梁家心

文章總結(jié)了3D測(cè)量控制技術(shù)在高速公路瀝青路面攤鋪中應(yīng)用的原理和控制要點(diǎn)，提出采用路面瀝青攤鋪3D測(cè)量控制技術(shù)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(cè)量控制技術(shù);攤鋪

U415.6-A-09-027-3

0?引言

近年來(lái)隨著我國(guó)交通事業(yè)的投入加大，高速公路建設(shè)取得了很大的發(fā)展，對(duì)高速公路路面平整度的要求也越來(lái)越高，以保證行車的安全性和舒適性。瀝青路面攤鋪是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的過(guò)程，施工過(guò)程和施工管理極為復(fù)雜，如何應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段提高施工質(zhì)量、效率是所有建設(shè)者們共同追求的目標(biāo)。數(shù)字化的施工與管理是大型建設(shè)工程現(xiàn)代化的需要，也是數(shù)字化時(shí)代的必然趨勢(shì)，數(shù)字化施工受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外施工單位的青睞。徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)無(wú)須放樣、打樁、掛線等復(fù)雜繁重的操作，可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)的攤鋪高度、坡度和攤鋪方向的控制，達(dá)到簡(jiǎn)單、快速、精準(zhǔn)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(kuò)建工程№8合同段路面施工起點(diǎn)樁號(hào)為K1324+500，終點(diǎn)樁號(hào)為K1379+500，路段全長(zhǎng)55 km。瀝青路面結(jié)構(gòu)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(yáng)朔至鹿寨高速公路工程№.TJ2標(biāo)段，起點(diǎn)里程樁號(hào)為K30+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K94+167.382，主線全長(zhǎng)56.567 km。主線瀝青路面結(jié)構(gòu)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(xì)粒式改性瀝青混凝土表面層。這兩個(gè)項(xiàng)目均采用徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)測(cè)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(cè)量機(jī)器人可以實(shí)時(shí)獲取機(jī)器所處的位置、高度和坡度等信息，并將這些信息和設(shè)計(jì)的攤鋪數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，然后將對(duì)比差值傳送給機(jī)器的液壓系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)的攤鋪高度、坡度和攤鋪方向的控制。Leica PaveSmart 3D數(shù)字化攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)主要由Robot61全站儀基準(zhǔn)站和攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)工作時(shí)，架設(shè)在控制點(diǎn)上的機(jī)械控制全站儀將捕獲安裝在攤鋪機(jī)桅桿上的360°棱鏡的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)攤鋪機(jī)系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)實(shí)時(shí)將棱鏡坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送到攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)的MPC1310控制箱中，控制箱將獲得的當(dāng)前坐標(biāo)信息與設(shè)計(jì)卡中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，生成相應(yīng)的高程修正信息并傳遞至攤鋪機(jī)左右兩側(cè)邊控箱，再由邊控箱對(duì)應(yīng)生成相應(yīng)的比例驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)液壓閥驅(qū)動(dòng)攤鋪機(jī)牽引臂液壓油缸使熨平板進(jìn)行相應(yīng)方向的調(diào)整和修正，從而使攤鋪道面產(chǎn)生坡度和高程變化，彌補(bǔ)路面波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所要求的路面平整度。在具體施工過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)道面攤鋪的精確控制要求，另一臺(tái)測(cè)量全站儀一直處于監(jiān)測(cè)道面攤鋪狀況，真正實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控施工，滿足攤鋪設(shè)計(jì)要求。

每套Leica PaveSmart 3D攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)建議配置三臺(tái)Robot61全站儀，其中兩臺(tái)機(jī)械控制全站儀主要用于引導(dǎo)PaveSmart 3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工，另外一臺(tái)測(cè)量全站儀用于實(shí)時(shí)檢測(cè)已攤鋪面與設(shè)計(jì)面偏移量和攤鋪過(guò)程中的“蛙跳”。3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)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?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)車載設(shè)備主要包括1臺(tái)主控制器、2臺(tái)控制手柄、兩個(gè)360°棱鏡、1個(gè)橫坡傳感器、2臺(tái)車載電臺(tái)、兩個(gè)接線盒以及連接線纜等（見(jiàn)圖1）。

2.1?攤鋪數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作主要是將傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)部門提供的施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙進(jìn)行三維數(shù)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(shè)計(jì)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化成機(jī)械設(shè)備、測(cè)量設(shè)備能夠自動(dòng)識(shí)別的三維電子設(shè)計(jì)圖。Leica iCON Office Software軟件很好地解決了二維設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成三維數(shù)字模型這一難題。

2.2?施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

具體施工前正確連接PaveSmart 3D控制系統(tǒng)各個(gè)元部件，設(shè)置施工表面相對(duì)于設(shè)計(jì)表面的正確偏移量，作為引導(dǎo)基準(zhǔn)的全站儀追蹤到360°棱鏡后系統(tǒng)即可在手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行施工。由于系統(tǒng)采用高程+坡度控制，所以當(dāng)攤鋪機(jī)在填筑表面左右高程滿足設(shè)計(jì)要求并穩(wěn)定后需要對(duì)系統(tǒng)的高程和橫坡傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后系統(tǒng)開始在自動(dòng)模式的狀態(tài)下進(jìn)行攤鋪工作，在施工過(guò)程中通過(guò)微調(diào)控制器左右兩側(cè)上升下降按鈕的偏移量來(lái)滿足攤鋪表面左右高程要求。

3?徠卡3D攤鋪施工控制要點(diǎn)

具體施工時(shí)選擇合適位置架設(shè)好左右兩臺(tái)全站儀，最好采取一前一后的布局，這樣可以避免兩臺(tái)全站儀同時(shí)搬站，而且第三臺(tái)全站儀可以交替搬站。由于每臺(tái)全站儀在自動(dòng)跟蹤模式下精度會(huì)有所降低，所以推薦在半徑150 m范圍內(nèi)作業(yè)，精度滿足要求，這樣每臺(tái)全站儀控制300 m距離后需要進(jìn)行搬站作業(yè)。如果有備用全站儀，在搬站過(guò)程中需要先將備用全站儀自動(dòng)跟蹤到需要換站一側(cè)的棱鏡上，在車載電腦上點(diǎn)擊切換按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將新站作為控制站進(jìn)行不間斷作業(yè)。若沒(méi)有備用全站儀，在搬站過(guò)程中攤鋪機(jī)需要停下等待搬站完成并且數(shù)據(jù)傳輸無(wú)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(jī)各儀器和部件是否工作正常，提前預(yù)熱熨平板。攤鋪機(jī)在正常攤鋪過(guò)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(shí)候才可以適當(dāng)增加速度。調(diào)高速度的時(shí)候要注意同時(shí)調(diào)高夯錘和震動(dòng)的頻率，但最大行走速度不能超過(guò)3.5 m/min。攤鋪機(jī)攤鋪過(guò)程中，不能隨意待機(jī)，要保證攤鋪的連續(xù)性，特殊情況除外。攤鋪過(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確，感應(yīng)器要注意觀察不能誤操作，攤鋪機(jī)盡量不停機(jī)，料車不能沖撞攤鋪機(jī)，攤鋪機(jī)過(guò)橋梁隧道時(shí)要放慢速度。

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

（3）結(jié)構(gòu)物過(guò)渡段無(wú)論是哪個(gè)結(jié)構(gòu)層都要拉導(dǎo)線或者墊找平儀探頭，如果結(jié)構(gòu)物高差比較大或者路面起伏比較大可以提前鋪一層調(diào)平層。

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

（5）現(xiàn)場(chǎng)管理人員必須要熟悉每臺(tái)設(shè)備的性能，每臺(tái)攤鋪機(jī)起步時(shí)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(jī)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(bǔ)”的原則進(jìn)行處理。

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

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

陽(yáng)朔至鹿寨高速公路工程№.TJ2標(biāo)段施工設(shè)備及參數(shù)如表1所示。

4?徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)應(yīng)用效益

利用Leica 3D攤鋪控制系統(tǒng)攤鋪，采用全站儀引導(dǎo)進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)字化施工作業(yè)，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為施工數(shù)據(jù)，無(wú)需放樣、載樁、掛線等工作，簡(jiǎn)化施工流程，節(jié)省人力成本，在確保攤鋪標(biāo)高的同時(shí)兼顧了攤鋪面的平順性和平整度。同時(shí)，有效控制層厚，可以節(jié)省材料，減少不必要的材料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)施工中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)變坡施工等技術(shù)問(wèn)題，使復(fù)雜的攤鋪施工簡(jiǎn)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(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)技術(shù)在柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程和陽(yáng)朔至鹿寨高速公路工程瀝青路面攤鋪的應(yīng)用，總結(jié)3D攤鋪控制系統(tǒng)在山區(qū)高速公路施工中的控制要點(diǎn)，從而達(dá)到提高高等級(jí)瀝青路面平整度，提高行車安全和舒適性的目的，同時(shí)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(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D50-2017，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG F80-2017，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（第一冊(cè)?土建工程）[S].