溧宁高速沥青路面智能摊铺碾压技术应用研究

薛 华，孙明祥，陈光林，汤 勤

(1.常州交通建设管理有限公司，江苏 常州 213024;2.江苏省交通工程集团有限公司，江苏 镇江 212000)

1 引 言

随着智能控制和5G传输技术的推广，公路施工设备的迭代更新正在加速实现，智能控制系统通过无线传输进行工程机械的远程控制已成为现实，近年来公路工程应用较多的有3D精铣刨控制、三维打印施工技术以及远程起重安装控制技术等。

对于高速公路路面智能化施工，在溧宁高速公路全国首次全面推广应用之前，早在2016年三一重工就已经投入研发用于沥青路面的智能压实设备软件及硬件。

智能摊铺碾压工艺之所以得到施工技术人员的青睐，主要是这项工艺解决了如下问题。

(1)由于压路机驾驶环境的特殊性，驾驶人员容易产生疲劳，特别是在碾压振动过程中以及高温情况下，驾驶条件更加艰苦，很多压路机操作人员转岗改行，造成人员紧缺。因此,智能施工中的压路机无人驾驶便成为解决这些问题的有效途径。

(2)路面压实遍数的控制是一个难点，非常容易出错，通常情况下，需要专人负责统计压实遍数或者驾驶员进行遍数统计，但是由于人工统计容易出错，实际压实遍数与设定的压实遍数严重不符。当采用智能碾压时，统计碾压遍数由系统自动完成，不会出现错误。这样，既不会因超压产生额外成本，又能确保压实度满足要求。

(3)由于人工控制的压路机轨迹难度大，造成压路机相邻两遍之间重叠面积控制不准确，可能产生超压，另外，路面边缘(中间路缘石以及路肩)部位碾压效果达不到要求。而智能压实轨迹由计算机控制，能够精准地对行进路线进行控制，优化行进路径，保证压实效果。

(4)传统的碾压施工温度控制由人工控制，不能时时了解温度的变化，特别是在较低温度季节施工，更是存在这样的问题。智能压实系统对沥青混合料的温度做到了时时监控，有利于碾压质量。

(5)传统的碾压施工以碾压遍数的唯一方式来判断路面压实状况。智能碾压引入了智能压实度的定量指标，可以点点检测压实度，实现了碾压遍数与智能压实度的双控。

2 路面智能摊铺碾压技术原理

2.1 无人驾驶压力机

实现无人驾驶所应用的技术是将卫星接收系统、5G技术通信原件、短波连接通讯机和接收天线等设备安设在摊铺机上，对压路机进行自动控制系统改造，主要是安设行进和倒车系统控制元件以及油路自动控制元件，其转向系统则通过自动转向控制电机以及电磁阀。然后，利用计算机的处理器和预设的控制程序以及信号命令交换系统等环节来控制摊铺机和压力机，从而达到无人驾驶的数字智能功能。

2.2 智能数字控制体系

智能数字控制体系的工作原理是，安设在摊铺机上的施工范围内数据收集系统对施工区域的施工轨迹进行采集收集[1]，然后，通过短波时时通讯联络功能将这些轨迹电信号传输到便携式5G联络站体系，这一体系再把这些轨迹情况转接至便携电脑，然后便携电脑根据预设的程序规则自动绘制生成压力机施工范围，同时，分别指令机群中的所有压力机中的短波联络系统，使其按指令完成施工区域的碾压工作，从而实现智能压实操作。操作系统的基本控制单元见图1。

图1 智能施工控制体系

(1)智能数字化压实的控制体系元件或设施：由手机APP端或电脑监控端、5G数字化高速传输网络和控制与监控程序等组成。

(2)便携式联络通讯站点：是由卫星定位系统及卫星导航系统终端、电源、5G通讯元件、短波无损通讯的接收装置以及自动方位控制装置等组成定位系统。

(3)智能数字化摊铺系统：由控制电脑设备、全球卫星定位与导航终端设备、5G传输与联络设备、短波无损通讯设施和便携式5G通讯基准站点体系一同组成了摊铺机行进轨迹采集体系。

(4)智能压实实现机群组：在一定数量的压路机上安装控制用电脑、卫星信号收集器、5G联络元件、短波无损联络通讯机以及电台信号接收设备。

2.3 卫星信号削弱时的自动化控制体系

当卫星信号变化或者进入信号接收盲区的时候，再通过上述方法进行控制会造成机群控制失控现象，因此，在智能施工体系，必须做备用方案。比如，当信号全无时，可以利用摊铺机或者压力机在行进中遇到的障碍物(侧方障碍物)之间的静矩来规划压力机轮迹带的行进方向，并通过短波无损体系来辨别前方障碍物或智能摊铺机的远近，从而来确定压力机的行驶距离，并通过这些距离数据分布情况，来确定每个压力机的行进速度，这样，就可以在没有任何信号的情况下对压力机和摊铺机进行数字控制了。

3 溧宁高速公路路面智能压实施工的实现

溧宁高速公路是江苏省重点高速公路之一，起点自常州市溧阳南渡镇，重点为高淳漆桥镇，全长36 km，双向四车道设置，全程路面施工采用三一重工的全自动智能数字化摊铺控制机械组合，通过智能压实控制，实现了路面质量的整体提升。

3.1 智能数字化体系应用

通过安装在智能摊铺机上的施工区域采集系统，把该系统收集的施工压路机行进轨迹通过短驳联络线传递给无人驾驶压路机的监测体系，监测体系根据数据分布情况结合预设的施工计划需要，再形成实时展现的现场压实范围区域，然后再通过基准站点的位置确认定位体系，转发给远程控制天线，随之，机群中的压路机便可以无损接受到命令信号，按预设参数展开施工作业。

3.2 施工操作要点

(1)为了能够确保智能摊铺机施工控制系统稳定，必须首先保证电源供电系统稳定，其次是在设定压路机压实操作行进轨迹参数时，应确保摊铺机上安设的全球卫星定位系统、北斗卫星导航系统以及全球卫星导航系统的终端参数设置准确。

(2)每当一个新的施工区域设置完成便携式5G通讯传输基站以后，都需要检查电源供电参数、全球卫星定位导航参数、北斗定位参数以及各种连接线设施是否畅通。

(3)智能摊铺机和压力机群中的各设备及部件应完好无损，性能优良，设备所需油料、水位等满足要求，便携式控制电脑、定位体系、短波通讯体系、远程传输线路、测距感应器、雷达系统、转向装置以及红外测距仪等必须通视。

3.3 压路机压实轨迹带控制

对于碾压宽度的控制。溧宁高速公路为双向四车道高速公路，沥青路面单幅设计宽度为10.5 m，摊铺时，由2台压路机分布负责摊铺宽度的一半并排进行碾压施工，并采用3条碾压施工区域施工，每个碾压区域带宽为1.75 m，2台压路机重叠宽度为0.25 m，满足施工技术规范的要求。具体施工布置如图2所示。

图2 碾压轨迹

对于碾压段的长度设计。根据每天作业计划安排，合理安排碾压段长度，碾压循环设计如下。

在第一次碾压循环中，其开始点自摊铺机熨平板后起计2.5 m左右为第一循环的第一个碾压区域，其总长按25 m计，第一个碾压循环中紧跟碾压的第二条压实段长度，还是按摊铺机熨平板后起计2.5 m左右开始；第一碾压循环中的后续压实段长度都是如此。

在第二次碾压循环中，其第一条碾压区域压实段长度距离第一次碾压循环的终点1.5 m左右，紧跟第一循环碾压。第三次碾压循环则重复以上操作。

在这里，还需要强调的是，在无人驾驶压路机轮迹轨迹监控时，还会对路面边缘边角处的压实进行轮迹监控。

3.4 碾压遍数的统计

电脑根据压路机的行驶轨迹，判断碾压遍数并输出至显示面板中，同时，存储记录。碾压遍数的统计有助于保证碾压到位。

3.5 碾压温度的监控

通过安装在压路机上的温度传感器，实时采集沥青混合料的温度信息，给技术人员提供碾压信息，如果出现异常，及时进行处理。

3.6 碾压速度的控制

安装在压路机上的速度传感器根据压路机行驶的距离、位置和时间信息来确定压路机的行进速度，保证路面碾压的均匀性。

3.7 智能压实度的监测

智能压实度[2]的监测是智能压实中的一项非常重要的创新点。智能压碎值是指压路机振动时其激振力与路面反弹力的比值，其大小在一定程度上反映了路面的压实情况。

以溧宁高速公路路面碾压8遍的情况计算，因第1遍时，沥青混凝土松散，无法采集智能压实值，从第2遍开始至第6遍，智能压实值逐渐从30～60递增，经检测压实度在95%左右，而第6遍至第8遍，智能压碎值从60～75递增，经检测压实度在96%左右。

经试验，如果出现过压，则智能压实值会随遍数的增加而减小，原因是随着遍数的增加，路面压实度增加，硬度也增加[3]，反弹力增大，相当于智能压实值的获取已经失真，所以，可以根据这个原理来判断路面是否达到压实度。

4 结 语

溧宁高速公路采用的智能压实技术是国内首次将这一前沿技术应用于高速公路，通过应用，得出了这一技术对工程质量的提升确实起到了引领的作用。

(1)这一技术通过卫星定位与导航系统，实现了无人驾驶，使压路机能够按照预设的程序自动判断障碍物及边缘，自动形式判断里程桩号，自动停止制动，并且机群中所有设备能互相辨认和避让。

(2)通过行进路线判断能够确保路面边角的压实，通过温度的控制，确保碾压质量，通过速度控制，可以达到均匀碾压。

(3)通过激光测距，可以有效避免卫星信号缺乏时压路机的自动控制。

(4)通过智能压实值的采集，能够做到压路机对路面碾压效果的点点监控，避免漏压及不合格情况出现。

总之，智能碾压技术是未来路面施工质量保证的有利保证，值得推广应用。