無人駕駛振動智能碾壓機(jī)在土石方碾壓工程的應(yīng)用

夏冰泉 許新良 中交上海航道局有限公司

碾壓工程是土石方施工中增強(qiáng)土石方密實(shí)度的一種常見地基處理方式，傳統(tǒng)碾壓方式平整度和碾壓遍數(shù)不易控制，容易造成“漏壓”，碾壓效率受限，施工質(zhì)量無法保證且所需勞動力數(shù)量多。因此，通過依托在長江干線武漢至慶安段6米水深航道整治工程施工Ⅲ標(biāo)段的碾壓試驗(yàn)開發(fā)，研究出更自動化、智能化碾壓方式進(jìn)行施工作業(yè)對工程質(zhì)量及施工進(jìn)度有重要意義。

1.工程概述

本工程建設(shè)內(nèi)容主要包括：整治工程、生態(tài)工程、建設(shè)期維護(hù)工程、航標(biāo)及配套工程及臨時工程。主要位于湖北省鄂州市戴家洲水道、湖北省黃岡市鯉魚山水道、江西省九江市張家洲水道，施工區(qū)域總跨度約150km。工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：6.0m×200m×1050m（水深×航寬×彎曲半徑），部分重點(diǎn)礙航灘段航寬不低于110m，設(shè)計(jì)最低通航水位年保證率為98%。

本工程共有7個單位工程，其中，張家洲洲頭守護(hù)工程主要包括枯水平臺、陸上護(hù)坡和水下護(hù)底三個部分。陸上護(hù)坡包含土石方碾壓整平工序，工程量高達(dá)7.5萬平方米，整平面積大，施工強(qiáng)度高。

2.工作機(jī)理

2.1 機(jī)械概念

無人駕駛振動智能碾壓機(jī)自動系統(tǒng)在碾壓過程中能自動行駛與速度控制、自動轉(zhuǎn)向、自動制動以及自動振動。同時實(shí)現(xiàn)振動碾壓自動作業(yè)路徑規(guī)劃，并利用北斗導(dǎo)航進(jìn)行導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)自動作業(yè)路線的跟蹤。振動碾壓自動作業(yè)時，在一定范圍內(nèi)檢測到有物體靠近時，振動碾壓能自動停止作業(yè)，待物體離開檢測范圍后方繼續(xù)自動碾壓作業(yè)。操作人員可以通過工控機(jī)對自動震動碾壓的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對系統(tǒng)工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。另外壓路機(jī)也可以直接通過遙控器對振動碾壓進(jìn)行操作。在遇到緊急狀況時，能通過遠(yuǎn)程緊急停止控制系統(tǒng)停機(jī)，達(dá)到安全保護(hù)要求。

2.2 組成部分

無人駕駛振動智能碾壓機(jī)主要由壓路機(jī)（包括控制系統(tǒng)）、精準(zhǔn)定位系統(tǒng)、遙控器三部分組成。如圖1所示。

圖1 無人駕駛振動智能碾壓機(jī)主要組成部分

2.3 作業(yè)模式

無人駕駛振動智能碾壓機(jī)可通過手動、遙控、自動三種方式控制機(jī)器作業(yè)。人工操作與普通壓路機(jī)作業(yè)并無差異；遙控操作即采用手提式遙控器操控壓路機(jī)進(jìn)行作業(yè)；自動操作是通過將作業(yè)參數(shù)輸入控制系統(tǒng)，壓路機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)指令自動進(jìn)行碾壓作業(yè)。本次實(shí)驗(yàn)主要采用手提式遙控器操控壓路機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)。

3.測試研究

3.1 碾壓實(shí)驗(yàn)過程

為探索分析無人駕駛振動智能碾壓機(jī)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，在張家洲洲頭開展無人駕駛振動智能碾壓機(jī)測試研究，詳細(xì)記錄測試過程中碾壓效率、時間、自動化程度等相關(guān)參數(shù)。如圖2所示。

圖2 無人駕駛振動智能碾壓機(jī)測試研究

3.2 碾壓施工效率分析

無人駕駛振動智能碾壓機(jī)每天可作業(yè)時間約為10小時（夜間為確保安全，不進(jìn)行碾壓施工），碾壓施工效率約為1000平/天，施工前只需要提前輸入相關(guān)參數(shù)，無需專職駕駛?cè)藛T全過程進(jìn)行操作，施工人員投入少，施工效率提高。而傳統(tǒng)壓路機(jī)每臺機(jī)械至少需配備1名駕駛操作人員，易受操作人員體力和疲勞程度影響，每天可作業(yè)時間約為8小時，碾壓施工效率約為600平/天，存在勞動力消耗大、單日可作業(yè)時間短、施工效率低等特點(diǎn)。

3.3 碾壓效果分析

在試驗(yàn)過程中，選取2019年12月30日、2020年1月1日及2020年1月4日三天經(jīng)現(xiàn)場碾壓整平后天然砂進(jìn)行檢測。數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 碾壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

砂性土顆粒間粘結(jié)力差，不易形成整體，在外力作用下表面易產(chǎn)生位移，成型困難，不易壓實(shí)。壓路機(jī)在碾壓過程中，“壓”的作用使砂子變得密實(shí)，“碾揉”的擠推作用又因砂子不具粘結(jié)性而變得松散，但就整體來說，“壓”的作用比“碾揉”作用效果更加明顯。隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加，壓實(shí)度整體也呈增加趨勢；且整體壓實(shí)度均在93%以上，壓實(shí)效果較好。

表1 傳統(tǒng)壓路機(jī)與無人駕駛智能碾壓機(jī)對比關(guān)系表

4.結(jié)束語

無人駕駛振動智能碾壓機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了施工機(jī)械無人駕駛，實(shí)現(xiàn)了碾壓遍數(shù)的精確控制。無人駕駛系統(tǒng)充分考慮外部環(huán)境影響，影響作業(yè)安全因素，實(shí)現(xiàn)了自動識別與自動制動。無人駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，避免了強(qiáng)烈振動環(huán)境對操作人員的傷害，保護(hù)了操作人員的健康。無人駕駛振動智能碾壓機(jī)在長江干線武漢至慶安段6米水深航道整治工程的自動碾壓試驗(yàn)，為后續(xù)土石方碾壓工程向現(xiàn)代化、智能化施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)，推動了施工機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，具有較廣闊的推廣應(yīng)用前景。