趙滿(mǎn)江

（河北省水利工程局第一工程處，河北 保定071000）

振動(dòng)碾無(wú)人駕駛是一種碾壓機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)。在常規(guī)振動(dòng)碾的基礎(chǔ)上， 增加監(jiān)控裝置與機(jī)載自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)碾壓智能化作業(yè)。 具有節(jié)約成本、加快進(jìn)度、保證質(zhì)量、保障安全的優(yōu)點(diǎn)。

振動(dòng)碾自動(dòng)駕駛技術(shù)與人工駕駛方式兼容，且自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程遙控與人工駕駛可隨時(shí)隨意切換，既保證了振動(dòng)碾壓機(jī)在特殊、緊急作業(yè)情況下方便、安全施工， 又避免了相鄰作業(yè)面間漏碾、 交叉重復(fù)碾壓，以及超速碾壓等問(wèn)題。 具有多級(jí)安全防范措施，如通訊故障檢測(cè)、前方障礙檢測(cè)、作業(yè)區(qū)域檢測(cè)、碾壓機(jī)機(jī)械故障檢測(cè)等功能。

圖1 主控系統(tǒng)

目前振動(dòng)碾基本依靠人工駕駛， 壓實(shí)質(zhì)量取決于駕駛員本身的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)水平，容易出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓甚至漏壓的問(wèn)題。 此外人工作業(yè)還存在無(wú)法連續(xù)作業(yè)、夜間作業(yè)困難、人身安全等問(wèn)題，作業(yè)效率和質(zhì)量都受到很大限制， 無(wú)人駕駛振動(dòng)碾的出現(xiàn)將改善甚至徹底解決這些問(wèn)題。

1 工程概況

雄安新區(qū)南拒馬河防洪治理工程（定興段）施工第一標(biāo)段位于河北定興縣，樁號(hào)范圍右堤（Y9+700～Y15+200）5.5km右堤加固（含楊村險(xiǎn)工、楊村橋等）、ZC9+800～ZC14+000卡口段疏浚，水土保持、環(huán)境保護(hù)措施等。主要工作內(nèi)容包括建筑工程、機(jī)電設(shè)備及安裝工程、臨時(shí)工程、環(huán)境保護(hù)措施、水土保持工程等。

主要工程量： 土方清表17.54萬(wàn)m3， 土方開(kāi)挖135.03萬(wàn)m3，堤身填筑（壤土）41.50萬(wàn)m3，種植土填筑11.19萬(wàn)m3，格賓石籠18.89萬(wàn)m3，混凝土4467m3。 堤身填筑工程量總計(jì)41.5萬(wàn)m3。

2 工藝原理

遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置依據(jù)作業(yè)工程的數(shù)字模型人機(jī)交互規(guī)劃作業(yè)區(qū)域、導(dǎo)航線(xiàn)路；通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊方式接收碾壓機(jī)的位置、速度、轉(zhuǎn)向等數(shù)據(jù)及作業(yè)環(huán)境信息，同時(shí)向機(jī)載自動(dòng)控制裝置發(fā)送自動(dòng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)與指令； 還可以根據(jù)接收緊急處理請(qǐng)求情況人機(jī)交互遠(yuǎn)程操縱碾壓機(jī)。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，在車(chē)輛起步狀態(tài)下對(duì)車(chē)輛進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)， 精準(zhǔn)和快速確定振動(dòng)碾設(shè)備位置和姿態(tài)，以及振動(dòng)碾車(chē)上的激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)路況信息， 將這些信息通過(guò)微波傳輸?shù)交?，再通過(guò)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)連接并控制，工人在后臺(tái)電腦便能進(jìn)行多臺(tái)振動(dòng)碾群的作業(yè)，人員只需要在作業(yè)區(qū)域外監(jiān)管即可。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員利用GPS流動(dòng)站測(cè)量待碾壓區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)， 沿著需要碾壓的區(qū)域邊緣根據(jù)需求采集若干個(gè)點(diǎn)（預(yù)留些安全距離），用APP生成區(qū)域.txt文檔（如果是走直線(xiàn)只需要采集兩個(gè)點(diǎn)）。 車(chē)無(wú)人化碾壓方向是從P1至P2，P3，P4然后返回， 錯(cuò)距之后繼續(xù)沿P1至P2，P3，P4方向碾壓，如圖2。 所以需要將車(chē)放于P1點(diǎn)附近，并且車(chē)頭朝向P2點(diǎn)。

圖2 無(wú)人碾操作平臺(tái)車(chē)輛行走數(shù)據(jù)觀測(cè)

3.2 設(shè)置施工參數(shù)（參數(shù)設(shè)置面板）

先進(jìn)入電腦端控制軟件， 然后將車(chē)停在P1點(diǎn)附近，并且車(chē)頭朝向P2點(diǎn)方向，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將取消制動(dòng)，確認(rèn)碾壓機(jī)各設(shè)備指示燈（GPS/前后雷達(dá)）都是正常狀態(tài)，確認(rèn)碾壓機(jī)旁邊、碾壓區(qū)域，無(wú)造成危險(xiǎn)的人員及車(chē)輛。然后確認(rèn)控制軟件中3個(gè)燈常亮及碾壓機(jī)編號(hào)燈閃爍， 此時(shí)才算是軟件與碾壓機(jī)正常通訊。然后選擇相應(yīng)的碾壓區(qū)域（左上角），發(fā)到監(jiān)控室的是哪個(gè)文件，就選哪個(gè)區(qū)域，比如發(fā)區(qū)域3.txt，就選區(qū)域3。

碾壓機(jī)編號(hào)選擇當(dāng)前施工車(chē)號(hào)， 在可用車(chē)號(hào)里輸入碾壓機(jī)編號(hào)設(shè)置成區(qū)域1，碾壓機(jī)1。點(diǎn)擊左側(cè)參數(shù)設(shè)置即可出現(xiàn)下方設(shè)置界面。 默認(rèn)可用車(chē)1，先點(diǎn)擊載入坐標(biāo)，此時(shí)，剛才發(fā)送上來(lái)的區(qū)域1文件，就被讀進(jìn)系統(tǒng)，并且在其中產(chǎn)生相應(yīng)個(gè)數(shù)的白色點(diǎn)坐標(biāo)。

圖3 無(wú)人碾壓機(jī)設(shè)置界面

然后設(shè)置錯(cuò)距（0～90%），攤鋪寬度即碾壓寬度的兩倍（如果需要碾壓5m，就設(shè)置成10m），控制位是指的碾壓方向（從左往右就是從P1點(diǎn)開(kāi)始往P4點(diǎn)碾壓，然后向右邊錯(cuò)距，一直碾壓完畢。如果從右往左，則是在從左往右碾壓的終點(diǎn)開(kāi)始碾壓至P1點(diǎn)停止）次序設(shè)置（若采得點(diǎn)的左側(cè)是懸崖，右邊才是碾壓區(qū)域，那就選擇碾壓右側(cè)。 切記如果圖中P1和P4互換，P2和P3互換了，情況也會(huì)不同了）之后設(shè)置施總碾壓遍數(shù)（如果2遍以上的話(huà)，振動(dòng)碾會(huì)整個(gè)區(qū)域壓完一遍之后再碾壓第二遍，以此類(lèi)推）、靜碾遍數(shù)（一般調(diào)成0），最后點(diǎn)擊執(zhí)行按鈕。

接著點(diǎn)開(kāi)碾壓機(jī)控制界面。 依次點(diǎn)擊坐標(biāo)下發(fā)和無(wú)人駕駛按鈕，指示燈便會(huì)顯示綠色（如果出現(xiàn)特殊情況指示燈始終不亮， 此時(shí)重新將車(chē)斷電再上電發(fā)動(dòng)起來(lái)即可），然后點(diǎn)擊行走控制，振動(dòng)碾就正式自動(dòng)碾壓了。

圖4 無(wú)人碾壓機(jī)控制界面

車(chē)輛進(jìn)入無(wú)人駕駛狀態(tài)后，觀察元素e1的數(shù)值，在-3～+3之間屬于正常，否則請(qǐng)檢查坐標(biāo)是否正確或者車(chē)輛是否在碾壓區(qū)域附近。

3.3 碾壓試驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)要求， 在施工前進(jìn)行采用無(wú)人駕駛振動(dòng)碾進(jìn)行土方填筑的碾壓試驗(yàn)。

3.3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

填筑施工前，根據(jù)所使用土料進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定壓實(shí)機(jī)械是否滿(mǎn)足施工要求， 確定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的鋪料厚度、碾壓遍數(shù)。

3.3.2 機(jī)械器具

（1）試驗(yàn)機(jī)械：裝載機(jī)1臺(tái)，推土機(jī)1臺(tái)，光面壓路機(jī)，XS203S型無(wú)人振動(dòng)碾1臺(tái)，灑水車(chē)1輛。

（2）試驗(yàn)器具：核子密度儀1套，水準(zhǔn)儀1套，GPS1套，鐵錘2把，環(huán)刀12組，50cm鋼尺2個(gè)。

3.3.3 參數(shù)選擇及場(chǎng)地布置

（1）參數(shù)選擇：在土料場(chǎng)采集土料，由試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)做擊實(shí)試驗(yàn)， 以獲得土料的最大干密度和最優(yōu)含水率，以此為基數(shù)控制壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)施工規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求，參考類(lèi)似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）場(chǎng)地布置：試驗(yàn)場(chǎng)地選在平整、開(kāi)闊的地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。 將試驗(yàn)區(qū)分為4個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊。 每條碾壓帶寬度10m， 長(zhǎng)度15m，A1條帶鋪料厚度30cm，A2條帶鋪料厚度35cm，B1條帶鋪料厚度40cm，B2條帶鋪料厚度45cm，試驗(yàn)區(qū)外坡坡比為1∶1.5，同一試驗(yàn)條帶不同碾壓厚度之間過(guò)渡區(qū)寬度為1m， 并在試驗(yàn)區(qū)外邊線(xiàn)2m處，布設(shè)控制樁作為測(cè)量依據(jù)。

3.3.4 試驗(yàn)方法和步驟

（1）用推土機(jī)將試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行清表，清至原狀土面，水準(zhǔn)儀控制地基平整度（誤差值士2cm），經(jīng)振動(dòng)碾碾壓其地基面壓實(shí)度符合要求之后， 試驗(yàn)人員用白灰粉，按照碾壓區(qū)域布置的結(jié)構(gòu)形狀，標(biāo)劃出試驗(yàn)區(qū)域灰道線(xiàn)， 并將每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊標(biāo)劃成10m×5m方格， 在方格內(nèi)標(biāo)點(diǎn)出檢測(cè)點(diǎn)，測(cè)量人員按標(biāo)出的檢測(cè)點(diǎn)， 使用水準(zhǔn)儀測(cè)量地基面的起始高程。

（2）裝載機(jī)用退占法在各個(gè)區(qū)域鋪料，推土機(jī)平整，試驗(yàn)區(qū)外鋪料邊坡控制在1∶1.5，不同鋪料厚度過(guò)渡區(qū)寬設(shè)置為1m， 用水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確控制鋪料厚度與平整度。 鋪料平整后試驗(yàn)人員用GPS進(jìn)行邊界定位，并撒白灰粉，以地基面灰道線(xiàn)的位置，標(biāo)劃出試驗(yàn)區(qū)域灰道線(xiàn)， 將每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊標(biāo)劃成10m×5m方格，在方格內(nèi)標(biāo)點(diǎn)出檢測(cè)點(diǎn)，測(cè)量人員按標(biāo)出的檢測(cè)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀測(cè)量鋪料層面高程，以確定其鋪料厚度。

（3）鋪料完成后，檢測(cè)含水率，土料含水率高于最優(yōu)含水率允許誤差范圍時(shí)晾曬土， 含水率低于最優(yōu)含水率允許誤差范圍時(shí)使用灑水車(chē)灑水濕潤(rùn) （施工土粒含水率允許誤差范圍士3%）。 振動(dòng)碾碾壓輪跡搭接寬度不小于50cm，碾壓速度不大于2km/h，A、B條帶采用壓路機(jī)靜壓1遍，已平整表面凹凸點(diǎn)，然后采用進(jìn)退錯(cuò)距碾壓法分別按A1，A2，B1，B2區(qū)進(jìn)行振動(dòng)碾碾壓2，3，4遍。

3.3.5 質(zhì)量檢測(cè)

（1） 土料鋪設(shè)完成后，水準(zhǔn)測(cè)定高程。

（2） 振動(dòng)碾碾壓2遍后（第2遍）做干密度試驗(yàn)。用水準(zhǔn)儀測(cè)量壓實(shí)高程， 干密度試驗(yàn)采用核子密度儀取樣， 取環(huán)刀與核子密度儀檢測(cè)結(jié)果做對(duì)比進(jìn)行誤差分析。然后繼續(xù)碾壓，碾壓一遍后（第3遍），做干密度試驗(yàn)，用水準(zhǔn)儀測(cè)量壓實(shí)高程。 然后繼續(xù)碾壓，碾壓一遍后（第4遍），做干密度試驗(yàn)，用水準(zhǔn)儀測(cè)量壓實(shí)高程。 做好每次測(cè)定原始記錄。

3.3.6 試驗(yàn)成果分析

根據(jù)碾壓后得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理分析，選擇最佳的碾壓參數(shù)。

3.4 建基面平整壓實(shí)

第1層土方填筑前，對(duì)基面進(jìn)行清表、整平，并經(jīng)聯(lián)合驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行土料攤鋪。

3.5 土料鋪筑

（1） 嚴(yán)格按照碾壓試驗(yàn)確定的碾壓參數(shù)進(jìn)行填筑，每層土料鋪填寬度超出設(shè)計(jì)邊線(xiàn)1m。

（2）填筑土料中不允許夾帶雜草、樹(shù)木、各類(lèi)垃圾等有害物質(zhì)，不得使用不合格土料

（3）作業(yè)面分層統(tǒng)一鋪土、統(tǒng)一碾壓，并配備平土機(jī)具參與整平作業(yè)，嚴(yán)禁出現(xiàn)界溝；土料的鋪料與壓實(shí)工序連續(xù)進(jìn)行，以防止土料被曬干；對(duì)表面已風(fēng)干的土層，做灑水濕潤(rùn)處理。

3.6 壓實(shí)

壓實(shí)前，使用平地機(jī)對(duì)填筑面進(jìn)行統(tǒng)一平整，平整完成后使用GPS對(duì)碾壓邊界進(jìn)行定位，在電腦端輸入碾壓試驗(yàn)確定的碾壓參數(shù)。啟動(dòng)振動(dòng)碾，進(jìn)行碾壓作業(yè)。

4 操作注意事項(xiàng)

①進(jìn)行路徑規(guī)劃，以提高碾壓路徑的精度；②對(duì)碾壓行程和有效碾壓面積進(jìn)行監(jiān)管，不斷提高施工效率；③進(jìn)行碾壓試驗(yàn)選擇合適的施工參數(shù)，通過(guò)適宜的參數(shù)設(shè)定和智能化監(jiān)控，避免常規(guī)施工中漏碾、過(guò)碾、超速、遍數(shù)不夠的現(xiàn)象，確保一次碾壓合格率；④通過(guò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的過(guò)程監(jiān)控，有針對(duì)性的對(duì)存在缺陷的部位加強(qiáng)檢測(cè)，確保施工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)使用無(wú)人駕駛振動(dòng)碾土方筑堤技術(shù)，解決了夜間施工效率慢的問(wèn)題，大大提高了堤身填筑的工作強(qiáng)度，填筑質(zhì)量完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。無(wú)人振動(dòng)碾系統(tǒng)穩(wěn)定，工作強(qiáng)度大，保證了施工強(qiáng)度和施工質(zhì)量，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益比較明顯，系統(tǒng)性能優(yōu)越，有廣闊的應(yīng)用前景。