連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在鐵路路基填筑中的應(yīng)用

楊維威

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100161）

連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)在鐵路路基填筑中的應(yīng)用

楊維威

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100161）

結(jié)合壓路機(jī)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的工藝原理，以實(shí)際工程為例，在鐵路路基填筑施工中采用壓路機(jī)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)對(duì)路基的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行過(guò)程控制。通過(guò)對(duì)應(yīng)用效果的總結(jié)和分析后認(rèn)為，連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)可以取得連續(xù)良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，可在類(lèi)似工程中推廣。

壓路機(jī)；連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)；過(guò)程控制；鐵路路基

0 引 言

由中鐵十九局集團(tuán)有限公司承建的新建蘭新鐵路第二雙線(xiàn)甘青段LXS－15標(biāo)DK884＋200.6～DK899＋077.6段，正線(xiàn)長(zhǎng)度為14.877km，其中路基長(zhǎng)度為13.76km，占正線(xiàn)線(xiàn)路長(zhǎng)度的92.1%。線(xiàn)路主要以路基形式通過(guò)戈壁荒漠區(qū)，途經(jīng)少量農(nóng)田、林地，地表為第四系松散沉積層覆蓋，工程地質(zhì)主要為細(xì)圓礫土。在路基填筑施工中，通過(guò)運(yùn)用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)作為輔助檢查控制手段，并與路基常規(guī)檢測(cè)手段一起，對(duì)路基施工質(zhì)量進(jìn)行過(guò)程控制，不但提高了路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性，而且減少了路基沉降量。

1 連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的原理

路基壓實(shí)施工時(shí)，安裝在壓路機(jī)上的連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行（圖1）。架設(shè)在控制點(diǎn)上的GPS基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)向壓路機(jī)上的GPS接收機(jī)發(fā)送差分信號(hào)，安裝在振動(dòng)壓路機(jī)頂部的GPS接收機(jī)和無(wú)線(xiàn)電接收器［1］接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和基站發(fā)送的差分信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位。裝在壓路機(jī)振動(dòng)輪上的壓實(shí)傳感器將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓實(shí)材料反彈力［2］。監(jiān)控系統(tǒng)將以圖形、數(shù)值和聲音信號(hào)等多種方式顯示CMV值（壓實(shí)測(cè)量值）、碾壓遍數(shù)、碾壓厚度、行進(jìn)方向和速度等信息，并傳輸給安裝在駕駛室里的顯示控制器，操作手根據(jù)顯示控制器上所反饋的信息，對(duì)路基壓實(shí)進(jìn)行過(guò)程控制，保證施工壓實(shí)質(zhì)量，見(jiàn)圖2。

2 路基填筑連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)施工

2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)總體施工方案，編制各項(xiàng)管理制度，成立以技術(shù)室為中心的壓實(shí)質(zhì)量過(guò)程控制小組，并對(duì)施工技術(shù)人員及操作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。檢查、安裝、調(diào)試施工設(shè)備，保證施工順利安全進(jìn)行。

2.1.1 材料與設(shè)備

采用連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)進(jìn)行路基施工時(shí)，采用的相關(guān)設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 機(jī)具設(shè)備配置

2.1.2 勞動(dòng)力組織

勞動(dòng)力組織情況見(jiàn)表2。

2.2 填料試驗(yàn)及控制

為保證現(xiàn)場(chǎng)施工壓實(shí)質(zhì)量，施工前應(yīng)對(duì)路基填料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，主要包括填料的物理性能檢測(cè)、粒徑控制及含水量三方面。各取土場(chǎng)填料試驗(yàn)成果詳見(jiàn)表3。

表2 勞動(dòng)力組織情況

表3 取土場(chǎng)填料試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

2.3 目標(biāo)CMV取值

由于填料類(lèi)別、含水量及壓路機(jī)型號(hào)等因素影響，導(dǎo)致連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)采集的平均CMV值均不同，因此必須有針對(duì)性的按照填料類(lèi)別及壓路機(jī)的規(guī)格確定不同的目標(biāo)CMV值。根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)，應(yīng)該在壓路機(jī)型號(hào)固定的情況下，對(duì)3個(gè)取土場(chǎng)的填料類(lèi)型進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，確定與之對(duì)應(yīng)的目標(biāo)CMV值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 取土場(chǎng)填料對(duì)應(yīng)的目標(biāo)CMV值成果匯總

2.4 連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制工藝流程

連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制工藝流程如圖3所示，壓實(shí)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及壓實(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)顯示界面如圖4、5所示。

2.5 工藝參數(shù)控制

2.5.1 碾壓厚度

（1）放線(xiàn)測(cè)量，根據(jù)松鋪厚度、填筑范圍及運(yùn)輸車(chē)輛裝載量劃出石灰網(wǎng)格，并打樁掛線(xiàn)。

（2）根據(jù)相同填料與工藝試驗(yàn)確定的參數(shù)，在系統(tǒng)中設(shè)定填筑厚度（虛鋪厚度0.35m）。實(shí)際平均填筑厚度是系統(tǒng)根據(jù)兩填層每個(gè)位置的高程變化計(jì)算出的實(shí)際填筑厚度平均值［3］，故在第1層的數(shù)據(jù)采集中，填筑厚度是不存在的。

（3）最大、最小填筑厚度為系統(tǒng)根據(jù)兩填層每個(gè)位置的高程變化計(jì)算出來(lái)的最大和最小填筑厚度值。由于在實(shí)際施工中無(wú)法做到兩層的平面位置完全對(duì)應(yīng)，以及作業(yè)面的平整度不夠，因此會(huì)出現(xiàn)最大（最?。┨钪穸瘸^(guò)設(shè)定厚度的情況。

2.5.2 碾壓遍數(shù)

（1）碾壓遍數(shù)根據(jù)GPS定位獲得，壓路機(jī)在作業(yè)區(qū)域碾壓，每次通過(guò)同一位置，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將碾壓遍數(shù)累計(jì)［4］。系統(tǒng)運(yùn)行前，應(yīng)根據(jù)同填料的填筑工藝試驗(yàn)成果所確定的參數(shù)在系統(tǒng)中進(jìn)行碾壓組合方式設(shè)定（設(shè)定碾壓遍數(shù)時(shí)應(yīng)注意：常規(guī)碾壓1個(gè)往返為1遍，而在連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)中則為2遍）。

（2）實(shí)際平均遍數(shù)是作業(yè)區(qū)域遍數(shù)的平均值，它是系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)位置的通過(guò)遍數(shù)計(jì)算的平均值；而打印報(bào)告中的數(shù)值帶有小數(shù)是因?yàn)閴郝窓C(jī)通過(guò)碾壓區(qū)域時(shí)，存在搭接而自動(dòng)計(jì)算生成的。

（3）壓實(shí)檢測(cè)報(bào)告中［5］對(duì)碾壓遍數(shù)有著詳細(xì)的說(shuō)明，該部分內(nèi)容能夠總結(jié)實(shí)際平均碾壓遍數(shù)和碾壓遍數(shù)百分比統(tǒng)計(jì)情況。碾壓遍數(shù)百分比是系統(tǒng)按照作業(yè)區(qū)域不同位置、不同碾壓遍數(shù)進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，與該段路基同填料的工藝試驗(yàn)所確定的碾壓遍數(shù)相對(duì)應(yīng)。

（4）為直觀反映整個(gè)路基表面的碾壓遍數(shù)，系統(tǒng)可自動(dòng)生成壓實(shí)遍數(shù)平面視圖［6］，操作手可通過(guò)顯示屏界面簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確地獲取碾壓信息。

2.5.3 碾壓速度

根據(jù)工藝試驗(yàn)總結(jié)的碾壓速度為3～5km·h－1，在現(xiàn)場(chǎng)碾壓時(shí)，機(jī)手可以根據(jù)壓路機(jī)自身的速度表盤(pán)，將速度粗略控制在工藝參數(shù)左右。當(dāng)安裝智能壓實(shí)系統(tǒng)后，操作手就可以根據(jù)系統(tǒng)控制箱中顯示的電子數(shù)值速度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制［7］。

2.6 路基填筑連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制

2.6.1 同一作業(yè)面多臺(tái)壓路機(jī)同時(shí)作業(yè)

（1）每層填筑，每臺(tái)壓路機(jī)必須在固定的區(qū)域進(jìn)行碾壓。例如某一作業(yè)面有2臺(tái)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，那么可以將路基分為左、右半幅用2臺(tái)壓路機(jī)分別進(jìn)行碾壓。如果是3臺(tái)壓路機(jī)，則應(yīng)將路基分為左、中、右3幅，以此類(lèi)推。只有這樣，分層填筑的厚度才會(huì)準(zhǔn)確體現(xiàn)在報(bào)告中，否則會(huì)出現(xiàn)報(bào)告中填筑厚度過(guò)大或者無(wú)厚度數(shù)據(jù)的情況。

（2）在每層填料碾壓的過(guò)程中，壓路機(jī)不能交替碾壓。例如，甲壓路機(jī)碾壓左半幅要從第一遍一直壓到最后一遍，這樣在報(bào)告中碾壓遍數(shù)才能達(dá)到要求，不能用甲壓路機(jī)壓幾遍然后改用乙壓路機(jī)碾壓。

（3）在實(shí)際碾壓過(guò)程中，必須保證全程打開(kāi)智能壓實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。壓路機(jī)換輪跡時(shí)要將繪圖關(guān)閉，換完后再將繪圖打開(kāi)，否則系統(tǒng)會(huì)將換輪跡時(shí)倒車(chē)部分也計(jì)算在報(bào)告中，這樣會(huì)造成報(bào)告中出現(xiàn)碾壓遍數(shù)不夠的區(qū)域［8］。

（4）每一層每一區(qū)段碾壓完成后，要打印現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告，并上交監(jiān)理簽字，待監(jiān)理簽字確認(rèn)后，將地圖重置，然后進(jìn)行下一區(qū)段或者下一層碾壓。如果不重置地圖，系統(tǒng)會(huì)將之前的數(shù)據(jù)一并計(jì)算在報(bào)告中，這樣就無(wú)法真實(shí)地反應(yīng)每層、每段的實(shí)際碾壓情況。同一作業(yè)面有幾臺(tái)壓路機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)，需要將所有壓路機(jī)的打印報(bào)告上交。

2.6.2 同一臺(tái)壓路機(jī)在幾個(gè)作業(yè)面作業(yè)

（1）壓路機(jī)在第一個(gè)作業(yè)面完成規(guī)定區(qū)域某一層碾壓作業(yè)后，打印出現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告并交給監(jiān)理簽字，報(bào)告通過(guò)后，將地圖重置，再到另一個(gè)作業(yè)面進(jìn)行碾壓。

（2）如果此壓路機(jī)在另一作業(yè)面前一層的規(guī)定區(qū)域有碾壓數(shù)據(jù)，可以直接進(jìn)行碾壓，如果沒(méi)有前一層的數(shù)據(jù)，則在填料前壓路機(jī)需要在路基上靜壓1遍獲取前一層上表面高程信息，以保證作業(yè)完成后現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性［9］。如果未集高程信息，打印出的報(bào)告中填筑厚度會(huì)沒(méi)有數(shù)據(jù)或者不準(zhǔn)確。

（3）如果此壓路機(jī)在第一作業(yè)面的碾壓工作還沒(méi)有完成，但需要臨時(shí)到另一個(gè)作業(yè)面進(jìn)行碾壓，則應(yīng)先將在第一個(gè)作業(yè)面的工作打印出一份報(bào)告，然后將地圖重置，等回到第一個(gè)作業(yè)面完成了之前未完成的作業(yè)后，再打印出剩下的2份報(bào)告，最后將2份報(bào)告合并上交給監(jiān)理。

（4）壓路機(jī)在轉(zhuǎn)換作業(yè)面的時(shí)候一定要將繪圖關(guān)閉（或者直接將系統(tǒng)關(guān)閉），否則壓路機(jī)在施工便道上行駛的位置也會(huì)被記錄下來(lái)，從而影響報(bào)告的準(zhǔn)確性。

2.7 采集數(shù)據(jù)分析

2.7.1 正常環(huán)境條件下路基填筑壓實(shí)數(shù)據(jù)分析

以DK895＋600～DK895＋700區(qū)間路基內(nèi)基床底層以下路基填筑為例，采用18t壓路機(jī)，填料取自2＃取土場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)K30、壓實(shí)度檢測(cè)如圖6、7所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

通過(guò)表5可以看出，在常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，平均CMV值也均滿(mǎn)足預(yù)設(shè)的目標(biāo)值，碾壓系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告可以作為路基填筑過(guò)程控制的參考。

表5 DK895＋600～DK895＋700段基床底層以下路基壓實(shí)數(shù)據(jù)

2.7.2 非正常環(huán)境條件下路基填筑壓實(shí)數(shù)據(jù)分析

以DK895＋450～DK895＋550區(qū)間路基內(nèi)基床底層以下路基填筑為例，采用18t壓路機(jī)，填料取自2＃取土場(chǎng)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

通過(guò)表6可以看出，平均CMV值均滿(mǎn)足預(yù)設(shè)的目標(biāo)值，但常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目部分卻不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)分析，主要原因有：一是填料在卸車(chē)時(shí)出現(xiàn)離析，碾壓前未及時(shí)進(jìn)行處理；二是推土機(jī)司機(jī)操作不熟練，導(dǎo)致局部填料厚度超標(biāo)；三是填料悶水措施不到位，導(dǎo)致填料未達(dá)到最佳含水量。

2.7.3 路基填筑連續(xù)壓實(shí)檢測(cè)報(bào)告

檢測(cè)報(bào)告中最重要的部分為壓實(shí)度CMV，該部分內(nèi)容能夠在一定程度上反映壓實(shí)度狀況。報(bào)告的結(jié)果主要包括：實(shí)際平均填筑厚度、實(shí)際平均碾壓遍數(shù)、目標(biāo)CMV、平均CMV、CMV百分比及薄弱區(qū)域的位置和碾壓遍數(shù)較弱點(diǎn)，如圖8、9所示。

表6 DK895＋450～DK895＋550段基床底層以下路基壓實(shí)數(shù)據(jù)

3 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

新建蘭新鐵路第二雙線(xiàn)工程路基各部位的檢測(cè)和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)符合《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10751—2010）［10］。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）提高了作業(yè)質(zhì)量和工作效率，降低了施工成本。

（2）減少了人為因素，消除了機(jī)手的疲勞度對(duì)施工質(zhì)量的影響。

（3）實(shí)現(xiàn)了碾壓質(zhì)量過(guò)程控制，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全程范圍內(nèi)的壓實(shí)點(diǎn)和材料，及時(shí)找到不合格區(qū)域，避免常規(guī)檢測(cè)僅反映檢測(cè)點(diǎn)壓實(shí)質(zhì)量的現(xiàn)象。

（4）可將施工數(shù)據(jù)完整存檔，現(xiàn)場(chǎng)生成報(bào)告，便于事后分析和數(shù)據(jù)處理［9］。

4.2 缺點(diǎn)

（1）路基附近有高壓線(xiàn)，GPS信號(hào)會(huì)在天氣、障礙物以及外界無(wú)線(xiàn)信號(hào)的干擾下，出現(xiàn)信號(hào)傳輸不連續(xù)，致使數(shù)據(jù)出現(xiàn)斷檔、不完整的現(xiàn)象。

（2）各臺(tái)壓路機(jī)的數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)共享，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告中的相關(guān)數(shù)據(jù)采集無(wú)法連續(xù)及合并，調(diào)配不靈活［11］。

4.3 建議

（1）加快和改善中國(guó)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為連續(xù)壓實(shí)過(guò)程控制技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造更好的條件，實(shí)現(xiàn)單機(jī)智能作業(yè)、定點(diǎn)控制、機(jī)群智能化及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化施工作業(yè)。

（2）根據(jù)連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的施工原理，針對(duì)目標(biāo)CMV的取值受填料類(lèi)別、含水量，碾壓設(shè)備功率、行進(jìn)速度等諸多因素影響而具有不確定的特點(diǎn)，施工前必須通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)進(jìn)行推斷驗(yàn)證，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)研究，讓目標(biāo)CMV的取值形成一套切實(shí)可行的應(yīng)用規(guī)范。

5 結(jié) 語(yǔ)

壓路機(jī)連續(xù)壓實(shí)控制施工技術(shù)把網(wǎng)絡(luò)傳輸、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）與傳統(tǒng)機(jī)械制造融匯在一起，最大效能地發(fā)揮了各項(xiàng)技術(shù)的功能和效益。它應(yīng)用先進(jìn)的智能化、信息化路基壓實(shí)與檢測(cè)設(shè)備，將路基填筑壓實(shí)、路基動(dòng)態(tài)連續(xù)同步檢測(cè)技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了路基填筑壓實(shí)施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)路基壓實(shí)檢測(cè)一點(diǎn)不漏、全面積覆蓋的全過(guò)程質(zhì)量控制，可確保路基填筑壓實(shí)的整體質(zhì)量及其均勻性，避免由于填筑壓實(shí)質(zhì)量不均勻造成的路基不均勻沉降。該技術(shù)有利于縮短施工工期，提高工程安全和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益共贏，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］吳 梁，曹源文，寧甲琳.無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)在壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.壓實(shí)機(jī)械與施工技術(shù)，2006（10）：54－56.

［2］范小彬，馬 偉，杜發(fā)榮，等.連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)及壓實(shí)度計(jì)在振動(dòng)壓路機(jī)上的應(yīng)用［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2003，20（5）：39－41.

［3］管會(huì)生，陸建新.BOMAG壓路機(jī)機(jī)載壓實(shí)控制系統(tǒng)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007，24（2）：52－55.

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［5］路 晶，郭 濤.寶馬振動(dòng)壓路機(jī)智能壓實(shí)控制系統(tǒng)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，23（7）：51－53.

［6］張潤(rùn)利，張俊杰，李熙山，等.振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)度連續(xù)檢測(cè)儀［J］.工程機(jī)械，2001（8）：4－6.

［7］趙志欣.智能型雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在路面施工中的使用優(yōu)勢(shì)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2009，26（3）：45－47.

［8］劉 偉.壓路機(jī)CCS900智能壓實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用探討［J］.鐵道建筑技術(shù)，2011（3）：65－68.

［9］孫亞文，騰漢茹.基于沉降率的填石路基壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（7）：54－56.

［10］TB 10751—2010，高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［11］張曉波，徐伯青.壓實(shí)均勻性的影響因素及其評(píng)價(jià)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（7）：60－63.

Application of Continuous Compaction Control Technology in Filling of Railway Subgrade

YANG Wei－wei
（China Railway Nineteen Bureau Group Mining Investment Co.Ltd.，Beijing 100161，China）

Combined with the working principle of roller's continuous compaction control technology and actual projects，the technology was applied to carry out the construction process control of railway subgrade filling.In terms of the analysis of application effect，the continuous compaction control technology is of favorable social and economic benefits and could be popularized in similar projects.

compaction；continuous compaction control technology；process control；railway subgrade

U416.04

B

1000－033X（2013）011－0071－05

2013－04－08

杜衛(wèi)華］