趙琦 趙帥 王超*

（1.天津市交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司 天津市 300201）

（2.天津昆侖金環(huán)保科技有限公司 天津市 300300）

現(xiàn)階段，3D攤鋪技術(shù)在保證瀝青混凝土路面施工質(zhì)量方面發(fā)揮出重要作用，通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，不僅可以確保攤鋪的高程精度，還能保證攤鋪水平精度，為進(jìn)一步提高瀝青混凝土路面施工的攤鋪質(zhì)量提供重要的技術(shù)支持。所以，為了保證瀝青混凝土路面施工攤鋪效果，如何將3D攤鋪技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用到瀝青混凝土路面施工中是施工人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1 工程概況

某項(xiàng)目在實(shí)際規(guī)劃期間，其總占地面積達(dá)到了1.2km2，分三個(gè)施工階段，本實(shí)例所選用的一期工程，該工程的路線長(zhǎng)度達(dá)到了3.36km，主要由活加速車道、進(jìn)場(chǎng)道路施工和VDA區(qū)域三個(gè)部分組成，這三者組成部分所對(duì)應(yīng)的起訖里程分別為AK0+000—AK0+326.165、ALK0+000—ALK1+681.813、VDAK0+000—VDAK0+300，總面積達(dá)到了0.11km2。在綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，利用3D攤鋪技術(shù)，開(kāi)展一期工程施工工作。VDA區(qū)域、加速車道、進(jìn)場(chǎng)道路路面技術(shù)指標(biāo)和進(jìn)場(chǎng)道路、停車場(chǎng)及服務(wù)道路的路面技術(shù)指標(biāo)分別為如表1、如表2所示。

表1：VDA區(qū)域、加速車道、進(jìn)場(chǎng)道路路面技術(shù)指標(biāo)

表2：進(jìn)場(chǎng)道路、停車場(chǎng)及服務(wù)道路路面技術(shù)指標(biāo)

2 3D攤鋪技術(shù)工藝原理

3D攤鋪技術(shù)主要用到了以下兩種技術(shù)，分別是GNSS—RTK技術(shù)和LaserZone技術(shù)，從而發(fā)揮RTK水平精度和高程精度的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高瀝青混凝土路面施工的攤鋪精確度。該技術(shù)流程如下：

（1）利用原有設(shè)計(jì)圖紙[1]，完成對(duì)三維電子數(shù)據(jù)的構(gòu)建，并將所構(gòu)建好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GPS控制箱中。

（2）采用RTK計(jì)算的方式，精確地確定出攤鋪機(jī)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置，然后，精確地獲取該位置所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)高程。

（3）利用激光接收裝置[2]，將獲取和整理好的高程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破髦?，控制器?jīng)過(guò)一系列的運(yùn)算處理后，會(huì)精確地計(jì)算出實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程之間的差值，將形成相應(yīng)的電信號(hào)，使得攤鋪機(jī)能夠正常、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。三維電子數(shù)據(jù)導(dǎo)人系統(tǒng)控制器示意圖如圖1所示。

圖1：三維電子數(shù)據(jù)導(dǎo)人系統(tǒng)控制器示意圖

3 工程施工相關(guān)核心技術(shù)

在進(jìn)行工程攤鋪施工期間，施工人員要重視對(duì)GNSSRTK技術(shù)和LaserZone技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用這兩種技術(shù)，為后期高精度進(jìn)行路面攤鋪施工提供重要的技術(shù)支持。

3.1 GNSS-RTK技術(shù)概述

GNSS-RTK技術(shù)主要包含GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）技術(shù)和RTK技術(shù)兩種。其中，GNSS主要用到了主動(dòng)式測(cè)距原理，沿著所設(shè)置好的軌道進(jìn)行高速化運(yùn)轉(zhuǎn)，衛(wèi)星所在位置會(huì)出現(xiàn)不停的變化。此時(shí)，需要利用GNSS衛(wèi)星定位信號(hào)，對(duì)各個(gè)測(cè)站之間的距離進(jìn)行測(cè)量，并利用衛(wèi)星導(dǎo)航電文解算法，精確地計(jì)算出GNSS衛(wèi)星所在的三維坐標(biāo)和GNSS接收機(jī)的所在空間位置。RIK技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以最大限度地提高標(biāo)稱的精確度，確保其精確度達(dá)到9mm，完全符合工程測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

3.2 LaserZone技術(shù)概述

LaserZone技術(shù)的應(yīng)用背景下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光發(fā)射器的研制，該激光發(fā)射器在實(shí)際運(yùn)行中，通常會(huì)發(fā)出相應(yīng)的激光波，利用激光波可以完成對(duì)三維空間的構(gòu)建，該三維空間可以呈現(xiàn)出360°旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，另外，對(duì)于激光波而言，其上下垂直發(fā)射角度為-10°～10°，所形成的發(fā)射面呈現(xiàn)出扇形結(jié)構(gòu)，在-5m～5m范圍內(nèi)，可以最大限度提高激光的精確度。激光接收裝置在激光所能控制的范圍內(nèi)均能正常、穩(wěn)定地接收和處理相關(guān)信號(hào)，在激光發(fā)射器的應(yīng)用背景下，通過(guò)對(duì)儀器高進(jìn)行精確化測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光發(fā)射軸高程的有效計(jì)算，并利用激光接收器，確定出兩次激光波所對(duì)應(yīng)的接收時(shí)間差，然后，計(jì)算出發(fā)射軸所對(duì)應(yīng)的相對(duì)高差，從而獲得該發(fā)射軸的絕對(duì)高程參數(shù)值。

4 基于3D攤鋪技術(shù)瀝青混凝土路面施工

為了充分發(fā)揮和利用3D攤鋪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，施工人員必須要嚴(yán)格按照如圖2所示瀝青混凝土路面施工流程。

圖2：瀝青混凝土路面施工流程

4.1 攤鋪前準(zhǔn)備工作

為了確保該工程路面攤鋪精確度，在正式進(jìn)入瀝青混凝土路面施工作業(yè)之前，要做好對(duì)高精度控制系統(tǒng)的構(gòu)建以及相關(guān)設(shè)備的安裝調(diào)試。

4.1.1 高精度控制系統(tǒng)建立

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)該工程攤鋪精度的有效控制，施工人員做好對(duì)高精度施工控制網(wǎng)的構(gòu)建。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，將攤鋪精度控制在-2mm～2mm之間[3]，此外，還要利用二等水準(zhǔn)網(wǎng)和平面控制網(wǎng)，采用GPS與導(dǎo)線相結(jié)合的方式，將高程控制網(wǎng)應(yīng)用到瀝青混凝土路面施工中，另外，還要利用坐標(biāo)系統(tǒng)，構(gòu)建相應(yīng)的平面坐標(biāo)系統(tǒng)，并精確地計(jì)算出測(cè)區(qū)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際精度，并將測(cè)區(qū)精度和平均高程分別設(shè)置為中央子午線、投影高程[4]，最后，為完成工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，完成對(duì)當(dāng)?shù)馗叱滔到y(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)。

4.1.2 點(diǎn)位選取與埋石

控制點(diǎn)在實(shí)際布置期間，要將其科學(xué)地布置在距離路邊緣的10m的左右兩側(cè)，并確保地形的開(kāi)闊性、堅(jiān)固性，此外，還要將各個(gè)控制點(diǎn)之間的間距設(shè)置在150m～210m之間，使得高程穩(wěn)定性和精確度得以大幅度提高，另外，還要將三個(gè)不同的深埋點(diǎn)統(tǒng)一布置在控制網(wǎng)中，并形成相應(yīng)的水準(zhǔn)基點(diǎn)，為降低高程系統(tǒng)維護(hù)難度，保證系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)水平創(chuàng)造了良好的條件。在構(gòu)建水準(zhǔn)基點(diǎn)期間，要采用觀測(cè)墩的方式[5]，將觀測(cè)墩的埋入深度控制在0.5m以內(nèi)，并圓樁打入到觀測(cè)墩下面，同時(shí)，還要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)，將打樁深度控制在9m～14m。最后，為了確?？刂凭W(wǎng)建網(wǎng)成本降到最低，在保證工程攤鋪精確度的基礎(chǔ)上，將平面控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)設(shè)置為同點(diǎn)。通過(guò)參照工程測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，確定出水準(zhǔn)基點(diǎn)和控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的尺寸，然后，根據(jù)工程實(shí)際施工需求，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)[6]。同時(shí)，還要采用大鋼釘?shù)姆绞讲荚O(shè)方式，完成對(duì)兩個(gè)臨時(shí)點(diǎn)的設(shè)置，接著，利用全站儀，完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的全面化采集，并對(duì)臨時(shí)點(diǎn)進(jìn)行再次布設(shè)。

4.1.3 控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)的全面化采集和處理，技術(shù)人員 要嚴(yán)格按照如圖3所示的平面控制網(wǎng)測(cè)量流程。

圖3：平面控制網(wǎng)測(cè)量流程

（1）平面控制網(wǎng)測(cè)量。為了進(jìn)一步提高平面控制網(wǎng)測(cè)量結(jié)果的精確性，施工人員要采用GPS靜態(tài)觀測(cè)的方式，對(duì)間距為400m～600m之間的控制點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。其次，利用全站儀對(duì)其他部分的控制點(diǎn)進(jìn)行精確化測(cè)量。在進(jìn)行全站儀加密測(cè)量期間，需要采用導(dǎo)線施測(cè)的方式[7]，在完成GPS靜態(tài)觀測(cè)的前提下，利用導(dǎo)線測(cè)量法，對(duì)各個(gè)控制網(wǎng)線進(jìn)行精確化測(cè)量。導(dǎo)線測(cè)量水平角觀測(cè)技術(shù)要求如表3所示。

表3：導(dǎo)線測(cè)量水平角觀測(cè)技術(shù)要求

（2）平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。在進(jìn)行平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理期間，要重點(diǎn)做好對(duì)GPS靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)平差的精確化處理，并在結(jié)合GPS精確觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)軟件，對(duì)全站儀加密測(cè)量所對(duì)應(yīng)的平差進(jìn)行精確化處理。同時(shí)，采用多基線向量求解模式，確定出最終的基線向量雙差。此外，當(dāng)外業(yè)觀測(cè)工作完成后，將基本構(gòu)網(wǎng)圖形設(shè)置為四邊形，并對(duì)觀測(cè)基線的質(zhì)量進(jìn)行全面化檢測(cè)，檢測(cè)基線質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。在此基礎(chǔ)上，還要采用精度分析法，將所有基線解算工作落實(shí)到位，并結(jié)合實(shí)際情況，選用合適的基線網(wǎng)，并組裝出相應(yīng)的基線環(huán)，這為后期基線網(wǎng)平差的求解創(chuàng)造了良好的條件。在商業(yè)專業(yè)軟件的應(yīng)用背景下，通過(guò)全面化處理靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)平差，以保證高斯投影效果。并結(jié)合靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用商業(yè)專用軟件，采用平差處理的方式，對(duì)所有全站儀的導(dǎo)線進(jìn)行平差處理。

（3）高程控制網(wǎng)測(cè)量。為了進(jìn)一步提升高程控制網(wǎng)測(cè)量結(jié)果的精確性和真實(shí)性，施工人員要重視對(duì)二等水準(zhǔn)測(cè)量法的應(yīng)用，該測(cè)量方法應(yīng)用步驟如下：首先，精確地測(cè)量四個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，其次，對(duì)整體高程控制網(wǎng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行全面化測(cè)量，最后，嚴(yán)格按照二等水之前測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，完成對(duì)高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)參數(shù)的精確化測(cè)量。

（4）高程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。當(dāng)水準(zhǔn)測(cè)量工作完成后，正式進(jìn)入到相關(guān)數(shù)據(jù)檢查環(huán)節(jié)中，然后，對(duì)各個(gè)點(diǎn)間高差進(jìn)行精確化計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。在計(jì)算各個(gè)點(diǎn)間高差期間，需要對(duì)各個(gè)點(diǎn)間數(shù)據(jù)真實(shí)性和精確性進(jìn)行檢查，當(dāng)檢查準(zhǔn)確后，方可進(jìn)入到計(jì)算環(huán)節(jié)中，確保最終計(jì)算結(jié)果完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。接著，利用平易軟件，精確化計(jì)算高程控制網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的平差，從而獲得各個(gè)點(diǎn)間的高程值。

4.2 設(shè)備安裝與調(diào)試

施工人員要嚴(yán)格按照所提供的安裝圖紙，對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)化安裝。在此基礎(chǔ)上，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行精確化調(diào)試，在進(jìn)行調(diào)試期間，首先，要做好對(duì)激光發(fā)射器的精確化校正[8]，確保該發(fā)射器三軸關(guān)系的合理性，使得該發(fā)射器的Y軸、X軸和Z軸始終處于相互垂直的狀態(tài)。其次，要精確化調(diào)試攤鋪機(jī)的液壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)3D攤鋪系統(tǒng)的液壓升降速度與攤鋪機(jī)自身的液壓升降速度相接近。

4.3 數(shù)據(jù)收集與三維模型設(shè)計(jì)

三維電子數(shù)據(jù)在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，要重點(diǎn)做好如圖4所示瀝青攤鋪3D模型的科學(xué)化構(gòu)建，同時(shí)，還要在充分考慮相關(guān)厚度的基礎(chǔ)上，采用移動(dòng)設(shè)計(jì)面的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)層次攤鋪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的全面化獲取和整理。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，施工人員要從以下幾個(gè)方面入手：

圖4：瀝青攤鋪3D模型

（1）設(shè)計(jì)加速車道、進(jìn)程道路以及服務(wù)道路相關(guān)數(shù)據(jù)。首先，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙，利用3D攤鋪控制軟件，加成對(duì)三維模型的設(shè)計(jì)，然后，在后期的攤鋪施工作業(yè)中，利用移動(dòng)設(shè)計(jì)面的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)層面攤鋪相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的全面化采集和整理。

（2）VDA區(qū)域數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步提高該工程攤鋪精確度，在對(duì)相關(guān)攤鋪數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，要重點(diǎn)做好對(duì)這些數(shù)據(jù)的分區(qū)化處理。

4.4 3D攤鋪控制

4.4.1 攤鋪控制施工工藝

攤鋪控制施工工藝主要涉及到以下操作步驟：

（1）基準(zhǔn)站架設(shè)。基準(zhǔn)站所對(duì)應(yīng)的架設(shè)位置主要位于所設(shè)置好的攤鋪區(qū)域內(nèi)，可以獲得比較良好的通視條件。

（2）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）發(fā)射器架設(shè)。GNSS發(fā)射器的半徑、高差分別為185m、12m，為了保證該發(fā)射器架設(shè)操作的規(guī)范性和合理性，施工人員要在綜合考慮振動(dòng)安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，向控制網(wǎng)點(diǎn)上架設(shè)相應(yīng)的GNSS發(fā)射器，確保該發(fā)射器與攤鋪現(xiàn)場(chǎng)之間的距離被控制在9m～140m，另外，對(duì)GNSS發(fā)射器進(jìn)行架設(shè)啟動(dòng)之前，要對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)高程儀器的精確度進(jìn)行檢驗(yàn)。

（3）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）流動(dòng)站啟動(dòng)及檢核控制點(diǎn)。當(dāng)GNSS流動(dòng)站進(jìn)入到穩(wěn)定的啟動(dòng)狀態(tài)后，要對(duì)4個(gè)以上的控制網(wǎng)進(jìn)行全面化檢核，從而確定出各個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)值，然后，結(jié)合所采集的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，完成對(duì)攤鋪表面的精確化、全面化檢查和核實(shí)，使得評(píng)估精確度得以大幅度提高。

（4）GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）攤鋪系統(tǒng)啟動(dòng)。嚴(yán)格按照所設(shè)置好的施工標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)控制箱操作手分配相關(guān)任務(wù)，確保雙邊攤鋪檢查工作落實(shí)到位。

（5）攤鋪。按照所設(shè)置好的標(biāo)尺，完成對(duì)攤鋪機(jī)位置的精確化設(shè)置，并將攤鋪機(jī)振級(jí)統(tǒng)一設(shè)置為4級(jí)。在正式進(jìn)入攤鋪?zhàn)鳂I(yè)之前，要采用手動(dòng)控制攤鋪的方式，科學(xué)控制攤鋪位置，當(dāng)攤鋪狀態(tài)趨于穩(wěn)定后，將手動(dòng)控制攤鋪方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)控制攤鋪方式，使得攤鋪機(jī)自動(dòng)進(jìn)入到3D攤鋪模式中。

（6）監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)主要涉及到以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：第一，高程監(jiān)測(cè)。在正式進(jìn)入攤鋪控制施工之前，監(jiān)測(cè)人員要使用GNSS（全球定位系統(tǒng)）流動(dòng)站，對(duì)松鋪高程、壓實(shí)高程等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)化、全程化監(jiān)測(cè)，GNSS（全球定位系統(tǒng)）會(huì)自動(dòng)計(jì)算出高程偏差，并獲取精確的攤鋪橫坡，然后，將這些數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸?shù)?D攤鋪控制系統(tǒng)中，由該控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)地修正和管理。第二，溫度監(jiān)測(cè)。為了進(jìn)一步提高攤鋪施工操作的規(guī)范性和合理性，要對(duì)運(yùn)輸、松鋪、壓實(shí)處理后的瀝青料的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)化、全面化監(jiān)測(cè)。第三，平順性監(jiān)測(cè)。當(dāng)壓實(shí)養(yǎng)護(hù)操作結(jié)束后，通過(guò)利用平順儀，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程平順性的精確化監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)?？傊瑸榱诉M(jìn)一步提高工程攤鋪施工質(zhì)量，施工人員要嚴(yán)格按照攤鋪控制施工工藝，將瀝青混凝土路面施工工作落實(shí)到位，從而提高施工操作的規(guī)范性和合理性。攤鋪控制施工流程如圖5所示。

圖5：攤鋪控制施工流程

4.4.2 攤鋪施工程序

加速車道、進(jìn)場(chǎng)道路以及服務(wù)道路在進(jìn)行攤鋪施工期間，要結(jié)合道路實(shí)際寬度，利用攤鋪機(jī)，做好聯(lián)鋪工作，其次，VDA區(qū)域在進(jìn)行攤鋪施工期間，要選用3臺(tái)攤鋪機(jī)，開(kāi)展聯(lián)鋪?zhàn)鳂I(yè)，確保攤鋪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，能夠沿著“品”字形進(jìn)行移動(dòng)，使得縱向接縫降到最低。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，瀝青混凝土路面施工工作取得了圓滿成功，而這得益于3D攤鋪技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)利用該技術(shù)，可以借助地表數(shù)據(jù)，完成對(duì)三維電子數(shù)據(jù)圖的構(gòu)建，充分發(fā)揮和利用RTK水平精度和高程精度，使得工程施工攤鋪精確度得以大幅度提高，從而幫助施工單位取得較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，3D攤鋪技術(shù)具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。