邱海兵　盧繼乾　李波

摘要 高速公路瀝青路面施工質(zhì)量關系到通車運行的安全性和舒適性。目前瀝青路面壓實施工主要依靠人工駕駛壓路機進行作業(yè)，受限于瀝青路面施工練習作業(yè)、夜間施工以及駕駛員本身的技術與經(jīng)驗，壓實質(zhì)量波動較大。采用先進無人化攤鋪碾壓技術可以有效避免壓實質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，同時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)濟效益。

關鍵詞 瀝青路面；無人化；攤鋪技術；應用

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0138-03

0 引言

隨著我國科學技術的迅速發(fā)展，高速公路建設行業(yè)由傳統(tǒng)作業(yè)方式逐漸向智能化、信息化、無人化方向轉(zhuǎn)變，也是建設行業(yè)發(fā)展趨勢。新技術的廣泛推廣應用有助于提升工程建設管理精細化水平，促進標準化施工工藝落實，為高速公路建設降本增效發(fā)揮重要作用。該文主要介紹瀝青路面無人化攤鋪施工技術的系統(tǒng)組成和技術要點及成功應用的經(jīng)驗。

1 無人化攤鋪技術

1.1 目前狀況

以美國為代表的發(fā)達國家20世紀70年代開始無人駕駛汽車的研究，我國無人駕駛汽車的研究起步較晚一些。整體來說，工程機械無人化借鑒了汽車無人化研究的經(jīng)驗和形成的元器件，針對工程機械的無人化應用還在試點和推廣過程中。

國內(nèi)多個機構(gòu)和公司都已陸續(xù)推出了無人化作業(yè)的振動碾壓機，目前處于研發(fā)測試、試點應用階段。

1.2 技術優(yōu)勢

（1）施工安全方面。安全是工地重中之重，無人駕駛采取多套安全措施提高了現(xiàn)場施工安全性，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。無人駕駛通過北斗高精度定位技術實現(xiàn)對施工碾壓軌跡的精準控制，保證了道路施工的一致性，有效地避免了人為往復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致的碾壓質(zhì)量問題和返工。

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

（4）工程效益方面。無人駕駛通過準確計算、精準控制、人員優(yōu)化等手段，有效地節(jié)省了空調(diào)、設備啟停油耗，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，避免了人為操作導致的返工支出和材料浪費支出。

1.3 無人化施工系統(tǒng)

整個無人機群控制主要從傳感系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、機群路徑規(guī)劃與決策系統(tǒng)、動態(tài)控制系統(tǒng)、后臺監(jiān)控系統(tǒng)等五個方面入手，涉及硬件安裝測試和算法程序開發(fā)，無人化施工系統(tǒng)詳見圖1。

1.4 無人化施工模塊

該機群系統(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、后臺監(jiān)測模塊等五大部分組成。綜合利用高精度GPS（北斗）定位技術、慣性導航技術、障礙物識別技術，為設備提供行駛路徑引導與控制信號，控制設備各工作系統(tǒng)動作，完成既定的行駛、轉(zhuǎn)向、工作裝置作業(yè)等任務。同時，利用RFID、3G/4G、Wi-Fi、局域組網(wǎng)等技術手段實現(xiàn)將數(shù)據(jù)回傳服務平臺，利用大數(shù)據(jù)分析，結(jié)合作業(yè)業(yè)務，提供實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、遠程控制、壓實管理等功能[1]。

1.5 無人化主要設備

綜合利用高精度GPS（北斗）定位技術、慣性導航技術、障礙物識別技術，為設備提供行駛路徑引導與控制信號，控制設備各工作系統(tǒng)動作，完成既定的行駛、轉(zhuǎn)向、工作裝置作業(yè)等任務，無人化設備關聯(lián)圖詳見圖2。

1.6 無人化施工技術要點

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

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

（2）移動一體式自組網(wǎng)技術。在無人機群通訊系統(tǒng)設計時，Mesh自組網(wǎng)設備以其自由靈活的特點，在滿足傳輸條件的前提下，通過自組網(wǎng)設備具有的網(wǎng)絡自愈、路徑選擇、網(wǎng)絡負載均衡等特有功能，可以快速自建一個無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)圖像、語音、數(shù)據(jù)、控制等信號傳輸。

機群壓路機與壓路機節(jié)點間的通信：發(fā)送和接受壓路機實時的行駛速度、相對位置等所有與行駛狀態(tài)相關的數(shù)據(jù)，用于分析和預判其他壓路機的駕駛行為。

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

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

管理人員與云平臺的通信：管理人員可以通過云平臺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，對無人機群施工、壓實工藝進行進一步研究。

（3）機群智能診斷技術。故障自診斷系統(tǒng)：利用數(shù)據(jù)采集單元完成壓路機動態(tài)數(shù)據(jù)采集，實時監(jiān)控壓路機狀態(tài)，基于模式識別、知識推理的診斷方法，利用故障對策表，使用隨車故障診斷單元進行單一參數(shù)或典型故障診斷。

機群遠程監(jiān)測系統(tǒng)：應用網(wǎng)絡通信技術對遠方的壓路機進行監(jiān)視，采集和記錄壓路機作業(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)，存儲在遠程監(jiān)測控制站數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

機群遠程診斷系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學模型和現(xiàn)代控制理論，基于數(shù)值和算法，應用神經(jīng)網(wǎng)絡、人工智能構(gòu)建遠程診斷專家系統(tǒng)，進行多參數(shù)、多故障綜合診斷。

機群遠程會診中心：為設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，實現(xiàn)復雜系統(tǒng)快速、及時、正確的診斷和維護。

2 攤鋪碾壓工藝

2.1 主要工序

瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓，無人化攤鋪技術應用主要在攤鋪和碾壓兩道工序，分別采用無人壓路機、無人攤鋪機設備。

2.2 碾壓參數(shù)

（1）靜壓：雙鋼輪振動壓路機前進時靜壓，后退時高頻低幅（弱振）1遍。

（2）振壓：雙鋼輪振動壓路機高頻低幅（強振）2遍。

（3）碾壓：膠輪壓路機碾壓4遍。

（4）收光：雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍。

（5）收邊：采用小型雙鋼輪壓路機收邊。

2.3 碾壓速度

振動壓路機應勻速進行碾壓作業(yè)，碾壓速度與壓路機類型、碾壓組合和遍數(shù)等有關，該項目碾壓速度見表1。

2.4 碾壓工藝

（1）初壓應從路面外側(cè)向中心碾壓，有坡度的路面應從低處向高處碾壓。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，應向碾壓輪灑少量水，減少粘輪現(xiàn)象，嚴禁使用油性液體。

（2）復壓和初壓工序應緊密銜接，碾壓過程中壓路機不得隨意停頓。每次碾壓長度宜控制在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）終壓緊跟在復壓后進行。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直尺逐尺檢測平整度，并做好記錄；對平整度不滿足規(guī)范要求的段落進行復壓，直至達到規(guī)范要求。

（4）攤鋪路段的起始折返位置應隨攤鋪機前進而推進，橫向呈階梯形。

（5）壓路機起動和停止時應減速緩行，嚴禁在未碾壓成型路段上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、加水或停留，嚴禁突然變速或剎車。

（6）在當天成型的路面上，嚴禁停放各種機械設備或車輛，同時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)場管理人員及技術人員隨時檢查施工質(zhì)量，及時對不符合設計要求的部位進行必要的處理，保證成品質(zhì)量符合規(guī)范及設計相關要求。

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

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

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

3.2 接縫處理

（1）相鄰兩幅及路面層間的橫縫位置應錯開2 m以上，不得設在同一斷面上。

（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，新舊接縫處應保持干燥，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

施工過程及施工完成后，要及時按照規(guī)范要求開展以下項目的檢測：當瀝青拌和站連續(xù)生產(chǎn)時，每天上午和下午各取1次瀝青混合料測定級配、油石比、馬歇爾穩(wěn)定度、流值、標準密度、最大理論密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等指標，必要時對動穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比等進行檢測。碾壓成型后需要對壓實度、厚度、現(xiàn)場空隙率、平整度、寬度、縱斷面高程、橫坡度、滲水系數(shù)、上面層抗滑、離析情況等項目檢查。

壓實度檢測是對攤鋪和碾壓施工工藝的驗證，壓實度檢測應鉆孔取芯進行檢測，抽檢壓實情況應采取壓實度和空隙率兩個指標進行綜合控制，兩個檢測指標的計算采用當天的馬歇爾試件密度作為標準密度和最大理論密度，且兩種密度與配合比設計時兩種密度的偏差必須小于1%。采用當天的馬歇爾試件密度作為標準密度時，現(xiàn)場復壓溫度應與試件成型溫度保持一致。取芯的位置宜選擇在路面標線處，取芯時配合灑水車對取芯污跡沖洗干凈，取芯的坑洞應用混合料進行回填并夯實。

以上檢測結(jié)果應逐項與標準規(guī)范及設計圖紙要求核對，確保以上指標全部滿足相關要求。

5 交通管控和防污染控制

在關鍵路口設立明顯的交通指示牌，引導運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行。試驗段鋪筑完成后，設立明顯的禁行標志，嚴禁任何車輛在上面通行。

瀝青面層施工時，所有運輸車輛油箱須用塑料布包封，防止漏油；對到達攤鋪現(xiàn)場的運輸車輪胎進行沖洗，防止泥土帶入攤鋪面。

壓路機使用前，須對壓路機水箱進行清洗；檢查機械設備，防止漏油。鋼輪壓路機使用前，應在土工布上來回碾壓數(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

通過應用智能先進的瀝青路面攤鋪機械設備，有效代替人工作業(yè)進行高精度、高強度的施工作業(yè)，已經(jīng)成為目前高速公路建設行業(yè)的發(fā)展方向。通過下面層試驗段施工總結(jié)，各項檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，說明無人化施工技術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人化機械攤鋪設備施工技術應用，采用先進技術實現(xiàn)攤鋪碾壓無人化作業(yè)，提高了施工效率，保障了碾壓質(zhì)量，同時便于夜間作業(yè)和現(xiàn)場管理。

參考文獻

[1]閆考. 徐工無人集群裝備首次用于高速路面養(yǎng)護施工[J]. 中國公路， 2021（18）： 76.

[2]孫紅， 王桂冠， 鄭云方. 鋼渣瀝青混凝土上面層施工技術[J]. 城市建筑， 2016（32）： 89-90.

[3]蘇濤. 瀝青道路施工技術在道路工程中的應用[J]. 中國房地產(chǎn)業(yè)， 2018（34）： 187.