淺析高速鐵路路基智能化連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)

摘要：為提高和保證路基施工質(zhì)量，同時(shí)提高壓路機(jī)工作效率，應(yīng)用智能化連續(xù)壓實(shí)技術(shù)對(duì)鐵路路基進(jìn)行連續(xù)壓實(shí)，智能壓實(shí)技術(shù)可通過壓路機(jī)碾壓過程中振動(dòng)輪加速度信號(hào)的變化規(guī)律判斷路基壓實(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)區(qū)域內(nèi)路基壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。本文結(jié)合張項(xiàng)目路基智能化連續(xù)壓實(shí)試驗(yàn)段，分析智能化連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的操作要要點(diǎn)及質(zhì)量控制要點(diǎn)，為路基智能化連續(xù)壓實(shí)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：路基;智能化;連續(xù)壓實(shí);控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：U2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在高速鐵路工程中，足夠強(qiáng)度的路基是路面道面平順穩(wěn)定的基礎(chǔ)，通常采用對(duì)路基進(jìn)行充分壓實(shí)以保證其強(qiáng)度。壓實(shí)不良的路基易產(chǎn)生滲水和不均勻沉降等現(xiàn)象，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)變形開裂，影響行駛舒適性、安全性。我國現(xiàn)行的鐵路路基施工中，主要通過試驗(yàn)段施工確定碾壓工藝，固定模式化的施工控制，導(dǎo)致路基在壓實(shí)過程中存在著施工效率低、壓實(shí)均勻性差和施工資源浪費(fèi)等問題。智能壓實(shí)技術(shù)可通過壓路機(jī)碾壓過程中振動(dòng)輪加速度信號(hào)的變化規(guī)律判斷路基壓實(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)區(qū)域內(nèi)路基壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，消除了傳統(tǒng)方式填筑施工的不良因素[1]。通過對(duì)鐵路路基智能壓實(shí)控制技術(shù)的研究，不僅有助于提高路基施工質(zhì)量和壓路機(jī)工作效率，而且對(duì)提升我國鐵路施工技術(shù)水平具有重要意義。

1路基壓實(shí)施工數(shù)字化原理

1.1儀器設(shè)備安裝及數(shù)據(jù)采集

在壓路機(jī)安裝了北斗+GPS定位系統(tǒng)，對(duì)碾壓軌跡進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，安裝了振動(dòng)傳感器，可對(duì)振動(dòng)壓實(shí)值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，具體過程如下：

（1）安裝定位系統(tǒng)，確定壓路機(jī)所處的三維位置可計(jì)算出填筑厚度、壓路機(jī)行進(jìn)速度，碾壓遍數(shù)，控制壓實(shí)過程參數(shù)。

（2）安裝壓實(shí)傳感器實(shí)時(shí)將壓實(shí)數(shù)據(jù)傳輸給駕駛室里的顯示控制器，使機(jī)手能夠通過顯示控制器掌握當(dāng)前壓實(shí)狀態(tài)，指導(dǎo)后續(xù)壓實(shí)施工，提高壓實(shí)效率。

（3）壓式傳感器實(shí)時(shí)，全面采集壓實(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)，碾壓過程同步完成壓實(shí)質(zhì)量檢測，減少壓實(shí)檢測時(shí)間，提高壓實(shí)質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確性。

1.2計(jì)量設(shè)備校準(zhǔn)

為了保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，振動(dòng)傳感器的動(dòng)態(tài)性能應(yīng)穩(wěn)定，線性范圍為振動(dòng)幅值在5～100時(shí)的相對(duì)誤差應(yīng)不大于0.5%，振動(dòng)頻率在5～120Hz時(shí)的相對(duì)誤差應(yīng)不大于0.5%[2]。根據(jù)以上要求對(duì)振動(dòng)傳感器進(jìn)行校核工作，振動(dòng)傳感器的振動(dòng)幅值特性和振動(dòng)頻率特性的檢驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行：

（1）采用符合要求的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，將振動(dòng)傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，開啟量測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

（2）將振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率調(diào)整到5Hz，然后將振動(dòng)幅值從5開始，按照級(jí)差為5的幅度進(jìn)行逐級(jí)調(diào)整至100，觀測振動(dòng)傳感器屏幕上顯示的實(shí)際振動(dòng)幅值輸出，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，其相對(duì)誤差應(yīng)符合要求。

（3）調(diào)整振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率，調(diào)整幅度為5Hz，然后重復(fù)此步驟，直至調(diào)整到振動(dòng)頻率為120Hz，其實(shí)際振動(dòng)幅值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差應(yīng)符合要求。

（4）將振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)幅值調(diào)整到5，然后將振動(dòng)頻率從5Hz開始，按照級(jí)差為5Hz的幅度進(jìn)行逐級(jí)調(diào)整至120Hz，觀測量測設(shè)備屏幕上顯示的實(shí)際振動(dòng)頻率輸出，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，其相對(duì)誤差應(yīng)符合要求.

（5）調(diào)整振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)幅值，調(diào)整幅度為5m/s2幅值，然后重復(fù)（ 2）步驟，直至調(diào)整到振動(dòng)幅值為100m/s2，其實(shí)際振動(dòng)頻率與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差應(yīng)符合要求。

2智能化連續(xù)壓實(shí)操作要點(diǎn)

2.1完成數(shù)字化設(shè)備加裝、基站建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)布設(shè)

依據(jù)設(shè)計(jì)資料，將線路參數(shù)，里程、高程、輸入系統(tǒng)，架設(shè)基站、在壓路機(jī)上安裝定位系統(tǒng)和壓實(shí)傳感器。

2.2試驗(yàn)段設(shè)置

為確定路基壓實(shí)數(shù)字化施工的準(zhǔn)確性，設(shè)置試驗(yàn)段，開展數(shù)字化施工前的校正工作。

2.3壓實(shí)質(zhì)量的檢測對(duì)比

開展K30、孔隙率、Evd、Geogauge的檢測，與連續(xù)壓實(shí)質(zhì)量檢測指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

2.4壓路機(jī)定位系統(tǒng)與工作參數(shù)

對(duì)數(shù)字化設(shè)備采集的定位參數(shù)與RTK參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確定數(shù)字化的工作精度。

2.5壓實(shí)質(zhì)量檢測敏感性

為確定路基壓實(shí)數(shù)字化施工的準(zhǔn)確性，設(shè)置試驗(yàn)段，開展數(shù)字化施工前的校正工作。

2.6路基壓實(shí)數(shù)字化施工的應(yīng)用

過程參數(shù)控制在駕駛室的直觀顯示，指導(dǎo)機(jī)手現(xiàn)場操作

同時(shí)詳細(xì)數(shù)據(jù)閱讀器可以任意抽取點(diǎn)來查看壓實(shí)過程中的控制參數(shù)：碾壓遍數(shù)、碾壓速度，填筑厚度。

3質(zhì)量控制要點(diǎn)

為確保路基填筑質(zhì)量、為后續(xù)大面積施工提供可靠的資料和相應(yīng)的施工參數(shù)、避免盲目施工給工程帶來的損失，路基填筑施工前需要選擇一段有代表性的路基段進(jìn)行路基工藝性試驗(yàn)。針對(duì)不同的填料、不同的路基填筑部位、不同的壓實(shí)機(jī)具，確定合理的松鋪厚度、壓實(shí)遍數(shù)、含水率等施工工藝參數(shù)。因此，根據(jù)施工過程與試驗(yàn)?zāi)康男再|(zhì)，可以把路基填筑質(zhì)量控制關(guān)鍵因素分為3類 ：

（1）填料因素。包括填料類型、含水率等填料性質(zhì)因素的控制。填料控制通過在填料生產(chǎn)、運(yùn)輸、填筑現(xiàn)場的控制來穩(wěn)定填料性質(zhì)。

（2）填筑幾何因素。包括填筑松鋪厚度，表面橫坡、縱坡和平整度等幾何尺寸的控制。填筑幾何控制通過在填料鋪設(shè)過程中穩(wěn)定填筑體的幾何尺寸，確保后續(xù)碾壓過程能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的壓實(shí)效果。

（3）碾壓因素。包括振動(dòng)碾壓質(zhì)量、碾壓路徑，碾壓遍數(shù)，強(qiáng)、弱振分布等碾壓方式的控制。碾壓控制通過在碾壓過程中確保壓路機(jī)按實(shí)際工藝要求進(jìn)行碾壓，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的壓實(shí)效果。

4結(jié)語

本文主要闡述了路基智能化連續(xù)壓實(shí)的工作原理，同時(shí)以在施項(xiàng)目分析智能化連續(xù)壓實(shí)分析其主要操作要點(diǎn)及質(zhì)量控制要點(diǎn)。通過試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)智能化連續(xù)壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路路基壓實(shí)具有以下優(yōu)勢：第一，實(shí)時(shí)過程檢測控制，避免超壓和漏壓，提高壓實(shí)質(zhì)量;第二，邊施工邊檢測，提高施工效率，且支持夜間作業(yè)，提升項(xiàng)目利潤;第三，發(fā)現(xiàn)問題能夠及時(shí)界定問題區(qū)域，節(jié)省施工成本，減少浪費(fèi);第四，節(jié)約試驗(yàn)檢測、檢測人員和操作人員的人力成本;第五，根據(jù)特征曲線可以確定缺陷類型、位置和范圍，科學(xué)指導(dǎo)施工;第六，通過云平臺(tái)，可實(shí)時(shí)對(duì)各作業(yè)隊(duì)碾壓質(zhì)量情況進(jìn)行遠(yuǎn)程查看管理。隨著理論研究的深化、測試技術(shù)的進(jìn)步以及高級(jí)智能壓實(shí)設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，智能化連續(xù)壓實(shí)技術(shù)對(duì)于鐵路路基施工將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

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作者簡介：孔德勛（1984-），男，高級(jí)工程師，工學(xué)本科。主要從事鐵路工程施工技術(shù)。