3D摊铺技术在沥青混凝土路面施工中的运用

赵琦 赵帅 王超*

（1.天津市交通运输基础设施养护集团有限公司 天津市 300201）

（2.天津昆仑金环保科技有限公司 天津市 300300）

现阶段，3D摊铺技术在保证沥青混凝土路面施工质量方面发挥出重要作用，通过应用该技术，不仅可以确保摊铺的高程精度，还能保证摊铺水平精度，为进一步提高沥青混凝土路面施工的摊铺质量提供重要的技术支持。所以，为了保证沥青混凝土路面施工摊铺效果，如何将3D摊铺技术科学地应用到沥青混凝土路面施工中是施工人员必须思考和解决的问题。

1 工程概况

某项目在实际规划期间，其总占地面积达到了1.2km2，分三个施工阶段，本实例所选用的一期工程，该工程的路线长度达到了3.36km，主要由活加速车道、进场道路施工和VDA区域三个部分组成，这三者组成部分所对应的起讫里程分别为AK0+000—AK0+326.165、ALK0+000—ALK1+681.813、VDAK0+000—VDAK0+300，总面积达到了0.11km2。在综合考虑施工现场情况的基础上，利用3D摊铺技术，开展一期工程施工工作。VDA区域、加速车道、进场道路路面技术指标和进场道路、停车场及服务道路的路面技术指标分别为如表1、如表2所示。

表1：VDA区域、加速车道、进场道路路面技术指标

表2：进场道路、停车场及服务道路路面技术指标

2 3D摊铺技术工艺原理

3D摊铺技术主要用到了以下两种技术，分别是GNSS—RTK技术和LaserZone技术，从而发挥RTK水平精度和高程精度的应用优势，进一步提高沥青混凝土路面施工的摊铺精确度。该技术流程如下：

（1）利用原有设计图纸[1]，完成对三维电子数据的构建，并将所构建好的数据导入到GPS控制箱中。

（2）采用RTK计算的方式，精确地确定出摊铺机所对应的实际位置，然后，精确地获取该位置所对应的设计高程。

（3）利用激光接收装置[2]，将获取和整理好的高程数据传输到控制器中，控制器经过一系列的运算处理后，会精确地计算出实际高程与设计高程之间的差值，将形成相应的电信号，使得摊铺机能够正常、稳定、安全地运行。三维电子数据导人系统控制器示意图如图1所示。

图1：三维电子数据导人系统控制器示意图

3 工程施工相关核心技术

在进行工程摊铺施工期间，施工人员要重视对GNSSRTK技术和LaserZone技术的应用，通过应用这两种技术，为后期高精度进行路面摊铺施工提供重要的技术支持。

3.1 GNSS-RTK技术概述

GNSS-RTK技术主要包含GNSS（全球导航卫星系统）技术和RTK技术两种。其中，GNSS主要用到了主动式测距原理，沿着所设置好的轨道进行高速化运转，卫星所在位置会出现不停的变化。此时，需要利用GNSS卫星定位信号，对各个测站之间的距离进行测量，并利用卫星导航电文解算法，精确地计算出GNSS卫星所在的三维坐标和GNSS接收机的所在空间位置。RIK技术的出现和应用可以最大限度地提高标称的精确度，确保其精确度达到9mm，完全符合工程测量相关标准和要求。

3.2 LaserZone技术概述

LaserZone技术的应用背景下，可以实现对激光发射器的研制，该激光发射器在实际运行中，通常会发出相应的激光波，利用激光波可以完成对三维空间的构建，该三维空间可以呈现出360°旋转状态，另外，对于激光波而言，其上下垂直发射角度为-10°～10°，所形成的发射面呈现出扇形结构，在-5m～5m范围内，可以最大限度提高激光的精确度。激光接收装置在激光所能控制的范围内均能正常、稳定地接收和处理相关信号，在激光发射器的应用背景下，通过对仪器高进行精确化测量，可以实现对激光发射轴高程的有效计算，并利用激光接收器，确定出两次激光波所对应的接收时间差，然后，计算出发射轴所对应的相对高差，从而获得该发射轴的绝对高程参数值。

4 基于3D摊铺技术沥青混凝土路面施工

为了充分发挥和利用3D摊铺技术的应用优势，施工人员必须要严格按照如图2所示沥青混凝土路面施工流程。

图2：沥青混凝土路面施工流程

4.1 摊铺前准备工作

为了确保该工程路面摊铺精确度，在正式进入沥青混凝土路面施工作业之前，要做好对高精度控制系统的构建以及相关设备的安装调试。

4.1.1 高精度控制系统建立

为了实现对该工程摊铺精度的有效控制，施工人员做好对高精度施工控制网的构建。同时，结合相关标准和要求，将摊铺精度控制在-2mm～2mm之间[3]，此外，还要利用二等水准网和平面控制网，采用GPS与导线相结合的方式，将高程控制网应用到沥青混凝土路面施工中，另外，还要利用坐标系统，构建相应的平面坐标系统，并精确地计算出测区所对应的实际精度，并将测区精度和平均高程分别设置为中央子午线、投影高程[4]，最后，为完成工程独立坐标系统构建的基础上，完成对当地高程系统的科学设计。

4.1.2 点位选取与埋石

控制点在实际布置期间，要将其科学地布置在距离路边缘的10m的左右两侧，并确保地形的开阔性、坚固性，此外，还要将各个控制点之间的间距设置在150m～210m之间，使得高程稳定性和精确度得以大幅度提高，另外，还要将三个不同的深埋点统一布置在控制网中，并形成相应的水准基点，为降低高程系统维护难度，保证系统运营水平创造了良好的条件。在构建水准基点期间，要采用观测墩的方式[5]，将观测墩的埋入深度控制在0.5m以内，并圆桩打入到观测墩下面，同时，还要结合实际地质特点，将打桩深度控制在9m～14m。最后，为了确保控制网建网成本降到最低，在保证工程摊铺精确度的基础上，将平面控制点和高程控制点设置为同点。通过参照工程测量相关标准和要求，确定出水准基点和控制点所对应的尺寸，然后，根据工程实际施工需求，开展现场浇筑作业[6]。同时，还要采用大钢钉的方式布设方式，完成对两个临时点的设置，接着，利用全站仪，完成对相关数据的全面化采集，并对临时点进行再次布设。

4.1.3 控制网数据采集及数据处理

为了实现对控制网数据的全面化采集和处理，技术人员 要严格按照如图3所示的平面控制网测量流程。

图3：平面控制网测量流程

（1）平面控制网测量。为了进一步提高平面控制网测量结果的精确性，施工人员要采用GPS静态观测的方式，对间距为400m～600m之间的控制点进行观测。其次，利用全站仪对其他部分的控制点进行精确化测量。在进行全站仪加密测量期间，需要采用导线施测的方式[7]，在完成GPS静态观测的前提下，利用导线测量法，对各个控制网线进行精确化测量。导线测量水平角观测技术要求如表3所示。

表3：导线测量水平角观测技术要求

（2）平面控制网数据处理。在进行平面控制网数据处理期间，要重点做好对GPS静态观测网平差的精确化处理，并在结合GPS精确观测结果的基础上，利用专业软件，对全站仪加密测量所对应的平差进行精确化处理。同时，采用多基线向量求解模式，确定出最终的基线向量双差。此外，当外业观测工作完成后，将基本构网图形设置为四边形，并对观测基线的质量进行全面化检测，检测基线质量是否达标，是否满足相关标准和要求。在此基础上，还要采用精度分析法，将所有基线解算工作落实到位，并结合实际情况，选用合适的基线网，并组装出相应的基线环，这为后期基线网平差的求解创造了良好的条件。在商业专业软件的应用背景下，通过全面化处理静态观测网平差，以保证高斯投影效果。并结合静态观测数据，利用商业专用软件，采用平差处理的方式，对所有全站仪的导线进行平差处理。

（3）高程控制网测量。为了进一步提升高程控制网测量结果的精确性和真实性，施工人员要重视对二等水准测量法的应用，该测量方法应用步骤如下：首先，精确地测量四个水准基点，其次，对整体高程控制网相关参数进行全面化测量，最后，严格按照二等水之前测量相关标准和要求，完成对高程控制网水准参数的精确化测量。

（4）高程控制网数据处理。当水准测量工作完成后，正式进入到相关数据检查环节中，然后，对各个点间高差进行精确化计算和统计。在计算各个点间高差期间，需要对各个点间数据真实性和精确性进行检查，当检查准确后，方可进入到计算环节中，确保最终计算结果完全满足相关标准和要求。接着，利用平易软件，精确化计算高程控制网所对应的平差，从而获得各个点间的高程值。

4.2 设备安装与调试

施工人员要严格按照所提供的安装图纸，对设备进行科学化安装。在此基础上，对该设备进行精确化调试，在进行调试期间，首先，要做好对激光发射器的精确化校正[8]，确保该发射器三轴关系的合理性，使得该发射器的Y轴、X轴和Z轴始终处于相互垂直的状态。其次，要精确化调试摊铺机的液压，从而实现对3D摊铺系统的液压升降速度与摊铺机自身的液压升降速度相接近。

4.3 数据收集与三维模型设计

三维电子数据在实际设计期间，要重点做好如图4所示沥青摊铺3D模型的科学化构建，同时，还要在充分考虑相关厚度的基础上，采用移动设计面的方式，实现对各个层次摊铺设计数据的全面化获取和整理。为了实现以上目标，施工人员要从以下几个方面入手：

图4：沥青摊铺3D模型

（1）设计加速车道、进程道路以及服务道路相关数据。首先，要严格按照设计图纸，利用3D摊铺控制软件，加成对三维模型的设计，然后，在后期的摊铺施工作业中，利用移动设计面的方式，实现对各个层面摊铺相关设计数据的全面化采集和整理。

（2）VDA区域数据设计。为了进一步提高该工程摊铺精确度，在对相关摊铺数据进行设计期间，要重点做好对这些数据的分区化处理。

4.4 3D摊铺控制

4.4.1 摊铺控制施工工艺

摊铺控制施工工艺主要涉及到以下操作步骤：

（1）基准站架设。基准站所对应的架设位置主要位于所设置好的摊铺区域内，可以获得比较良好的通视条件。

（2）GNSS（全球导航卫星系统）发射器架设。GNSS发射器的半径、高差分别为185m、12m，为了保证该发射器架设操作的规范性和合理性，施工人员要在综合考虑振动安全性和可靠性的基础上，向控制网点上架设相应的GNSS发射器，确保该发射器与摊铺现场之间的距离被控制在9m～140m，另外，对GNSS发射器进行架设启动之前，要对水准点高程仪器的精确度进行检验。

（3）GNSS（全球导航卫星系统）流动站启动及检核控制点。当GNSS流动站进入到稳定的启动状态后，要对4个以上的控制网进行全面化检核，从而确定出各个控制点坐标值，然后，结合所采集的设计数据，完成对摊铺表面的精确化、全面化检查和核实，使得评估精确度得以大幅度提高。

（4）GNSS（全球导航卫星系统）摊铺系统启动。严格按照所设置好的施工标准和要求，对控制箱操作手分配相关任务，确保双边摊铺检查工作落实到位。

（5）摊铺。按照所设置好的标尺，完成对摊铺机位置的精确化设置，并将摊铺机振级统一设置为4级。在正式进入摊铺作业之前，要采用手动控制摊铺的方式，科学控制摊铺位置，当摊铺状态趋于稳定后，将手动控制摊铺方式转变为自动控制摊铺方式，使得摊铺机自动进入到3D摊铺模式中。

（6）监测。本次监测主要涉及到以下几个环节：第一，高程监测。在正式进入摊铺控制施工之前，监测人员要使用GNSS（全球定位系统）流动站，对松铺高程、压实高程等参数进行实时化、全程化监测，GNSS（全球定位系统）会自动计算出高程偏差，并获取精确的摊铺横坡，然后，将这些数据安全、可靠地传输到3D摊铺控制系统中，由该控制系统对其进行科学地修正和管理。第二，温度监测。为了进一步提高摊铺施工操作的规范性和合理性，要对运输、松铺、压实处理后的沥青料的温度进行实时化、全面化监测。第三，平顺性监测。当压实养护操作结束后，通过利用平顺仪，可以实现对工程平顺性的精确化监测和统计。总之，为了进一步提高工程摊铺施工质量，施工人员要严格按照摊铺控制施工工艺，将沥青混凝土路面施工工作落实到位，从而提高施工操作的规范性和合理性。摊铺控制施工流程如图5所示。

图5：摊铺控制施工流程

4.4.2 摊铺施工程序

加速车道、进场道路以及服务道路在进行摊铺施工期间，要结合道路实际宽度，利用摊铺机，做好联铺工作，其次，VDA区域在进行摊铺施工期间，要选用3台摊铺机，开展联铺作业，确保摊铺机在实际运行中，能够沿着“品”字形进行移动，使得纵向接缝降到最低。

5 结语

综上所述，沥青混凝土路面施工工作取得了圆满成功，而这得益于3D摊铺技术的应用，通过利用该技术，可以借助地表数据，完成对三维电子数据图的构建，充分发挥和利用RTK水平精度和高程精度，使得工程施工摊铺精确度得以大幅度提高，从而帮助施工单位取得较高的社会效益和经济效益。由此可见，3D摊铺技术具有较高的应用价值和应用前景，值得被进一步推广和应用。