無人駕駛振動智能碾壓機在土石方碾壓工程的應用

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土石方密實度的一種常見地基處理方式，傳統碾壓方式平整度和碾壓遍數不易控制，容易造成“漏壓”，碾壓效率受限，施工質量無法保證且所需勞動力數量多。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標段的碾壓試驗開發，研究出更自動化、智能化碾壓方式進行施工作業對工程質量及施工進度有重要意義。

1.工程概述

本工程建設內容主要包括：整治工程、生態工程、建設期維護工程、航標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，施工區域總跨度約150km。工程建設標準：6.0m×200m×1050m（水深×航寬×彎曲半徑），部分重點礙航灘段航寬不低于110m，設計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，張家洲洲頭守護工程主要包括枯水平臺、陸上護坡和水下護底三個部分。陸上護坡包含土石方碾壓整平工序，工程量高達7.5萬平方米，整平面積大，施工強度高。

2.工作機理

2.1 機械概念

無人駕駛振動智能碾壓機自動系統在碾壓過程中能自動行駛與速度控制、自動轉向、自動制動以及自動振動。同時實現振動碾壓自動作業路徑規劃，并利用北斗導航進行導航實現自動作業路線的跟蹤。振動碾壓自動作業時，在一定范圍內檢測到有物體靠近時，振動碾壓能自動停止作業，待物體離開檢測范圍后方繼續自動碾壓作業。操作人員可以通過工控機對自動震動碾壓的工作狀態進行監控，對系統工作參數進行設置。另外壓路機也可以直接通過遙控器對振動碾壓進行操作。在遇到緊急狀況時，能通過遠程緊急停止控制系統停機，達到安全保護要求。

2.2 組成部分

無人駕駛振動智能碾壓機主要由壓路機（包括控制系統）、精準定位系統、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主要組成部分

2.3 作業模式

無人駕駛振動智能碾壓機可通過手動、遙控、自動三種方式控制機器作業。人工操作與普通壓路機作業并無差異；遙控操作即采用手提式遙控器操控壓路機進行作業；自動操作是通過將作業參數輸入控制系統，壓路機根據控制系統指令自動進行碾壓作業。本次實驗主要采用手提式遙控器操控壓路機進行施工作業。

3.測試研究

3.1 碾壓實驗過程

為探索分析無人駕駛振動智能碾壓機的施工精度、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測試研究，詳細記錄測試過程中碾壓效率、時間、自動化程度等相關參數。如圖2所示。

圖2 無人駕駛振動智能碾壓機測試研究

3.2 碾壓施工效率分析

無人駕駛振動智能碾壓機每天可作業時間約為10小時（夜間為確保安全，不進行碾壓施工），碾壓施工效率約為1000平/天，施工前只需要提前輸入相關參數，無需專職駕駛人員全過程進行操作，施工人員投入少，施工效率提高。而傳統壓路機每臺機械至少需配備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、單日可作業時間短、施工效率低等特點。

3.3 碾壓效果分析

在試驗過程中，選取2019年12月30日、2020年1月1日及2020年1月4日三天經現場碾壓整平后天然砂進行檢測。數據如表2所示。

表2 碾壓試驗數據表

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

表1 傳統壓路機與無人駕駛智能碾壓機對比關系表

4.結束語

無人駕駛振動智能碾壓機技術實現了施工機械無人駕駛，實現了碾壓遍數的精確控制。無人駕駛系統充分考慮外部環境影響，影響作業安全因素，實現了自動識別與自動制動。無人駕駛技術的實現，避免了強烈振動環境對操作人員的傷害，保護了操作人員的健康。無人駕駛振動智能碾壓機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，為后續土石方碾壓工程向現代化、智能化施工提供寶貴經驗和技術指導，推動了施工機械裝備的技術進步、經濟和社會效益顯著，具有較廣闊的推廣應用前景。