3D摊铺技术在高速公路养护工程中的应用_陈广辉.pdf

54标 准技术/Standa rd Tec hnol ogy3D 摊铺技术是近年来国内打造高速公路智能化应用较多的技术之一。目前，该技术在高速公路面层、基层和底基层中均有应用，且朝着标准化、数字化和智能化方向发展。在进行高速公路线形恢复的养护工程中，通常采用拉钢丝绳或平衡梁的方式进行路面摊铺施工，但这两种方法存在各自的不足：第一种方法受人为误差影响大，平顺性控制较差；第二种方式不能够控制标高。因此，在高速公路进行不均匀沉降路面摊铺时，采用最新的 3D 摊铺技术进行线形恢复。3D 摊铺技术通过结合 GNSS-RTK 和激光定位两种技术的特点，配合专业化软件和控制系统，实现对摊铺过程面层厚度的准确控制、摊铺路段实时定位，实现施工过程的智能化。文章以 ABG 摊铺机型为例，分析了 3D 摊铺技术在高速公路养护工程不均匀沉降处治中的应用效果，为其他类似工程的实施提供参考。1 传统沥青路面摊铺分析传统的摊铺基准通常采用架设钢准绳的方式进行。在架设刚准绳过程中，采用的是国家高程标准，具有较高的准确性，但实际布设时受施工人员、自身重量和测量过程等多因素影响，不可避免地降低了面层摊铺的平整度。进一步，传统的人工操作摊铺施工还存在问题如下：采用钢准绳进行厚度控制施工时，花费时间和人力较多，施工过程中容易受外部环境影响。准绳的架设需要专门的测量人员去放样、水准测量，并需要辅助人员去架设。摊铺施工时，有大量的辅助人员以及车辆在工地附近活动，使得准绳被破坏的可能性大大增加，从而导致摊铺出现错误。同时，由于准绳本身的弹性问题，使标高只有在桩的位置处是准确的，但是两个桩之间误差较大。平顺性的控制通过平衡梁：通常来说沥青面层摊铺采用平衡梁对控制摊铺的平顺性作用较大，但不能兼顾对标高的控制。施工过程中需要较多的测量人员进行测量准备，同时连续施工人员的疲劳和大量的工人，不可避免地会增加施工出现错误和事故的几率，存在安全隐患。采用传统摊铺增加了面层材料的浪费。相比 3D摊铺及时，人工施工的精度和效率与设计存在一定偏差，这也导致了面层材料使用量。2 3D 摊铺技术施工方案2.1 3D 摊铺系统工作原理为解决传统摊铺的不足，3D 摊铺系统利用卫星定位，激光控制等先进技术手段，结合优化的数据设计、摊铺机的找平原理，通过对摊铺机工作过程中的精确控制，达到实际摊铺面符合设计面的最终目标，从而在平整度、平顺性、厚度控制等方面远远超出传统施工方式。3D 摊铺系统工作包括测量和高程控制两个方面，具体情况见表 1。2.2 3D 摊铺施工工艺（1）高速公路路面 3D 模型建立。根据构建的数字化路面模型，结合已有的路线数据，获取高速公路线形不良段落的分布情况，精确地绘制相应段落的平面图和纵断面、横断面图。然后使用 CAD 进行养护方案的设计，具体内容包括纵横坡的调整、路面的加铺方案等。在完成不同养护方案的设计后，将调整后的路线数据导入数字化路面模型中。将数字地面模型提供的相关数据输入计算机，计算不同养护设计方案的工程量，对每个方案的各种指标进行分析和比较，最后使用计算机进行详细的设计文件或图纸输摘要：在软土路基上修筑的高速公路后期路面容易出现不均匀沉降，导致高速行车时车辆颠簸及跳车，危及驾驶人安全。传统的摊铺技术主要依靠操作人员的经验进行施工，不能根据实际路面的情况精确控制施工过程及保证路面施工质量。为了较好的恢复路面线型，提高路面平整度，采用最新的 3D 摊铺技术进行起伏路段的线形恢复。根据现场检测结果表明，路面线形恢复良好，能够有效提高路面的行驶舒适性。关键词：3D 摊铺；高速公路；线形恢复陈广辉，张苏龙3D 摊铺技术在高速公路养护工程中的应用（江苏东交智控科技集团股份有限公司，江苏 南京 210049）55S t a n d a r d T e c h n o lo g y/标 准技术出工作。表 1 3D 摊铺系统原理分析系统组成组成工作过程测量系统基准站、激光发射器和流动站系统工作时，基准站通过无线电发射器实时向流动站接收机发送差分信号，同时激光发射器实时向流动站发射高程信息；流动站接收机系统分别将接收到的天空中GPS 卫星信号、基站发送的差分信号和激光发射器发射的高程信息，进行处理解算，实现实时的平面厘米级和高程毫米级定位。3D 摊铺自动控制系统基准站、激光高程基准站、流动站和摊铺机自动控制系统架设在控制点上的 GPS 基准站和激光基准站，将 GPS 差分信号和激光高程信息通过无线数据传输电台和线缆（激光高程信息）传输到接受机，在对接收到的数据进行处理后，又实时的将三维坐标数据传输到控制箱，控制箱将获得的当前三维坐标信息与控制箱中的设计数据进行对比，生成相应的高程修正信息，这些信息再由控制箱对应生成相应的比例驱动信号，通过液压阀驱动摊铺机牵引臂液压油缸使熨平板进行相应方向的调整，从而使摊铺道面产生坡度和高程变化，弥补路面波动，实现设计要求的路面平整度和厚度。同时，流动站实时监测路面摊铺状况，真正实现过程监控施工，满足摊铺设计要求。在施工前对高速公路处治段落采用 RTK 确定平面坐标，并结合设计高程生成施工段落的三维数字模型，作为 3D 摊铺施工的依据。详细的测量工作对提高路面施工精度有重大的意义，建立 3D 模型所用数据如下表 2。表 2 K164+475K164+790 三维坐标（硬路肩）桩号RTK 测量平面坐标设计高程XYZK164+4751003.616984.86461.688K164+5151009.187945.28661.555K164+5551014.477905.62081.419K164+5951019.527865.97291.283K164+6301023.839831.05591.261K164+6701028.233791.29271.326K164+7101032.514751.42021.470K164+7501036.413711.62921.673K164+7901040.048671.59911.878（2）3D 摊铺系统设备准备。本次施工所采用的3D 摊铺系统的主要设备组成如下表 3。表 3 3D 摊铺设备组成清单序号设备名数量主要功能1GPS 基准站1引导控制设备定位2控制箱1控制系统，控制摊铺机按照预设模型进行摊铺3激光发射器1精准发射高程坐标，控制纵断面线型4流动站1随时校准路面高程是否满足要求5天线和激光接收器2接收激光发射器信号6配套软件1控制系统7摊铺机（ABG 423）1进行 3D 摊铺（3）3D 摊铺施工工艺。布设激光发射器控制点。本次试验段所使用的激光发射器有效控制距离约为 80 m，为了使摊铺过程中的沥青铺面具有高度的平顺性，在段落内共布设了 5 个激光发射器控制点。采用封闭行车道及硬路肩施工、超车道通车的交通组织方案，受到场地限制，控制点仅能布设于行车道外侧。由于控制点距离超车道较近，为了保证行车安全及激光发射器不受干扰，三脚架一侧需架设在摊铺作业面内。路面铣刨。在进行路面铣刨前，需对原路面高程进行复测，并与设计高程进行对比，确定段落内各点的铣刨厚度；铣刨后对铣刨面再次进行高程测量，与设计高程进行对比，如表 4 所示。确定中面层 SUP-20 摊铺厚度基本控制在 6 cm 左右，松铺系数为 1.2。表 4 铣刨后高程数据对比（硬路肩）桩号设计高程铣刨后路面高程路面总摊铺厚度（cm）中面层 SUP-20 拟摊铺厚度（cm）K164+6001.2611.1639.85.8K164+6201.2581.15810.06.0K164+6401.2701.1838.74.7K164+6601.3021.2059.75.7K164+6801.3541.2510.46.4K164+7001.4271.3210.76.7K164+7201.5191.41210.76.7K164+7401.6211.51410.76.7K164+7601.7241.62410.06.0K164+7801.8271.7349.35.3平均值9.65.6路面摊铺。待上述准备工作准备就绪后即可开始进行 3D 摊铺作业，在摊铺过程中，技术人员通过流动站实时监测摊铺后的路面高程，保证摊铺高程的精度。3 3D 摊铺实施效果分析（1）纵断面线型测量。3D 摊铺施工完成后对中面层 SUP-20 表面进行高程测量，并对测量数据进行对比分析，分析结果如图 1。图 1 纵断面线型对比从纵断面线型分析可知：中面层 SUP-20 摊铺后纵断面线型平顺，与设计高程基本一致，纵断面线型恢复较好。（2）横坡数据分析项目组在对原路面进行前期高程测量时发现，由于路面不均。匀沉降导致试验段路面横坡存在一定的波动性，且大部分横坡已不满足设计要求，在进行 3D 摊铺时，对路面纵断面线型进行恢复的同时，对横坡一同进行恢复，横坡数据分析如图 2 所示。通过摊铺前后横坡数据对比可知：原路面横坡波动性较大，对路面行车舒适性及行车安全产生一定影响；通过 3D 摊铺后，路面横坡被调整至 2.0%，能够较好的保证路面平顺性。（下转第 58 页）58标 准技术/Standa rd Tec hnol ogy成热能来保持温室内部的温度，既可调节棚内的气温，又可节省能耗，为今后推广利用生物质能具有一定的参考价值。其在空调中的运用和太阳能的使用相似。其直接利用方法是：利用生物能转换成热能，带动溴化锂吸收式空调器，以保持房间温度和湿度。其直接应用模式是：采用生物质能技术，然后以电力作为动力的电制冷器，广泛地用于住宅、办公和综合建筑。由于生物质能的品种多样、特性多样，具有多种发展潜力，因此具有很好的发展潜力。当前的发展方向有电、热、碳、天然气、石油等。生物质能在各个领域都有应用，以推动国家的发展。在暖通空调方面，要与时俱进，把生物材料的优势发挥出来。今后的发展重点，将是对生物质能进行综合利用，而不是单纯地使用。利用生物能和其他可更新的能源进行整合，可以使整个能源体系达到最好的利用效率，而生物能是最强大的能源来源。还可以推动其他可更新的资源开发。例如：生物质能与太阳能的互补性利用，协同性的可再生资源应用使得资源利用效率大大提升，也保证了暖通空调系统的运行效果。生物质能在采暖系统中的运用，主要有三条途径。第一个方案是将生物能转换成洁净的热量，直接提供给暖通空调系统。第二类是通过将生物物质转换成电能来实现对采暖和空气调节的控制。第三种方法是将生物能与其他能源结合起来，从而达到将热量和电力转换为一体的发电。展望“十四五”时期，我国的生物质能产业将会持续稳定的发展，生物质能的洁净供暖得到迅速发展，并有可能向产业化、规模发展。3 结论由此可以看出，当今世界面临着巨大的能源消费压力，发展新能源与可再生资源势在必行，在新能源开发中应严格评估、合理规划、构建低碳结构、调整产业结构、加强前期地质勘探工作。开发太阳能、风能、潮汐能等新型可再生能源，确保供热管网的正常运转，推动工业的快速发展，为企业提供科学的新能源计划和长期的可持续发展。作者简介：师向锋（1986-），女，籍贯：甘肃兰州，学历：本科，职称：中级工程师，研究方向：建筑环境与设备工程。参考文献：1 路学明.新能源与可再生能源在暖通空调系统中的实践探究 J.居业,2022(01):180-182.2 吴剑林,李怀,于震,等.某近零能耗办公楼暖通空调系统优化运行分析 J.建筑科学,2020,36(06):35-41.3 于洋.关于暖通空调系统节能技术的研究综述J.四川建材,2019,45(07):159-160.图 2 横坡数据对比分析图4 结论（1）在进行 3D 摊铺前，首先要掌握路面的平面坐标及设计高程数据，根据三维数据对摊铺的路面进行三维建模，为 3D 摊铺提供依据。（2）结合养护工程现场施工场地的特点，场地较小、行车车辆的干扰，应尽量将激光发射器架设于空旷地带，并尽可能抬高架设高度，减少车辆及施工设备对发射器的影响。（3）采用 3D 摊铺技术的路面纵断面线型平顺，与设计高程基本一致，纵断面线型恢复较好，路面横坡被调整至 2.0%，能够较好地保证路面平顺性