高心墻堆石壩原生集成式智能無(wú)人碾壓系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

王佳俊，祁寧春，鐘登華，佟大威，岳 攀，崔 博

(1.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350；2.雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

1 研究背景

高心墻堆石壩碾壓施工質(zhì)量與效率關(guān)乎大壩運(yùn)行安全和效益。傳統(tǒng)的大壩碾壓作業(yè)依靠人工駕駛碾壓機(jī)完成，并通過(guò)人工控制碾壓施參數(shù)和試坑抽檢法進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制，難以保證大壩碾壓的效率與質(zhì)量[1]。鐘登華[2-4]與馬洪琪[4]提出了數(shù)字大壩理論，并基于動(dòng)態(tài)差分-全球?qū)Ш蕉ㄎ?Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite System，RTK-GNSS)等技術(shù)研發(fā)了心墻堆石壩碾壓施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了碾壓施工參數(shù)(碾壓遍數(shù)、碾壓速度、壓實(shí)厚度和振動(dòng)狀態(tài)等)全天候、精細(xì)化、在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，破解了人工控制碾壓施工參數(shù)主觀性強(qiáng)、耗時(shí)費(fèi)力的難題。連續(xù)壓實(shí)控制[5](CCC，Continuous Compaction Control)和智能碾壓[6-7](IC，Intelligent Compaction)等技術(shù)通過(guò)在碾壓設(shè)備上安裝加速度計(jì)和RTK-GNSS定位裝置，實(shí)現(xiàn)了碾壓施工參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和壓實(shí)質(zhì)量的自動(dòng)反饋，有助于減少欠碾和過(guò)碾等質(zhì)量缺陷并提高碾壓效率。然而，CCC與IC方法均認(rèn)為被碾材料的壓實(shí)程度可由碾輪振動(dòng)特性反應(yīng)，缺乏考慮被碾材料與碾輪之間的耦合程度[8]，難以適用于粒徑分布寬、局部剛度差異大的心墻堆石壩筑壩材料。同時(shí)，碾壓參數(shù)和壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)均無(wú)法解決人為因素干擾大的難題。

無(wú)人碾壓技術(shù)通過(guò)替代人工駕駛碾壓機(jī)作業(yè)，全面消除了碾壓過(guò)程中人為因素的干擾，對(duì)提高大壩碾壓施工質(zhì)量和效率具有重要的戰(zhàn)略意義和廣泛的應(yīng)用前景，已成為研究前沿。……