大型鐵路站場路基應用路基連續壓實控制系統施工技術研究

王濤

摘要：隨著社會科學技術的進步、信息時代的不斷發展，電子信息系統被廣泛的應用于工程施工生產活動中，為施工質量分析提供了更多的科學依據，極大的提高了工程施工質量。路基連續壓實智能控制系統自研制成功以來，按照推進鐵路建設行業信息化水平的要求，在部分正線路基投入了試用，取得了一定的成效，但尚無在大型站場工程試用的先例。本文將基于新筑物流基地站前工程的工程特點，探究連續壓實控制系統在大型鐵路站場路基施工中的適用性。

Abstract： With the advancement of social science and technology and the continuous development of the information age， electronic information systems are widely used in engineering construction and production activities， providing more scientific basis for construction quality analysis and greatly improving the quality of construction. Since the successful development of the subgrade continuous compaction intelligent control system， in accordance with the requirements of promoting the informationization level of the railway construction industry， some of the positive line foundations have been put into trial use and achieved certain results， but there is no precedent for trial use in large station projects. This paper explores the applicability of continuous compaction control system in the construction of large railway station subgrade based on the engineering characteristics of the pre-station project of Xinzhu Logistics Base.

關鍵詞：站場路基;連續壓實;過程控制;動態檢測;質量控制

Key words： station roadbed;continuous compaction;process control;dynamic detection;quality control

中圖分類號：U213.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0190-04

1? 工程概況

西安鐵路樞紐新建新筑物流基地位于西安市國際港務區，占地面積約2441畝。總體規劃功能區域自西向東分別為長大笨重作業區、列車到發及調車作業區、整車-中轉-小件貨物作業區、整車成件包裝作業區、公鐵聯運及倉儲配送區、冷鏈鮮活作業區、國際貨物辦理區、綜合辦公及交易展示區、公路物流集散區。站場路基以填方為主，平均填高約為2.4m，總填方工程量約393.07萬m3。

2? 路基連續壓實控制系統簡介

連續壓實控制系統利用微電子技術、無線通訊技術、GNSS高精度定位等現代化技術，針對路基施工的碾壓遍數、填筑厚度（層數）、行駛軌跡、方向、速度、壓實度等指標全面進行數據采集、分析并記錄，達到連續壓實控制的目的。

2.1 系統原理

連續壓實檢測系統是通過基站發射差分信號，通過M30北斗衛星接收機達到厘米級定位，方向位置傳感器配合得出的碾壓遍數、軌跡信息和通過壓實度傳感器采集的頻率值等所有信息都會通過信號線傳遞到駕駛室里的ZD800平板上，方便壓路機司機實時查看碾壓情況，防止過壓和漏壓。而平板電腦收集到的信息則通過GNSS無線通訊的方式實時回傳到服務器里面，做到全天候、實時查看碾壓施工作業，管理人員能在任意互聯網終端查看施工信息、實時碾壓情況、剖面分析和輸出相關作業報告等。

2.2 系統組成

2.3 路基連續壓實控制的優勢

①由傳統的點抽樣檢測轉變為覆蓋整個填層的全面檢測，與傳統的常規檢測方式相比，可通過車載平板直觀的顯示當前的壓實狀態。

②與傳統的常規方法方式相比，可以使常規檢測的事后隨機控制轉變為連續壓實檢測關鍵（薄弱）區域控制，大量減少傳統檢測方式的檢測數量，并且可以確定常規檢測不合格點所處的范圍，對此范圍進行獨立加強處理，減少返工面。

③完整的施工數據存檔，很方便生成報告。

④實現了施工項目的全過程監控：厘米級定位、實時軌跡、碾壓遍數、壓實度、壓實厚度（層數）等數字化信息，可與施工同步進行，碾壓檢測施工效率大大提高，同時可避免相鄰工作面產生干擾，并且能夠對現場施工進行實時指導，對連續壓實檢測的薄弱區域及時進行補壓，同時也可以避免過壓，優化碾壓遍數，保證壓實質量的均勻性。

⑤檢測設備信息化、智能化程度較高，安裝在駕駛室內的平板電腦可實時的顯示當前填筑層的壓實程度、壓實均勻性，機械駕駛員操作簡單。

3? 研究步驟

3.1 設備安裝與調試

3.1.1 設備安裝

設備由主機、傳感器、磁力底座、信號線、電源線組成，主機與傳感器相對應，不可更換。傳感器必須安裝在內機架上，才能真實準確的反映震動輪的垂直震動情況。

3.1.2 設備調試

設備調試時，通過控制壓路機振動頻率的波動范圍，避免因壓路機振動頻率波動過大，而導致壓實機具的激振力出現更大的波動，人為的造成當前填筑層壓實質量不均勻和檢測結果的異常變化，從而操作平板顯示的壓實質量不真實。

3.2 填料試驗及控制

為確保施工現場相關性試驗的準確性以及路基填筑壓實質量，施工前應對路基填料進行物理性能、粒徑及含水率等多方面的質量檢測，確保所用填料符合設計與驗標要求。

3.3 相關性校驗

3.3.1 測量放樣

測量放線，根據試驗段結果，確定松鋪厚度、填筑范圍，根據不同車輛的運載能力，勾畫方格網，網格大小5×10m，并打樁劃線。

3.3.2 填料攤鋪

攤鋪時以施工區域面積大小，合理計算卸料需要量。卸料是采取網格法進行，網格間距5m×10m，根據虛鋪厚度33cm，每格用量16.5方;若網格小于5×10m，按每平米面積折算卸料方量。

3.3.3 填料整平

填土區段在上料的同時采用推土機或裝載機跟隨，對填料進行攤鋪，攤鋪時一格一平，大致整平后在碾壓前用平地機精平，并調整鋪土厚度，保證每層填料的攤鋪厚度均勻，且大致相等，并≤33cm，攤鋪時應沿中線向填筑層兩側設置2%的橫向排水坡，以便于在陰雨天氣防止路基積水。

3.3.4 含水率調整

填料的含水率應控制在最佳含水率的+2%～-3%之間。當含水率>+2%時，采用施工現場攤鋪晾曬的方式進行;當含水率<-3%時，應對填料進行灑水，灑水可采取取土場內悶水或者現場灑水拌合的方式進行。

3.3.5 填料碾壓

碾壓施工前應對填筑層平整度和填層厚度進行檢測，確認平整度和填層厚度復核要求后方可進行碾壓施工;碾壓時由兩側開始向中心縱向碾壓，按照靜壓1遍→弱振1遍→強振4遍→弱振1遍→靜壓1遍次序進行。壓路機按“回”形行進，相鄰兩行碾壓輪跡至少重疊30cm，保證不漏壓。縱向搭接碾壓長度應不小于2.5個車長，并不小于10米。相臨兩個填筑面高差應不大于每層高。

3.3.6 目標VCV值確定

確定了松鋪厚度、碾壓遍數和壓路機的行走速度之后，用連續壓實設備進行數據采集。

本工程試驗段經試驗室及鐵科院研究討論，認為在同一區域同一點位進行檢測出的數據具有較強對比性，決定按照將整個碾壓面碾壓1遍后進行連續壓實檢測，然后進行第一次的常規檢測，取得輕度區的對比數據后再繼續將碾壓面碾壓成中度區進行檢測，最后碾壓成重度區進行檢測的流程進行碾壓校核。在試驗段均勻標出6個點位，測出不同壓實程度的壓實值及系統所對應的VCV值，然后進行數據處理，得出振動壓實值與常規質量驗收指標之間的相關系數、線性回歸模型和目標振動壓實值等。相關性校驗報告如表1。

3.4 路基網格化劃分與分解

3.4.1 施工網格劃分

在應用系統的條件下，通過對站場路基進行網格化劃分，將大型站場按功能區劃分為不同網格（本項目根據設計與驗標要求，將站場路基劃分為200×50m的規則網格與不規則網格），并進行編號、劃分里程、確定填料種類、填筑層數及檢驗批次和驗收范圍，對驗收效率及后期資料整理歸檔有很高的便捷性。

3.4.2 施工網格分解

施工網格劃分后，在實際施工過程中，需對每個網格進行分解，確定每個施工網格坐標、填料類型、填筑層數、不規則圖形。

3.5 施工網格精準定位

將系統機載端GPS與GPS-RTK測量手簿相連接，在手簿中載入分解后的全部網格，將壓路機視為一個流動站，通過GPS-RTK工作中的面放樣，將壓路機精準定位，對壓路機運行軌跡進行實時放樣，設置放樣誤差為10cm，壓路機運行超出網格10cm則預警，尤其針對不規則網格，放樣精準。機械操作人員可及時調整壓路機運行軌跡，避免壓路機超出網格或運行至相鄰網格中，造成漏壓或者過壓。

3.6 連續壓實檢測薄弱區精準定位

通過數據處理，判斷一個碾壓面的薄弱區域，進而加強處理使其合格，減少返工率，提高一次性檢測合格率。但相比于帶狀路基（即正線路基），站場路基大多比較寬（本項目網格寬度為50m），同一網格內壓路機運行輪跡較多，通過機載端GPS結合RTK手簿，可將連續壓實檢測薄弱區域精準定位，避免壓路機根據平板電腦尋找薄弱區，造成尋找不精準而浪費作業時間。

3.7 相鄰網格搭接臺階精確處理

針對相鄰網格施工時的搭接問題，根據試驗段總結，路基壓實厚度為30cm，按寬高比2：1設置搭接臺階。對已完成的網格進行臺階開挖，臺階寬度60cm，在RTK手簿面放樣中設置放樣誤差0.8m，壓路機按照手簿預警精準施工，避免出現因搭接部位碾壓不到位出現的質量隱患。

3.8 路基施工質量精準控制

通過機載端平板電腦及GPS手簿，機械操作司機能夠實時清晰的觀看壓路機運行路徑、路基壓實狀況、均勻性、行進速度等圖像及數字，使司機能夠及時進行以下操作：

①通過GPS手簿，可精確知道壓路機位置，確保壓路機碾壓施工不超施工范圍;

②根據行駛速度顯示，及時調整行進速度，使行駛速度滿足規范及技術交底要求;

③根據壓實分布圖，及時重點補充壓實欠壓區域，防止路基超欠壓;

④通過機載平板電腦顯示屏與GPS手簿預警，可在夜間清晰的觀看到行進路線，防止超壓及漏壓，大大加強了夜間施工質量。

3.9 質量檢測

質量檢測應對整個壓實面進行連續檢測。在路基壓實完成后，通過對填筑層的壓實狀態及強度分布情況進行分析，找出整個壓實面的壓實薄弱區域，然后有針對性的在壓實檢測薄弱區域進行傳統的常規質量檢測，以確保整體的路基壓實質量達到設計或驗標要求。壓實強度分布如圖2。

新筑物流基地項目K18+243右230m～右130m至K18+543右230m～130m路基基床以下填筑碾壓傳統檢測與連續壓實數據對比如表2。

4? 操作要點

①編制連續壓實檢測施工方案以及各項管理規章制度，同時以工程部為主、試驗室為輔成立連續壓實工作組，并有針對性的對施工現場技術人員、機械操作人員、試驗檢測人員進行周期性培訓。針對施工中所用設備以及壓實機具應按時進行檢查，保證各種機械設備正常運行;

②嚴格按照既定施工方案進行施工，施工過程嚴格執行施工技術交底，不得私自改變既定施工方案、技術交底，違章施工;

③由于系統的檢測結果受到填料類型、含水率和壓實設備類型等多個因素的影響，造成系統所采集到的平均VCV值有所不同，因此必須有按照不同填料類型及壓實設備類型進行對應的相關性試驗，以得出不同的目標VCV值，并確保目標VCV值的準確性;

④常規施工中所采用的路基填料、壓實機具、壓實方式必須與相關性試驗所采用的相同，每臺機械應明確壓實方式，制定操作規程卡，張貼于機械操作間內，機械操作人員應嚴格執行，不得隨意變更壓實方式;

⑤壓路機工作中必須保證設備開啟，轉換工作面應關閉設備，待到新的工作面時再開啟設備;

⑥每日施工前，制定今日施工計劃及施工區域（網格），并交底至現場技術員及機械操作人員，現場作業人員嚴格執行，不得隨意變更施工區域;

⑦連續壓實檢測出現的薄弱區，應聯系測量人員放樣后施工，不得私自施工，造成因位置不明確而出現的漏壓或者過壓;

⑧連續壓實檢測結束后，現場人員向質檢人員報檢，待監理工程師到場后共同見證檢驗，共同驗收完成后方可進入下循環施工，不得未檢先施工。

5? 應用效果分析

5.1 施工效果分析

①壓路機操作司機能夠實時清晰的在車載端平板電腦上觀看路基壓實狀況、均勻性、行進速度等圖像及數字，使司機能夠及時進行以下操作：

1）根據行駛速度顯示，及時調整行進速度，使行駛速度滿足規范及技術交底要求;

2）根據壓實分布圖，及時重點補充壓實欠壓區域，防止路基超欠壓;

3）通過車載平板電腦顯示屏，可在夜間清晰的觀看到行進路線，防止漏壓，大大加強了夜間施工質量。

②通過數據處理，判斷一個碾壓面的薄弱區域，進而加強處理使其合格，減少返工率，能夠明顯提高一次性檢測合格率。

③通過遠程監控系統，可以使監控人員實時掌握路基壓實程度、壓實范圍、壓實厚度、行駛速度等重要內容，使其能夠及時的監控及指導現場施工，避免路基的超欠壓及控制填筑厚度，避免返工，提高施工效率，加快施工進度。

5.2 經濟效益分析

本項研究技術大膽創新，將路基連續壓實智能控制系統應用到大型鐵路站場路基施工中，通過應用本技術，能有效提高施工效率，節約了施工工期約3個月，項目節約費用約90余萬元;節約人工、機械、設備投入，共計節約304.8萬元;節省機械臺班及燃油消耗共計76.8萬元。本項目應用新技術后，共計降低經濟成本471.5萬元，取得了良好的經濟效益。

5.3 社會效益分析

本項研究技術自研究成功后積極投入現場施工，尤其是在到發場及調車場作業區施工中，通過應用本技術，保證了施工工期與施工質量，確保了“9.28”列車到發場開通、“10.30”列車調車場開通，為陜西中歐班列開行1000列，助力國家“一帶一路”建設提供了充沛的運能保障，得到了業主及當地政府的一致好評，取得了很高的社會效益。

6? 結論

西安鐵路樞紐新建新筑物流基地站前工程占地面積2441畝，站場路基填筑共計393萬方，工程難度施工難度大，因緊鄰西安市，防污減霾要求多，造成土方調配難度大，施工工期緊張。在總結和借鑒國內外鐵路路基修建技術的基礎上，開展系列實踐和創新，在站場路基施工、建設管理等方面進行了有益探索和實踐。為貫徹響應中國鐵路總公司“路基連續壓實等5個系統對于現場質量安全監控非常有效，應在全路推廣應用”的號召，結合新筑物流基地工程的施工現狀，通過對路基連續壓實控制系統在大型鐵路站場路基施工中的研究，結論如下：

①信息化、智能化施工體現了先進的科學技術在不斷發展，在減少環境污染、減輕勞動者的勞動強度、改善從業人員作業條件上起著非常積極有效的作用，通過應用“路基連續壓實控制系統”，在系統優化的基礎上，研究總結了本項施工技術，進一步擴大了系統在大型站場路基工程的適用性及實用性。

②應用新技術施工，能進一步減輕勞動力及機械設備費用的支出，減少施工作業流程時間，減少作業人員工作強度。采用新工法施工，雖然前期投資大，但是由于人員、機械需求少、施工效率高，施工綜合成本要遠低于傳統路基填筑作業施工，具有很高的經濟效益。

③應用新技術施工，能有效提高相關機械及作業人員作業效率，能有效節省施工工期，降低施工作業機械能耗，節省作業臺班，降低作業機械排放，有效控制施工作業現場揚塵，具有很高的社會效益。

綜上所述，大型鐵路站場路基應用路基連續壓實控制系統施工技術研究，具有很高的社會與經濟效益，能適用于各種大型站場路基工程的施工，值得大力推廣。

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