陳廣輝，張?zhí)K龍

（江蘇東交智控科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210049）

3D攤鋪技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)打造高速公路智能化應(yīng)用較多的技術(shù)之一。目前，該技術(shù)在高速公路面層、基層和底基層中均有應(yīng)用，且朝著標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。在進(jìn)行高速公路線形恢復(fù)的養(yǎng)護(hù)工程中，通常采用拉鋼絲繩或平衡梁的方式進(jìn)行路面攤鋪施工，但這兩種方法存在各自的不足：第一種方法受人為誤差影響大，平順性控制較差；第二種方式不能夠控制標(biāo)高。因此，在高速公路進(jìn)行不均勻沉降路面攤鋪時(shí)，采用最新的3D攤鋪技術(shù)進(jìn)行線形恢復(fù)。

3D攤鋪技術(shù)通過(guò)結(jié)合GNSS-RTK和激光定位兩種技術(shù)的特點(diǎn)，配合專(zhuān)業(yè)化軟件和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攤鋪過(guò)程面層厚度的準(zhǔn)確控制、攤鋪路段實(shí)時(shí)定位，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的智能化。文章以ABG攤鋪機(jī)型為例，分析了3D攤鋪技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)工程不均勻沉降處治中的應(yīng)用效果，為其他類(lèi)似工程的實(shí)施提供參考。

1 傳統(tǒng)瀝青路面攤鋪分析

傳統(tǒng)的攤鋪基準(zhǔn)通常采用架設(shè)鋼準(zhǔn)繩的方式進(jìn)行。在架設(shè)剛準(zhǔn)繩過(guò)程中，采用的是國(guó)家高程標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的準(zhǔn)確性，但實(shí)際布設(shè)時(shí)受施工人員、自身重量和測(cè)量過(guò)程等多因素影響，不可避免地降低了面層攤鋪的平整度。進(jìn)一步，傳統(tǒng)的人工操作攤鋪施工還存在問(wèn)題如下：

①采用鋼準(zhǔn)繩進(jìn)行厚度控制施工時(shí)，花費(fèi)時(shí)間和人力較多，施工過(guò)程中容易受外部環(huán)境影響。準(zhǔn)繩的架設(shè)需要專(zhuān)門(mén)的測(cè)量人員去放樣、水準(zhǔn)測(cè)量，并需要輔助人員去架設(shè)。攤鋪施工時(shí)，有大量的輔助人員以及車(chē)輛在工地附近活動(dòng)，使得準(zhǔn)繩被破壞的可能性大大增加，從而導(dǎo)致攤鋪出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)，由于準(zhǔn)繩本身的彈性問(wèn)題，使標(biāo)高只有在樁的位置處是準(zhǔn)確的，但是兩個(gè)樁之間誤差較大。②平順性的控制通過(guò)平衡梁：通常來(lái)說(shuō)瀝青面層攤鋪采用平衡梁對(duì)控制攤鋪的平順性作用較大，但不能兼顧對(duì)標(biāo)高的控制。③施工過(guò)程中需要較多的測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量準(zhǔn)備，同時(shí)連續(xù)施工人員的疲勞和大量的工人，不可避免地會(huì)增加施工出現(xiàn)錯(cuò)誤和事故的幾率，存在安全隱患。④采用傳統(tǒng)攤鋪增加了面層材料的浪費(fèi)。相比3D攤鋪及時(shí)，人工施工的精度和效率與設(shè)計(jì)存在一定偏差，這也導(dǎo)致了面層材料使用量。

2 3D攤鋪技術(shù)施工方案

2.1 3D攤鋪系統(tǒng)工作原理

為解決傳統(tǒng)攤鋪的不足，3D攤鋪系統(tǒng)利用衛(wèi)星定位，激光控制等先進(jìn)技術(shù)手段，結(jié)合優(yōu)化的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、攤鋪機(jī)的找平原理，通過(guò)對(duì)攤鋪機(jī)工作過(guò)程中的精確控制，達(dá)到實(shí)際攤鋪面符合設(shè)計(jì)面的最終目標(biāo)，從而在平整度、平順性、厚度控制等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)施工方式。3D攤鋪系統(tǒng)工作包括測(cè)量和高程控制兩個(gè)方面，具體情況見(jiàn)表1。

表1 3D攤鋪系統(tǒng)原理分析

2.2 3D攤鋪施工工藝

（1）高速公路路面3D模型建立。根據(jù)構(gòu)建的數(shù)字化路面模型，結(jié)合已有的路線數(shù)據(jù)，獲取高速公路線形不良段落的分布情況，精確地繪制相應(yīng)段落的平面圖和縱斷面、橫斷面圖。然后使用CAD進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括縱橫坡的調(diào)整、路面的加鋪方案等。在完成不同養(yǎng)護(hù)方案的設(shè)計(jì)后，將調(diào)整后的路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)字化路面模型中。將數(shù)字地面模型提供的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案的工程量，對(duì)每個(gè)方案的各種指標(biāo)進(jìn)行分析和比較，最后使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)文件或圖紙輸出工作。

在施工前對(duì)高速公路處治段落采用RTK確定平面坐標(biāo)，并結(jié)合設(shè)計(jì)高程生成施工段落的三維數(shù)字模型，作為3D攤鋪施工的依據(jù)。詳細(xì)的測(cè)量工作對(duì)提高路面施工精度有重大的意義，建立3D模型所用數(shù)據(jù)如下表2。

表2 K164+475～ K164+790三維坐標(biāo)（硬路肩）

（2）3D攤鋪系統(tǒng)設(shè)備準(zhǔn)備。本次施工所采用的3D攤鋪系統(tǒng)的主要設(shè)備組成如下表3。

表3 3D攤鋪設(shè)備組成清單

（3）3D攤鋪施工工藝。①布設(shè)激光發(fā)射器控制點(diǎn)。本次試驗(yàn)段所使用的激光發(fā)射器有效控制距離約為80 m，為了使攤鋪過(guò)程中的瀝青鋪面具有高度的平順性，在段落內(nèi)共布設(shè)了5個(gè)激光發(fā)射器控制點(diǎn)。采用封閉行車(chē)道及硬路肩施工、超車(chē)道通車(chē)的交通組織方案，受到場(chǎng)地限制，控制點(diǎn)僅能布設(shè)于行車(chē)道外側(cè)。由于控制點(diǎn)距離超車(chē)道較近，為了保證行車(chē)安全及激光發(fā)射器不受干擾，三腳架一側(cè)需架設(shè)在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)面內(nèi)。②路面銑刨。在進(jìn)行路面銑刨前，需對(duì)原路面高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，并與設(shè)計(jì)高程進(jìn)行對(duì)比，確定段落內(nèi)各點(diǎn)的銑刨厚度；銑刨后對(duì)銑刨面再次進(jìn)行高程測(cè)量，與設(shè)計(jì)高程進(jìn)行對(duì)比，如表4所示。確定中面層SUP-20攤鋪厚度基本控制在6 cm左右，松鋪系數(shù)為1.2。

表4 銑刨后高程數(shù)據(jù)對(duì)比（硬路肩）

③路面攤鋪。待上述準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備就緒后即可開(kāi)始進(jìn)行3D攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，在攤鋪過(guò)程中，技術(shù)人員通過(guò)流動(dòng)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)攤鋪后的路面高程，保證攤鋪高程的精度。

3 3D攤鋪實(shí)施效果分析

（1）縱斷面線型測(cè)量。3D攤鋪施工完成后對(duì)中面層SUP-20表面進(jìn)行高程測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果如圖1。

圖1 縱斷面線型對(duì)比

從縱斷面線型分析可知：中面層SUP-20攤鋪后縱斷面線型平順，與設(shè)計(jì)高程基本一致，縱斷面線型恢復(fù)較好。

（2）橫坡數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目組在對(duì)原路面進(jìn)行前期高程測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于路面不均。勻沉降導(dǎo)致試驗(yàn)段路面橫坡存在一定的波動(dòng)性，且大部分橫坡已不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行3D攤鋪時(shí)，對(duì)路面縱斷面線型進(jìn)行恢復(fù)的同時(shí)，對(duì)橫坡一同進(jìn)行恢復(fù)，橫坡數(shù)據(jù)分析如圖2所示。

通過(guò)攤鋪前后橫坡數(shù)據(jù)對(duì)比可知：原路面橫坡波動(dòng)性較大，對(duì)路面行車(chē)舒適性及行車(chē)安全產(chǎn)生一定影響；通過(guò)3D攤鋪后，路面橫坡被調(diào)整至2.0%，能夠較好的保證路面平順性。

圖2 橫坡數(shù)據(jù)對(duì)比分析圖

4 結(jié)論

（1）在進(jìn)行3D攤鋪前，首先要掌握路面的平面坐標(biāo)及設(shè)計(jì)高程數(shù)據(jù)，根據(jù)三維數(shù)據(jù)對(duì)攤鋪的路面進(jìn)行三維建模，為3D攤鋪提供依據(jù)。

（2）結(jié)合養(yǎng)護(hù)工程現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地的特點(diǎn)，場(chǎng)地較小、行車(chē)車(chē)輛的干擾，應(yīng)盡量將激光發(fā)射器架設(shè)于空曠地帶，并盡可能抬高架設(shè)高度，減少車(chē)輛及施工設(shè)備對(duì)發(fā)射器的影響。

（3）采用3D攤鋪技術(shù)的路面縱斷面線型平順，與設(shè)計(jì)高程基本一致，縱斷面線型恢復(fù)較好，路面橫坡被調(diào)整至2.0%，能夠較好地保證路面平順性。