"lower"layer"of"asphalt"pavement，"and"compared"with"traditional"paving"technology."The"conclusion"was"drawn"that"3D"paving"technology"saved"40%"of"human"resources，"had"a"smaller"coefficient"of"variation"in"longitudinal"slope，"more"stable"line"control"ability，"and"better"thickness"and"uniformity，"ultimately"forming"a"standardized"3D"intelligent"paving"construction"process，"which"further"promoted"the"application"of"3D"intelligent"paving"technology"in"expressway"engineering.

Key"Words："3D"intelligent"paving;"Expresway;"Asphalt"pavement;"Pileless

3D智能攤鋪技術(shù)的出現(xiàn)，有效提高了瀝青路面的施工效率和質(zhì)量。同時(shí)，與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，3D攤鋪技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和調(diào)整攤鋪厚度和坡度，大大提高了路面的平整度和施工均勻性[1]。

1""3D智能攤鋪工作原理

3D智能攤鋪技術(shù)涉及傳感器、機(jī)械、液壓、自動(dòng)控制等多個(gè)方面，其中3D控制系統(tǒng)主要由攤鋪機(jī)、全站儀智能機(jī)器人、360°棱鏡、主控制器、電臺(tái)及軟件系統(tǒng)組成[2]。測(cè)量人員依據(jù)設(shè)計(jì)的高程、交點(diǎn)坐標(biāo)、縱坡、橫坡等路面數(shù)據(jù)，利用軟件建立的路面三維模型與施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際基準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)合，確定施工現(xiàn)場(chǎng)的參考坐標(biāo)系統(tǒng)。

2""工程概況

通錫高速公路南通段（海門至通州段）建設(shè)工程，項(xiàng)目起于崇海過江通道北接線、終于滬通大橋北接線新聯(lián)樞紐，是江蘇省高速公路網(wǎng)中S19重要組成部分，也是江蘇省“十五射六縱十橫”高速公路網(wǎng)重要城市環(huán)線組成部分。該高速全長(zhǎng)65.4"km，采用雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速120"km/h，其中瀝青路面結(jié)構(gòu)為9.5"cm"SUP-25+6"cm"SUP-20+4.5"cm"SMA-13，半幅采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)成梯隊(duì)形式進(jìn)行連續(xù)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

3""3D智能攤鋪技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1""實(shí)施方案

研究成果在通錫高速公路海門至通州段瀝青路面下面層進(jìn)行了應(yīng)用，試驗(yàn)段樁號(hào)K58+310～K57+530，現(xiàn)場(chǎng)半幅分別采用傳統(tǒng)攤鋪機(jī)和3D攤鋪機(jī)進(jìn)行梯隊(duì)施工。通過采集勞務(wù)工人、機(jī)械操作人員、測(cè)量人員、安全員、檢測(cè)人員的工時(shí)消耗量，攤鋪縱斷面線型、壓實(shí)厚度和平整度等數(shù)據(jù)，以評(píng)價(jià)3D智能攤鋪技術(shù)與傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)在施工效率、人員投入和工程質(zhì)量等方面的差異。

3.2""施工工藝

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)體工程，對(duì)瀝青路面3D智能攤鋪施工流程進(jìn)行分析，形成標(biāo)準(zhǔn)化的施工工藝。

3.2.1""三維建模

提取施工圖紙的路面設(shè)計(jì)參數(shù)，包括縱坡、橫坡、平曲線坐標(biāo)點(diǎn)、豎曲線坐標(biāo)點(diǎn)以及高程，同時(shí)每隔10"m采集路面下承層的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，每個(gè)橫斷面至少采集2個(gè)測(cè)點(diǎn)，生成三維模型。建模完成后對(duì)模型進(jìn)行全面檢查，在確認(rèn)無誤后生成包括里程樁坐標(biāo)、施工線形、施工模型和檢查模型等施工文件，用于指導(dǎo)實(shí)際施工和質(zhì)量檢測(cè)。

3.2.2""攤鋪機(jī)改造及設(shè)備安裝

主要對(duì)攤鋪機(jī)的桅桿及棱鏡、桅桿傳感器、藍(lán)牙電臺(tái)、橫坡傳感器、主控制器、接線盒6個(gè)部分進(jìn)行改造，最終實(shí)現(xiàn)熨平板的自動(dòng)找平。

（1）桅桿及棱鏡：在桅桿頂端安裝360°棱鏡，確保無論是直線還是曲線作業(yè)，攤鋪機(jī)在移動(dòng)過程中都能夠全方位持續(xù)接收測(cè)量機(jī)器人的信號(hào)，保持高精度位置跟蹤。

（2）桅桿傳感器：安裝在桅桿基座的傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桅桿的傾斜狀態(tài)，并通過算法進(jìn)行傾斜補(bǔ)償，確保桅桿即使在不平坦的地面上也能保持穩(wěn)定姿態(tài)。

（3）藍(lán)牙電臺(tái)：將藍(lán)牙電臺(tái)安裝在攤鋪機(jī)的頂棚上，通過與測(cè)量機(jī)器人上的藍(lán)牙手柄配對(duì)，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布線，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。

（4）橫坡傳感器：安裝在熨平板上的橫坡傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熨平板的傾斜狀態(tài)和坡度值，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給主控制器，主控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)熨平板進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，確保攤鋪?zhàn)鳂I(yè)始終按照設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行。

（5）主控制器：主控制器安裝在攤鋪機(jī)便于操作的位置，施工中主控制器將預(yù)先導(dǎo)入的道路線形、縱橫坡度等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，生成平面和高程修正信息，并通過控制手柄調(diào)整熨平板的位置和角度，實(shí)現(xiàn)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的自動(dòng)化和精準(zhǔn)化。

（6）接線盒：左右兩個(gè)接線盒分別安裝在攤鋪機(jī)便于布線的位置，負(fù)責(zé)將左右桅桿傳感器收集的數(shù)據(jù)傳遞給主控制器，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2.3""智能全站儀布設(shè)

智能全站儀主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)跟蹤和測(cè)量施工過程中各關(guān)鍵點(diǎn)的位置和高度。根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行智能全站儀的布設(shè)，然后通過后方交會(huì)進(jìn)行建站，注意遠(yuǎn)離高邊坡、通車路段和施工作業(yè)面。智能全站儀與導(dǎo)線點(diǎn)的夾角宜控制在15°～165°，與棱鏡之間的距離不超過250"m，確保棱鏡與全站儀之間視線暢通。

3.2.4""施工過程控制

啟動(dòng)系統(tǒng)并確保全站儀自動(dòng)機(jī)器人、棱鏡、攤鋪機(jī)等設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，攤鋪初期的前3～5"m，采用人工與智能系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行攤鋪數(shù)據(jù)校驗(yàn)，對(duì)比實(shí)際攤鋪高程與設(shè)計(jì)值，確認(rèn)系統(tǒng)精度是否滿足工程要求[3]。攤鋪過程中，智能全站儀對(duì)攤鋪質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常或偏離預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，及時(shí)調(diào)整機(jī)器人及主控制器的參數(shù)設(shè)置。同時(shí)，根據(jù)施工進(jìn)度和現(xiàn)場(chǎng)條件，靈活安排全站儀的轉(zhuǎn)站工作，以保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2.5""攤鋪施工質(zhì)量控制

依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG"F80/1—2017），采集攤鋪路段的平整度、厚度、壓實(shí)度等關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于采用分段攤鋪的工程，每完成一段即進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，匯總分析后形成詳細(xì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告[4]。針對(duì)檢測(cè)中的質(zhì)量問題，提高檢測(cè)頻率，并采取針對(duì)性和可操作性的補(bǔ)救措施，有效解決質(zhì)量問題，恢復(fù)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的正常進(jìn)行。

3.3""應(yīng)用效果

對(duì)施工后的人工消耗、線型、厚度及平整度指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

3.3.1""人工消耗

傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)需要人工20人，3D智能攤鋪技術(shù)需要人工12人，對(duì)比發(fā)現(xiàn)3D智能攤鋪技術(shù)可節(jié)約40%的人力資源。

3.3.2""線型檢測(cè)

采用全站儀每100"m測(cè)量K58+310～K57+530段左側(cè)3D攤鋪和右側(cè)傳統(tǒng)攤鋪區(qū)域中心線的縱向坡度，結(jié)果如表1所示。

分析可知，傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)和3D攤鋪技術(shù)的縱坡度偏差均較小，數(shù)值較為穩(wěn)定。其中3D攤鋪技術(shù)的縱坡變異系數(shù)為-0.40%，而傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)的縱坡變異系數(shù)為-1.59%，說明3D攤鋪技術(shù)整體上波動(dòng)更小，均勻性更好，具備更穩(wěn)定的線型控制能力[5]。

3.3.3""厚度檢測(cè)

采用全站儀測(cè)量3D攤鋪和傳統(tǒng)攤鋪的路面高程，通過與原基層的高程對(duì)比，計(jì)算得到瀝青路面下面層的壓實(shí)厚度，并采用插值算法將點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面數(shù)據(jù)，從而生成瀝青下面層的厚度云圖，如圖2、圖3所示。

下面層SUP-25設(shè)計(jì)厚度為9.5"cm，圖中直觀展示了兩種攤鋪方式的實(shí)際效果，相比之下，3D攤鋪技術(shù)在厚度控制方面更均勻，而傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)在厚度控制上的精確度略差，局部出現(xiàn)了攤鋪過厚或過薄的情況，影響公路的使用壽命和性能。

采用鉆芯取樣法對(duì)下面層瀝青路面厚度進(jìn)行檢測(cè)，3D攤鋪技術(shù)和傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)的厚度均值分別為94.77"mm和100.02"mm，均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。但3D攤鋪的厚度變異系數(shù)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)攤鋪，說明3D攤鋪技術(shù)在厚度控制方面具有較好的一致性。

3.3.4""平整度檢測(cè)

采用連續(xù)式八輪平整度儀對(duì)3D攤鋪和傳統(tǒng)攤鋪施工效果進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2。

分析可知，3D攤鋪和傳統(tǒng)攤鋪的平整度均值分別為0.910"mm和1.138"mm，其中3D攤鋪技術(shù)的均值低于允許值1.2"mm，且最大值為1.042"mm，最小值為0.786"mm，波動(dòng)范圍更小，表明3D攤鋪技術(shù)在提高路面平整度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

4""結(jié)語

本文通過在通錫高速南通段工程中應(yīng)用3D智能攤鋪技術(shù)，集成空間信息技術(shù)、傳感器技術(shù)及自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攤鋪厚度、坡度的高精度控制，減少人為誤差的影響，確保路面質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性，為3D攤鋪技術(shù)在公路工程中的推廣應(yīng)用提供了有力依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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