瀝青路面無(wú)人化攤鋪施工技術(shù)應(yīng)用

邱海兵　盧繼乾　李波

摘要 高速公路瀝青路面施工質(zhì)量關(guān)系到通車運(yùn)行的安全性和舒適性。目前瀝青路面壓實(shí)施工主要依靠人工駕駛壓路機(jī)進(jìn)行作業(yè)，受限于瀝青路面施工練習(xí)作業(yè)、夜間施工以及駕駛員本身的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，壓實(shí)質(zhì)量波動(dòng)較大。采用先進(jìn)無(wú)人化攤鋪碾壓技術(shù)可以有效避免壓實(shí)質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，同時(shí)可以提高瀝青路面施工作業(yè)效率，減少資源投入，提升經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；無(wú)人化；攤鋪技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào) U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）24-0138-03

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高速公路建設(shè)行業(yè)由傳統(tǒng)作業(yè)方式逐漸向智能化、信息化、無(wú)人化方向轉(zhuǎn)變，也是建設(shè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。新技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用有助于提升工程建設(shè)管理精細(xì)化水平，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝落實(shí)，為高速公路建設(shè)降本增效發(fā)揮重要作用。該文主要介紹瀝青路面無(wú)人化攤鋪施工技術(shù)的系統(tǒng)組成和技術(shù)要點(diǎn)及成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

1 無(wú)人化攤鋪技術(shù)

1.1 目前狀況

以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)70年代開始無(wú)人駕駛汽車的研究，我國(guó)無(wú)人駕駛汽車的研究起步較晚一些。整體來(lái)說，工程機(jī)械無(wú)人化借鑒了汽車無(wú)人化研究的經(jīng)驗(yàn)和形成的元器件，針對(duì)工程機(jī)械的無(wú)人化應(yīng)用還在試點(diǎn)和推廣過程中。

國(guó)內(nèi)多個(gè)機(jī)構(gòu)和公司都已陸續(xù)推出了無(wú)人化作業(yè)的振動(dòng)碾壓機(jī)，目前處于研發(fā)測(cè)試、試點(diǎn)應(yīng)用階段。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）施工安全方面。安全是工地重中之重，無(wú)人駕駛采取多套安全措施提高了現(xiàn)場(chǎng)施工安全性，減少了施工區(qū)域人員數(shù)量，有效保證了施工區(qū)域安全，避免了由于人為原因?qū)е碌陌踩鹿拾l(fā)生。

（2）施工質(zhì)量方面。無(wú)人駕駛通過北斗高精度定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工碾壓軌跡的精準(zhǔn)控制，保證了道路施工的一致性，有效地避免了人為往復(fù)操作施工過程中常出現(xiàn)的漏壓、過壓、欠壓、超速等問題，保證了施工質(zhì)量，避免由于人為操作水平不一致導(dǎo)致的碾壓質(zhì)量問題和返工。

（3）施工效率方面。無(wú)人化可實(shí)現(xiàn)攤鋪速度與碾壓速度最優(yōu)匹配，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷作業(yè)，有效地解決由于人員等問題導(dǎo)致的工期問題，施工效率提高了1/4～1/3。

（4）工程效益方面。無(wú)人駕駛通過準(zhǔn)確計(jì)算、精準(zhǔn)控制、人員優(yōu)化等手段，有效地節(jié)省了空調(diào)、設(shè)備啟停油耗，節(jié)省了操作人員成本，節(jié)省了操作人員職業(yè)健康支出，有效控制攤鋪精度，避免了人為操作導(dǎo)致的返工支出和材料浪費(fèi)支出。

1.3 無(wú)人化施工系統(tǒng)

整個(gè)無(wú)人機(jī)群控制主要從傳感系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、機(jī)群路徑規(guī)劃與決策系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等五個(gè)方面入手，涉及硬件安裝測(cè)試和算法程序開發(fā)，無(wú)人化施工系統(tǒng)詳見圖1。

1.4 無(wú)人化施工模塊

該機(jī)群系統(tǒng)主要由感知模塊、路徑規(guī)劃與決策模塊、局域網(wǎng)通信模塊、控制執(zhí)行模塊、后臺(tái)監(jiān)測(cè)模塊等五大部分組成。綜合利用高精度GPS（北斗）定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、障礙物識(shí)別技術(shù)，為設(shè)備提供行駛路徑引導(dǎo)與控制信號(hào)，控制設(shè)備各工作系統(tǒng)動(dòng)作，完成既定的行駛、轉(zhuǎn)向、工作裝置作業(yè)等任務(wù)。同時(shí)，利用RFID、3G/4G、Wi-Fi、局域組網(wǎng)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)回傳服務(wù)平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析，結(jié)合作業(yè)業(yè)務(wù)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、遠(yuǎn)程控制、壓實(shí)管理等功能[1]。

1.5 無(wú)人化主要設(shè)備

綜合利用高精度GPS（北斗）定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、障礙物識(shí)別技術(shù)，為設(shè)備提供行駛路徑引導(dǎo)與控制信號(hào)，控制設(shè)備各工作系統(tǒng)動(dòng)作，完成既定的行駛、轉(zhuǎn)向、工作裝置作業(yè)等任務(wù)，無(wú)人化設(shè)備關(guān)聯(lián)圖詳見圖2。

1.6 無(wú)人化施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）機(jī)群多模式路徑規(guī)劃算法。機(jī)群協(xié)同施工時(shí)，壓路機(jī)的工作并不只是簡(jiǎn)單的線性堆疊，需要一個(gè)完善的算法來(lái)協(xié)調(diào)機(jī)群中各個(gè)壓路機(jī)的路徑，使壓路機(jī)相互配合，通過配合提升機(jī)群整體的工作效率。

瀝青面層的路徑規(guī)劃算法遵循兩個(gè)原則，一是緊跟攤鋪機(jī)，二是壓路機(jī)在合理的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行換道，以保證壓實(shí)度較低的路面材料不被卷起。通過數(shù)學(xué)仿真軟件的輔助，結(jié)合智能算法，仿真出了多條符合條件的路徑，并評(píng)估每一條路徑所需的施工時(shí)間、與攤鋪機(jī)施工進(jìn)度同步率、無(wú)效路徑的占比等參數(shù)，選定最佳的路徑規(guī)劃方案。

（2）移動(dòng)一體式自組網(wǎng)技術(shù)。在無(wú)人機(jī)群通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，Mesh自組網(wǎng)設(shè)備以其自由靈活的特點(diǎn)，在滿足傳輸條件的前提下，通過自組網(wǎng)設(shè)備具有的網(wǎng)絡(luò)自愈、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡等特有功能，可以快速自建一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、控制等信號(hào)傳輸。

機(jī)群壓路機(jī)與壓路機(jī)節(jié)點(diǎn)間的通信：發(fā)送和接受壓路機(jī)實(shí)時(shí)的行駛速度、相對(duì)位置等所有與行駛狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)，用于分析和預(yù)判其他壓路機(jī)的駕駛行為。

機(jī)群壓路機(jī)與管理人員間的通信：車載上位機(jī)與移動(dòng)管理端相互通信，管理人員可以實(shí)時(shí)獲得車輛的狀態(tài)信息和施工狀況。

機(jī)群壓路機(jī)與云平臺(tái)的通信：壓路機(jī)可以將施工過程中涉及的數(shù)據(jù)信息，例如行車路徑、壓實(shí)路徑規(guī)劃等反映無(wú)人機(jī)群施工效果的重要信息上傳至云平臺(tái)，形成施工日志。

管理人員與云平臺(tái)的通信：管理人員可以通過云平臺(tái)下載施工日志文件作為原始數(shù)據(jù)文件，生成所需的研究樣本，對(duì)無(wú)人機(jī)群施工、壓實(shí)工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究。

（3）機(jī)群智能診斷技術(shù)。故障自診斷系統(tǒng)：利用數(shù)據(jù)采集單元完成壓路機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓路機(jī)狀態(tài)，基于模式識(shí)別、知識(shí)推理的診斷方法，利用故障對(duì)策表，使用隨車故障診斷單元進(jìn)行單一參數(shù)或典型故障診斷。

機(jī)群遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)方的壓路機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，采集和記錄壓路機(jī)作業(yè)過程的狀態(tài)信息，并將狀態(tài)信息按一定格式處理得到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制站數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

機(jī)群遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)代控制理論，基于數(shù)值和算法，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能構(gòu)建遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)，進(jìn)行多參數(shù)、多故障綜合診斷。

機(jī)群遠(yuǎn)程會(huì)診中心：為設(shè)備控制人員提供必要的協(xié)同工作環(huán)境，以現(xiàn)有的診斷資源和專家為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)快速、及時(shí)、正確的診斷和維護(hù)。

2 攤鋪碾壓工藝

2.1 主要工序

瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓，無(wú)人化攤鋪技術(shù)應(yīng)用主要在攤鋪和碾壓兩道工序，分別采用無(wú)人壓路機(jī)、無(wú)人攤鋪機(jī)設(shè)備。

2.2 碾壓參數(shù)

（1）靜壓：雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)前進(jìn)時(shí)靜壓，后退時(shí)高頻低幅（弱振）1遍。

（2）振壓：雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)高頻低幅（強(qiáng)振）2遍。

（3）碾壓：膠輪壓路機(jī)碾壓4遍。

（4）收光：雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍。

（5）收邊：采用小型雙鋼輪壓路機(jī)收邊。

2.3 碾壓速度

振動(dòng)壓路機(jī)應(yīng)勻速進(jìn)行碾壓作業(yè)，碾壓速度與壓路機(jī)類型、碾壓組合和遍數(shù)等有關(guān)，該項(xiàng)目碾壓速度見表1。

2.4 碾壓工藝

（1）初壓應(yīng)從路面外側(cè)向中心碾壓，有坡度的路面應(yīng)從低處向高處碾壓。在規(guī)范規(guī)定的溫度范圍內(nèi)開始初壓作業(yè)，碾壓過程中如發(fā)生瀝青混合料粘輪現(xiàn)象，應(yīng)向碾壓輪灑少量水，減少粘輪現(xiàn)象，嚴(yán)禁使用油性液體。

（2）復(fù)壓和初壓工序應(yīng)緊密銜接，碾壓過程中壓路機(jī)不得隨意停頓。每次碾壓長(zhǎng)度宜控制在60～80 m范圍內(nèi)，相鄰碾壓帶重疊1/3～1/2的碾壓輪寬度。

（3）終壓緊跟在復(fù)壓后進(jìn)行。終壓采用雙鋼輪靜壓1～2遍，消除輪跡，提高平整度。在終壓過程中，用3 m直尺逐尺檢測(cè)平整度，并做好記錄；對(duì)平整度不滿足規(guī)范要求的段落進(jìn)行復(fù)壓，直至達(dá)到規(guī)范要求。

（4）攤鋪路段的起始折返位置應(yīng)隨攤鋪機(jī)前進(jìn)而推進(jìn)，橫向呈階梯形。

（5）壓路機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)應(yīng)減速緩行，嚴(yán)禁在未碾壓成型路段上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、加水或停留，嚴(yán)禁突然變速或剎車。

（6）在當(dāng)天成型的路面上，嚴(yán)禁停放各種機(jī)械設(shè)備或車輛，同時(shí)避免瀝青路面上有散落混合料、油料等情況[2]。

3 施工過程質(zhì)量控制

3.1 過程控制

在瀝青下面層攤鋪施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)管理人員及技術(shù)人員隨時(shí)檢查施工質(zhì)量，及時(shí)對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行必要的處理，保證成品質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計(jì)相關(guān)要求。

（1）攤鋪、碾壓過程中專人檢查混合料施工溫度，當(dāng)混合料溫度低于最低施工溫度時(shí)，不得施工。

（2）施工前調(diào)整攤鋪機(jī)熨平板接縫、螺旋布料器高度，使之處于最佳狀態(tài)。

（3）橋面攤鋪應(yīng)采用靜壓、膠輪碾壓和振蕩碾壓或高頻振動(dòng)壓路機(jī)，且增加碾壓遍數(shù)以滿足壓實(shí)度。

3.2 接縫處理

（1）相鄰兩幅及路面層間的橫縫位置應(yīng)錯(cuò)開2 m以上，不得設(shè)在同一斷面上。

（2）下面層的橫縫采用豎直接縫。

（3）橫向施工縫：應(yīng)采用垂直的平接縫，用6 m直尺沿縱向放置，在攤鋪段端部的直尺呈懸臂狀，以攤鋪層與直尺脫離接觸處定出接縫位置，用鋸縫機(jī)割除端部層厚不足的部分（不得損傷下層路面），用水沖洗干凈，待干燥后涂刷黏層瀝青。

（4）繼續(xù)攤鋪新混合料時(shí)，新舊接縫處應(yīng)保持干燥，初壓采用雙鋼輪45°角斜向碾壓和橫向碾壓，確保接縫處平整度滿足規(guī)范要求。

4 質(zhì)量檢測(cè)

施工過程及施工完成后，要及時(shí)按照規(guī)范要求開展以下項(xiàng)目的檢測(cè)：當(dāng)瀝青拌和站連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，每天上午和下午各取1次瀝青混合料測(cè)定級(jí)配、油石比、馬歇爾穩(wěn)定度、流值、標(biāo)準(zhǔn)密度、最大理論密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等指標(biāo)，必要時(shí)對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比等進(jìn)行檢測(cè)。碾壓成型后需要對(duì)壓實(shí)度、厚度、現(xiàn)場(chǎng)空隙率、平整度、寬度、縱斷面高程、橫坡度、滲水系數(shù)、上面層抗滑、離析情況等項(xiàng)目檢查。

壓實(shí)度檢測(cè)是對(duì)攤鋪和碾壓施工工藝的驗(yàn)證，壓實(shí)度檢測(cè)應(yīng)鉆孔取芯進(jìn)行檢測(cè)，抽檢壓實(shí)情況應(yīng)采取壓實(shí)度和空隙率兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合控制，兩個(gè)檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算采用當(dāng)天的馬歇爾試件密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度和最大理論密度，且兩種密度與配合比設(shè)計(jì)時(shí)兩種密度的偏差必須小于1%。采用當(dāng)天的馬歇爾試件密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)壓溫度應(yīng)與試件成型溫度保持一致。取芯的位置宜選擇在路面標(biāo)線處，取芯時(shí)配合灑水車對(duì)取芯污跡沖洗干凈，取芯的坑洞應(yīng)用混合料進(jìn)行回填并夯實(shí)。

以上檢測(cè)結(jié)果應(yīng)逐項(xiàng)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求核對(duì)，確保以上指標(biāo)全部滿足相關(guān)要求。

5 交通管控和防污染控制

在關(guān)鍵路口設(shè)立明顯的交通指示牌，引導(dǎo)運(yùn)輸車輛及別的車輛正確順利地通行，從而保障施工的正常進(jìn)行。試驗(yàn)段鋪筑完成后，設(shè)立明顯的禁行標(biāo)志，嚴(yán)禁任何車輛在上面通行。

瀝青面層施工時(shí)，所有運(yùn)輸車輛油箱須用塑料布包封，防止漏油；對(duì)到達(dá)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸車輪胎進(jìn)行沖洗，防止泥土帶入攤鋪面。

壓路機(jī)使用前，須對(duì)壓路機(jī)水箱進(jìn)行清洗；檢查機(jī)械設(shè)備，防止漏油。鋼輪壓路機(jī)使用前，應(yīng)在土工布上來(lái)回碾壓數(shù)次清除鋼輪表面銹跡，確保瀝青路面不受鐵銹污染。

嚴(yán)禁在已鋪瀝青面層上堆放施工用土或拌和水泥混凝土等雜物。

熱拌瀝青混合料路面待攤鋪層完全自然冷卻、混合料表面溫度低于50 ℃后，方可開放交通[3]。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過應(yīng)用智能先進(jìn)的瀝青路面攤鋪機(jī)械設(shè)備，有效代替人工作業(yè)進(jìn)行高精度、高強(qiáng)度的施工作業(yè)，已經(jīng)成為目前高速公路建設(shè)行業(yè)的發(fā)展方向。通過下面層試驗(yàn)段施工總結(jié)，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求，說明無(wú)人化施工技術(shù)能夠滿足高速公路瀝青混合料攤鋪施工需求。該文所介紹的瀝青路面無(wú)人化機(jī)械攤鋪設(shè)備施工技術(shù)應(yīng)用，采用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)攤鋪碾壓無(wú)人化作業(yè)，提高了施工效率，保障了碾壓質(zhì)量，同時(shí)便于夜間作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)管理。

參考文獻(xiàn)

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