数字化坡度控制技术在公路边坡施工中的应用

2018-02-18龚加有陈随海唐小理陈文涛

建筑机械化 2018年8期

龚加有，陈随海，唐小理，陈文涛

（昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明 650500）

近年来，随着我国不断加大对公路建设的投入，公路工程行业得到快速发展，我国交通工程建设领域取得了巨大的成就。但现阶段我国公路边坡施工过程中表现出技术水平低、成本高、进度滞后、科技含量低、施工质量和安全无保障等特点。传统的施工方法已经不能完全满足公路边坡施工的需要，采用数字化坡度控制技术进行公路边坡施工可以实现施工过程数字化、智能化和可控化，具有能够提高施工的质量和安全，加入施工进度，降低施工成本等优点。

1 数字化坡度控制技术

1.1 数字化坡度控制技术的概念

数字化坡度控制技术是一种利用施工机械设备上配备的角度传感器，测量定位技术如 GPS、激光、声呐、全站仪等获取施工机械和施工工作面的相对位置，定位施工机械的铲刀、铲斗或滚轮等工作部件，根据数字化施工模型图、工地平面图、坡度信息等实现智能化坡度施工的技术。它是以信息数字化为基础，借助计算机仿真技术模拟施工，利用人工智能解决坡度施工的问题，从而有效地避免了人工施工的低效和失误的技术。目前数字化坡度控制系统是数字化坡度控制技术在公路边坡施工中运用的具体体现。

1.2 数字化坡度控制系统的工作原理

将经过处理的3D施工数据输入数字化坡度控制系统，利用定位技术定位铲刀、铲斗的精确空间位置，机械操作手可以根据驾驶室中控制箱显示的数字化施工模型图、铲刀或铲斗与施工工作面相对位置信息等进行施工。当实际工程接近设计工作平面时，边坡控制系统将通过施工模型图、数值和声音等信号提醒操作手重点关注铲斗与工作面相对的位置，引导操作手进行精确施工。

1.3 数字化坡度控制技术的优点

数字化坡度控制技术在公路边坡施工中利用数字化技术计算工程量，仿真模拟技术模拟施工，定位技术指导施工。与传统公路边坡施工方法相比，其采用科学合理的数据指导施工，具有能够提高施工的质量，减少安全隐患，提高施工的效率，降低施工的成本，加快施工的进度，减少返工等优点。

2 工程概况及施工重难点

2.1 工程概况

某干线公路的A1标段位于福建省三明市大田县梅山乡境内，公路自梅山德州至香坪，采用双向二车道，属于二级公路，本标段公路长12.16km，其中路基长9.17km，路基宽10m、桥梁5座，总长度为589m，涵洞35座，总长度为583.55m，隧道1座，长度为2 400m。

2.2 工程施工中的重难点

1）本工程项目所在地地质结构非常复杂、地形陡峭，山高谷深、施工过程复杂，但施工质量要求高。

2）本标段公路长度超过10km，工程量大，施工工期紧，但本地区雨水充足，严重影响施工进度。

3）本标段公路路基施工过程中存在大量的边坡工程，部分边坡工程量大，坡脚长，边坡施工难度大。

3 数字化坡度控制技术的特点及应用

3.1 提高公路边坡施工质量，实现施工质量目标

边坡施工是公路施工中的关键性控制点，其施工的效果将严重影响公路整体的施工过程。传统边坡施工主要依靠机械操作手的施工经验、感觉、视觉和测量员配合施工，施工精度低，超挖或者欠挖的现象严重，施工的质量不稳定。然而本工程项目公路边坡施工过程中采用数字化坡度控制技术施工，机械操作手操作安装数字化坡度控制系统的挖掘机可以在没有基准的情况下，根据驾驶室中控制箱显示的施工信息，自动或手动调整铲斗迅速提升至施工要求的高度进行边坡施工，实现精确控制施工坡度和深度，避免超挖或者欠挖，极大地提高了施工的质量，从而达到施工质量的要求。

3.2 提高公路边坡施工效率、加快施工进度

由于路堑边坡施工过程中坡度控制要求高，施工难度大，采用传统机械化施工过程中依靠他人指挥，需要多次测量反复定位，施工遍数多，在工程施工接近设计平面要求的时候，每遍施工都需要花费时间等待测量员测量和坡度检查，导致施工效率低，周期长，进度缓慢。本工程项目采用数字化坡度控制技术施工，施工过程中采用GPS等定位技术和数字化设计基准，无需等待测量员放样施工基准线，无需机械指挥员指挥，机械操作手根据驾驶室中的控制箱反馈的信息，可以在视力不及的盲区如晚上、雨天、大风扬尘等和没有监督的情况下精确完成边坡坡度和高程控制，一次施工就能达到施工精度要求。从而减少影响施工进度的因素和施工遍数，全面提升施工工作效率，确保工期内顺利完成公路施工。

3.3 减少施工资源投入，降低施工成本

公路边坡的特点决定了其施工精度要求高，传统机械施工过程中对操作手要求高，需要经验丰富的挖掘机操作手才能胜任边坡施工工作，市场上经验丰富的挖掘机操作手数量少且聘请费用高，施工过程中需要测量员长时间在施工现场辅助施工，导致施工人工成本高。由于施工精度低，施工过程中经常出现超挖或者欠挖的情况，需要施工多遍或者导致浪费材料才能达到精度要求。施工周期长，无形中增加了人工成本和机械使用成本。本工程采用安装了数字化坡度控制系统的挖掘机进行施工，施工过程中不再依靠施工桩，普通操作手可以在无人指挥的情况下，利用坡度控制系统能够操作铲斗精准施工，一次施工达到施工精度要求标准。因此可以减少坡度检测导致的人工和机械成本，降低施工人员数量和经验要求，减少施工遍数，从而降低施工的成本，最终实现准确、高效地达到施工要求。