无人驾驶振动智能碾压机在土石方碾压工程的应用

夏冰泉 许新良 中交上海航道局有限公司

碾压工程是土石方施工中增强土石方密实度的一种常见地基处理方式，传统碾压方式平整度和碾压遍数不易控制，容易造成“漏压”，碾压效率受限，施工质量无法保证且所需劳动力数量多。因此，通过依托在长江干线武汉至庆安段6米水深航道整治工程施工Ⅲ标段的碾压试验开发，研究出更自动化、智能化碾压方式进行施工作业对工程质量及施工进度有重要意义。

1.工程概述

本工程建设内容主要包括：整治工程、生态工程、建设期维护工程、航标及配套工程及临时工程。主要位于湖北省鄂州市戴家洲水道、湖北省黄冈市鲤鱼山水道、江西省九江市张家洲水道，施工区域总跨度约150km。工程建设标准：6.0m×200m×1050m（水深×航宽×弯曲半径），部分重点碍航滩段航宽不低于110m，设计最低通航水位年保证率为98%。

本工程共有7个单位工程，其中，张家洲洲头守护工程主要包括枯水平台、陆上护坡和水下护底三个部分。陆上护坡包含土石方碾压整平工序，工程量高达7.5万平方米，整平面积大，施工强度高。

2.工作机理

2.1 机械概念

无人驾驶振动智能碾压机自动系统在碾压过程中能自动行驶与速度控制、自动转向、自动制动以及自动振动。同时实现振动碾压自动作业路径规划，并利用北斗导航进行导航实现自动作业路线的跟踪。振动碾压自动作业时，在一定范围内检测到有物体靠近时，振动碾压能自动停止作业，待物体离开检测范围后方继续自动碾压作业。操作人员可以通过工控机对自动震动碾压的工作状态进行监控，对系统工作参数进行设置。另外压路机也可以直接通过遥控器对振动碾压进行操作。在遇到紧急状况时，能通过远程紧急停止控制系统停机，达到安全保护要求。

2.2 组成部分

无人驾驶振动智能碾压机主要由压路机（包括控制系统）、精准定位系统、遥控器三部分组成。如图1所示。

图1 无人驾驶振动智能碾压机主要组成部分

2.3 作业模式

无人驾驶振动智能碾压机可通过手动、遥控、自动三种方式控制机器作业。人工操作与普通压路机作业并无差异；遥控操作即采用手提式遥控器操控压路机进行作业；自动操作是通过将作业参数输入控制系统，压路机根据控制系统指令自动进行碾压作业。本次实验主要采用手提式遥控器操控压路机进行施工作业。

3.测试研究

3.1 碾压实验过程

为探索分析无人驾驶振动智能碾压机的施工精度、施工效率及施工效果。2019年12月中旬至2020年1月上旬，在张家洲洲头开展无人驾驶振动智能碾压机测试研究，详细记录测试过程中碾压效率、时间、自动化程度等相关参数。如图2所示。

图2 无人驾驶振动智能碾压机测试研究

3.2 碾压施工效率分析

无人驾驶振动智能碾压机每天可作业时间约为10小时（夜间为确保安全，不进行碾压施工），碾压施工效率约为1000平/天，施工前只需要提前输入相关参数，无需专职驾驶人员全过程进行操作，施工人员投入少，施工效率提高。而传统压路机每台机械至少需配备1名驾驶操作人员，易受操作人员体力和疲劳程度影响，每天可作业时间约为8小时，碾压施工效率约为600平/天，存在劳动力消耗大、单日可作业时间短、施工效率低等特点。

3.3 碾压效果分析

在试验过程中，选取2019年12月30日、2020年1月1日及2020年1月4日三天经现场碾压整平后天然砂进行检测。数据如表2所示。

表2 碾压试验数据表

砂性土颗粒间粘结力差，不易形成整体，在外力作用下表面易产生位移，成型困难，不易压实。压路机在碾压过程中，“压”的作用使砂子变得密实，“碾揉”的挤推作用又因砂子不具粘结性而变得松散，但就整体来说，“压”的作用比“碾揉”作用效果更加明显。随着压实遍数的增加，压实度整体也呈增加趋势；且整体压实度均在93%以上，压实效果较好。

表1 传统压路机与无人驾驶智能碾压机对比关系表

4.结束语

无人驾驶振动智能碾压机技术实现了施工机械无人驾驶，实现了碾压遍数的精确控制。无人驾驶系统充分考虑外部环境影响，影响作业安全因素，实现了自动识别与自动制动。无人驾驶技术的实现，避免了强烈振动环境对操作人员的伤害，保护了操作人员的健康。无人驾驶振动智能碾压机在长江干线武汉至庆安段6米水深航道整治工程的自动碾压试验，为后续土石方碾压工程向现代化、智能化施工提供宝贵经验和技术指导，推动了施工机械装备的技术进步、经济和社会效益显著，具有较广阔的推广应用前景。