沥青路面无人化摊铺施工技术应用

邱海兵　卢继乾　李波

摘要 高速公路沥青路面施工质量关系到通车运行的安全性和舒适性。目前沥青路面压实施工主要依靠人工驾驶压路机进行作业，受限于沥青路面施工练习作业、夜间施工以及驾驶员本身的技术与经验，压实质量波动较大。采用先进无人化摊铺碾压技术可以有效避免压实质量不稳定的问题，同时可以提高沥青路面施工作业效率，减少资源投入，提升经济效益。

关键词 沥青路面；无人化；摊铺技术；应用

中图分类号 U416.217文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）24-0138-03

0 引言

随着我国科学技术的迅速发展，高速公路建设行业由传统作业方式逐渐向智能化、信息化、无人化方向转变，也是建设行业发展趋势。新技术的广泛推广应用有助于提升工程建设管理精细化水平，促进标准化施工工艺落实，为高速公路建设降本增效发挥重要作用。该文主要介绍沥青路面无人化摊铺施工技术的系统组成和技术要点及成功应用的经验。

1 无人化摊铺技术

1.1 目前状况

以美国为代表的发达国家20世纪70年代开始无人驾驶汽车的研究，我国无人驾驶汽车的研究起步较晚一些。整体来说，工程机械无人化借鉴了汽车无人化研究的经验和形成的元器件，针对工程机械的无人化应用还在试点和推广过程中。

国内多个机构和公司都已陆续推出了无人化作业的振动碾压机，目前处于研发测试、试点应用阶段。

1.2 技术优势

（1）施工安全方面。安全是工地重中之重，无人驾驶采取多套安全措施提高了现场施工安全性，减少了施工区域人员数量，有效保证了施工区域安全，避免了由于人为原因导致的安全事故发生。

（2）施工质量方面。无人驾驶通过北斗高精度定位技术实现对施工碾压轨迹的精准控制，保证了道路施工的一致性，有效地避免了人为往复操作施工过程中常出现的漏压、过压、欠压、超速等问题，保证了施工质量，避免由于人为操作水平不一致导致的碾压质量问题和返工。

（3）施工效率方面。无人化可实现摊铺速度与碾压速度最优匹配，同时可以实现连续不间断作业，有效地解决由于人员等问题导致的工期问题，施工效率提高了1/4～1/3。

（4）工程效益方面。无人驾驶通过准确计算、精准控制、人员优化等手段，有效地节省了空调、设备启停油耗，节省了操作人员成本，节省了操作人员职业健康支出，有效控制摊铺精度，避免了人为操作导致的返工支出和材料浪费支出。

1.3 無人化施工系统

整个无人机群控制主要从传感系统、定位系统、机群路径规划与决策系统、动态控制系统、后台监控系统等五个方面入手，涉及硬件安装测试和算法程序开发，无人化施工系统详见图1。

1.4 无人化施工模块

该机群系统主要由感知模块、路径规划与决策模块、局域网通信模块、控制执行模块、后台监测模块等五大部分组成。综合利用高精度GPS（北斗）定位技术、惯性导航技术、障碍物识别技术，为设备提供行驶路径引导与控制信号，控制设备各工作系统动作，完成既定的行驶、转向、工作装置作业等任务。同时，利用RFID、3G/4G、Wi-Fi、局域组网等技术手段实现将数据回传服务平台，利用大数据分析，结合作业业务，提供实时监控、数据展现、远程控制、压实管理等功能[1]。

1.5 无人化主要设备

综合利用高精度GPS（北斗）定位技术、惯性导航技术、障碍物识别技术，为设备提供行驶路径引导与控制信号，控制设备各工作系统动作，完成既定的行驶、转向、工作装置作业等任务，无人化设备关联图详见图2。

1.6 无人化施工技术要点

（1）机群多模式路径规划算法。机群协同施工时，压路机的工作并不只是简单的线性堆叠，需要一个完善的算法来协调机群中各个压路机的路径，使压路机相互配合，通过配合提升机群整体的工作效率。

沥青面层的路径规划算法遵循两个原则，一是紧跟摊铺机，二是压路机在合理的区域内进行换道，以保证压实度较低的路面材料不被卷起。通过数学仿真软件的辅助，结合智能算法，仿真出了多条符合条件的路径，并评估每一条路径所需的施工时间、与摊铺机施工进度同步率、无效路径的占比等参数，选定最佳的路径规划方案。

（2）移动一体式自组网技术。在无人机群通讯系统设计时，Mesh自组网设备以其自由灵活的特点，在满足传输条件的前提下，通过自组网设备具有的网络自愈、路径选择、网络负载均衡等特有功能，可以快速自建一个无线数据传输网络，实现图像、语音、数据、控制等信号传输。

机群压路机与压路机节点间的通信：发送和接受压路机实时的行驶速度、相对位置等所有与行驶状态相关的数据，用于分析和预判其他压路机的驾驶行为。

机群压路机与管理人员间的通信：车载上位机与移动管理端相互通信，管理人员可以实时获得车辆的状态信息和施工状况。

机群压路机与云平台的通信：压路机可以将施工过程中涉及的数据信息，例如行车路径、压实路径规划等反映无人机群施工效果的重要信息上传至云平台，形成施工日志。

管理人员与云平台的通信：管理人员可以通过云平台下载施工日志文件作为原始数据文件，生成所需的研究样本，对无人机群施工、压实工艺进行进一步研究。

（3）机群智能诊断技术。故障自诊断系统：利用数据采集单元完成压路机动态数据采集，实时监控压路机状态，基于模式识别、知识推理的诊断方法，利用故障对策表，使用随车故障诊断单元进行单一参数或典型故障诊断。

机群远程监测系统：应用网络通信技术对远方的压路机进行监视，采集和记录压路机作业过程的状态信息，并将状态信息按一定格式处理得到结构化数据，存储在远程监测控制站数据库内。

机群远程诊断系统：根据系统数学模型和现代控制理论，基于数值和算法，应用神经网络、人工智能构建远程诊断专家系统，进行多参数、多故障综合诊断。

机群远程会诊中心：为设备控制人员提供必要的协同工作环境，以现有的诊断资源和专家为基础，实现复杂系统快速、及时、正确的诊断和维护。

2 摊铺碾压工艺

2.1 主要工序

沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压，无人化摊铺技术应用主要在摊铺和碾压两道工序，分别采用无人压路机、无人摊铺机设备。

2.2 碾压参数

（1）静压：双钢轮振动压路机前进时静压，后退时高频低幅（弱振）1遍。

（2）振压：双钢轮振动压路机高频低幅（强振）2遍。

（3）碾压：胶轮压路机碾压4遍。

（4）收光：双钢轮压路机静压1～2遍。

（5）收边：采用小型双钢轮压路机收边。

2.3 碾压速度

振动压路机应匀速进行碾压作业，碾压速度与压路机类型、碾压组合和遍数等有关，该项目碾压速度见表1。

2.4 碾压工艺

（1）初压应从路面外侧向中心碾压，有坡度的路面应从低处向高处碾压。在规范规定的温度范围内开始初压作业，碾压过程中如发生沥青混合料粘轮现象，应向碾压轮洒少量水，减少粘轮现象，严禁使用油性液体。

（2）复压和初压工序应紧密衔接，碾压过程中压路机不得随意停顿。每次碾压长度宜控制在60～80 m范围内，相邻碾压带重叠1/3～1/2的碾压轮宽度。

（3）终压紧跟在复压后进行。终压采用双钢轮静压1～2遍，消除轮迹，提高平整度。在终压过程中，用3 m直尺逐尺检测平整度，并做好记录；对平整度不满足规范要求的段落进行复压，直至达到规范要求。

（4）摊铺路段的起始折返位置应随摊铺机前进而推进，横向呈阶梯形。

（5）压路机起动和停止时应减速缓行，严禁在未碾压成型路段上转向、调头、加水或停留，严禁突然变速或刹车。

（6）在当天成型的路面上，严禁停放各种机械设备或车辆，同时避免沥青路面上有散落混合料、油料等情况[2]。

3 施工过程质量控制

3.1 过程控制

在沥青下面层摊铺施工过程中，现场管理人员及技术人员随时检查施工质量，及时对不符合设计要求的部位进行必要的处理，保证成品质量符合规范及设计相关要求。

（1）摊铺、碾压过程中专人检查混合料施工温度，当混合料温度低于最低施工温度时，不得施工。

（2）施工前调整摊铺机熨平板接缝、螺旋布料器高度，使之处于最佳状态。

（3）桥面摊铺应采用静压、胶轮碾压和振荡碾压或高频振动压路机，且增加碾压遍数以满足压实度。

3.2 接缝处理

（1）相邻两幅及路面层间的横缝位置应错开2 m以上，不得设在同一断面上。

（2）下面层的横缝采用竖直接缝。

（3）横向施工缝：应采用垂直的平接缝，用6 m直尺沿纵向放置，在摊铺段端部的直尺呈悬臂状，以摊铺层与直尺脱离接触处定出接缝位置，用锯缝机割除端部层厚不足的部分（不得损伤下层路面），用水冲洗干净，待干燥后涂刷黏层沥青。

（4）继续摊铺新混合料时，新旧接缝处应保持干燥，初压采用双钢轮45°角斜向碾压和横向碾压，确保接缝处平整度满足规范要求。

4 质量检测

施工过程及施工完成后，要及时按照规范要求开展以下项目的检测：当沥青拌和站连续生产时，每天上午和下午各取1次沥青混合料测定级配、油石比、马歇尔稳定度、流值、标准密度、最大理论密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等指标，必要时对动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比等进行检测。碾压成型后需要对压实度、厚度、现场空隙率、平整度、宽度、纵断面高程、横坡度、渗水系数、上面层抗滑、离析情况等项目检查。

压实度检测是对摊铺和碾压施工工艺的验证，压实度检测应钻孔取芯进行检测，抽检压实情况应采取压实度和空隙率两个指标进行综合控制，两个检测指标的计算采用当天的马歇尔试件密度作为标准密度和最大理论密度，且两种密度与配合比设计时两种密度的偏差必须小于1%。采用当天的马歇尔试件密度作为标准密度时，现场复压温度应与试件成型温度保持一致。取芯的位置宜选择在路面标线处，取芯时配合洒水车对取芯污迹冲洗干净，取芯的坑洞应用混合料进行回填并夯实。

以上检测结果应逐项与标准规范及设计图纸要求核对，确保以上指标全部满足相关要求。

5 交通管控和防污染控制

在关键路口设立明显的交通指示牌，引导运输车辆及别的车辆正确顺利地通行，从而保障施工的正常进行。试验段铺筑完成后，设立明显的禁行标志，严禁任何车辆在上面通行。

沥青面层施工时，所有运输车辆油箱须用塑料布包封，防止漏油；对到达摊铺现场的运输车轮胎进行冲洗，防止泥土带入摊铺面。

压路机使用前，須对压路机水箱进行清洗；检查机械设备，防止漏油。钢轮压路机使用前，应在土工布上来回碾压数次清除钢轮表面锈迹，确保沥青路面不受铁锈污染。

严禁在已铺沥青面层上堆放施工用土或拌和水泥混凝土等杂物。

热拌沥青混合料路面待摊铺层完全自然冷却、混合料表面温度低于50 ℃后，方可开放交通[3]。

6 结束语

通过应用智能先进的沥青路面摊铺机械设备，有效代替人工作业进行高精度、高强度的施工作业，已经成为目前高速公路建设行业的发展方向。通过下面层试验段施工总结，各项检测结果满足规范要求，说明无人化施工技术能够满足高速公路沥青混合料摊铺施工需求。该文所介绍的沥青路面无人化机械摊铺设备施工技术应用，采用先进技术实现摊铺碾压无人化作业，提高了施工效率，保障了碾压质量，同时便于夜间作业和现场管理。

参考文献

[1]闫考. 徐工无人集群装备首次用于高速路面养护施工[J]. 中国公路， 2021（18）： 76.

[2]孙红， 王桂冠， 郑云方. 钢渣沥青混凝土上面层施工技术[J]. 城市建筑， 2016（32）： 89-90.

[3]苏涛. 沥青道路施工技术在道路工程中的应用[J]. 中国房地产业， 2018（34）： 187.