基于智能监控系统的堤防碾压施工技术.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023基于智能监控系统的堤防碾压施工技术梁静波，蒋克昌，钱丹，杜儒林，车政，孙长江（中建六局 水利水电建设集团有限公司,天津 300202）摘要：针对水利工程中堤防碾压施工特点，基于B/S架构和GNSS实时差分定位技术，建立了堤防智能碾压系统，可实时记录碾压遍数、碾压速度、碾压轨迹等施工数据，具有回放功能，实现对堤防碾压施工事前、事中和事后的智能控制。在白沟河治理工程白沟新城段施工第二标段测试了该系统对碾压轨迹、遍数、速度等参数进行实时、远程、智能、高精度监控的可行性和可靠性，结果表明，该监控系统可应用于堤防碾压施工质量监控，对于提高堤防碾压施工水平与管理水准具有十分重要的现实意义，应用前景广阔。关键词：堤防碾压；智能监控系统；碾压参数；GNSS中图分类号：TV741文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.062收稿日期：2023-02-15基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC1511905）作者简介：梁静波(1983)，男，山西大同人，副高级工程师，博士，主要从事水务环保研究工作E-mail：随着我国科技和经济的发展，对水利工程建设的质量、效率及管理的精细化、智能化要求不断提升。压实度是评价水利工程堤防施工质量的重要指标，传统的压实评价方法大都属于“事后控制”，一旦发现工程质量问题，就要返工，因而会增加施工成本1。为此，以更加智能化、高效化的新技术代替传统施工技术和检测技术是大势所趋2-3。在此背景下，在白沟河治理工程（白沟新城段）施工第二标段项目建设中积极探索基于智能监控系统的堤防碾压施工技术，为水利工程的智能建造积累了经验。1智能碾压系统简介1.1系统组成根据堤防碾压施工智能控制的目标、环节和方法，基于B/S 架构和 GNSS 实时差分定位技术（RTK 定位）建立堤防智能碾压施工控制框架，智能碾压系统主要包括GNSS基站、碾压车车载监控装置、控制中心等。GNSS基站根据碾压车辆与现场控制室距离设置。若碾压车辆与现场控制室距离较远，则可设置小型GNSS基站用于信号传输；若距离较近（在2 km以内），则可在施工现场控制室加装路由器、大功率GNSS天线，利用构建的无线网络实现现场控制室和碾压车车载转置之间的通信，以减少投入。车载监控装置包括车载平板、无线路由器、GNSS天线、加速度计。车载平板安装系统监控软件，供碾压车司机实时掌握碾压质量指标（如碾压速度、遍数、碾压部位等是否满足施工要求等），接收控制中心发出的整改指令等。GNSS天线由吸盘固定在碾压车车顶，利用WLAN实现与控制中心的互联互通。施工现场控制室（控制中心）一般设置在现场项目部，配备PC电脑、手机端、PAD端、路由器、GNSS天线、打印机等设备。现场控制室的路由器、GNSS天线和车载无线路由器构成现场WLAN，实现监控数据、反馈信息在现场控制室电脑与车载平板之间的快速可靠双向传输。在堤防碾压施工开始前，现场施工人员采用手持GPS测量设备对堤防进行边界规划，然后根据现场实际车辆配置，派遣相应车辆，并对运输车辆的料源进行检验，实现对堤防碾压施工质量和进度的智能控制。在堤防碾压施工中，通过高精度定位设备、激振力状态监测设备实现碾压参数的实时感知，通过加速度传感器实现对碾轮振动特性的感知，通过车载工业相机实现对图像信息的感知，同时，对堤防碾压施工进行路径规划，感知堤防碾压施工信息、压实质量识别信息，进而实现对堤防碾压施工质量、进度和安全的智能控制。在堤防碾压结束后，对采集的碾压数据（包括碾压遍数、速度超限次数、碾压设备速度平均值、碾压设备速度最终值、碾压沉降量以及行车轨迹等）进行综合分析，可以重演施工实施过程，为单元工程质量检测提供参考。综上所述，采用智能碾压系统可实现对堤防碾压施工事前、事中和事后的智能控制。1.2主要设备安装1.2.1基站架设（1）基站选址。基站应具备以下条件：所在位置能接入网络，能够给基站长期供电，地势较高、安装环境视野开阔，无电磁干扰和信号遮挡（尽量不在高压输变电设备、无线电通信设备附近和树荫下设基站），天线安装位置稳定、无沉降现象。（2）天线安装。安装基本要求：使用支架安装GNSS天线时，支架固定在不会沉降的位置，如混凝土楼房的楼顶，将GNSS天线安装在支架上；若施工区附近没有合适的安装位置，则可以自行建设砖石混凝土基站墩，其高度应不低于1.5 m，必要时可增加钢筋骨架。（3）连接线路。连接线路采取以下方式：采用GPS连接线，将P3E接收机和GNSS天线连接起来；将数传线和电源线相连，将10芯LEMO头插入接收机串口；电源线连接在12 V电源适配器或12 V电瓶上。基站需要长期工作，为避免断电对基站的工作造成影响，可选用UPS、开关电源和电瓶为一体的供电设备。1.2.2车载设备安装（1）碾压车辆GNSS天线安装。安装要点：GNSS天线首选位置为碾压车辆顶棚的纵向中轴线靠近工作部位方向（压路机前进方向）；GNSS天线接头拧紧并使用扎带固定至天线支架上，留510 cm余量，GNSS电缆须每隔3050 cm做一次固定；天线支架安装使用AB胶黏贴或者焊接至顶棚，确保安装后天线不发生位移。（2）碾压车辆车载平板安装。安装要点：平板的安装位置位于驾驶室前挡风玻璃左侧或右侧，使驾驶员能清楚看到平板且不影响其工作；平板所有线束均须隐藏于平板后方，束成一捆，不可散放。（3）碾压车辆接收机安装。安装要点：主机安装位置以不干扰正常操作为准；采用扎带、3M胶（如有条件建议使用安装底板）进行固定，扎带方式选择黑色宽扎带，确保固定后无法晃动；多余电缆采用绕圈或者条状方式集中收纳，隐藏放置；接收机显示器应能够让操作人员不离开座位即可观察到和方便操作。（4）碾压车辆压实传感器安装。压实传感器安装使用AB胶黏贴在振动压路机钢轮的振动臂上，确保安装牢固，不因振动而脱落。压实传感器安装固定后，将传感器数据传输线接至驾驶室内的接收机上。数据传输线采用扎带固定在压实设备的外露管路上，并留有一定的富余量，避免设备转向时扯断数据线。2碾压质量评价2.1评价模型建立图1所示堤防压实质量评价模型，借助高精度定位实现对碾压车辆位置、碾压速度、碾压轨迹及碾压遍数的实时在 121人 民 黄 河2023年S1（上接第117页）化规律 J.城市轨道交通研究，2022，25（12）：94-100.6 刘顺青，王旭畅，王文博，等.顶管施工对既有桥梁影响的三维数值分析 J.科学技术与工程，2022，22（26）：11559-11566.7 肖旦强，张仕超，胡智，等.大断面矩形顶管施工对近接斜交既有隧道影响研究 J.现代隧道技术，2022，59（增刊1）：441-447.8 李文江，王用波，阎伟龙，等.软黏土顶管工后沉降数值模拟与模型试验 J.地下空间与工程学报，2021，17（增刊2）：710-716.【责任编辑张华岩】线监控，利用振动轮的加速度信号，经过进一步计算后得到智能碾压指标（CMV值），通过CMV值与压实度的相关关系预测压实度，实现对路基压实度及压路机振动频率的实时监控。2.2碾压效果分析白沟河治理工程（白沟新城段）施工第二标段紧邻雄安新区北部，白沟河左堤、新盖房分洪道左堤、东淀北大堤共同组成了昝岗组团的防洪屏障，有效抵御新区外围洪水，保障新区的建设和发展。白沟河新城段治理起点为高碑店市与白沟新城县界，终点为白沟新桥，治理河段长10.7 km，治理堤防全长3963 m，相应的堤防桩号为Z5+200Z9+163。防洪标准为100 a一遇，白沟河现状防洪标准不足20 a一遇。选择桩号Z6+375Z7+200段作为智能碾压系统施工试验区，试验数据统计时间为1周，其碾压施工工艺参数：铺土方式，进占法或后退法；含水率，最优含水率3%；铺土厚度，40 cm；碾压遍数，12遍（静压2遍，振压10遍）；碾压行走速度，4 km/h；压实度，95%。智能碾压系统自动记录土方填筑碾压数据，通过WLAN将施工数据实时上传至智慧施工管理平台，实时记录碾压遍数、碾压速度、碾压轨迹等施工数据，实现对碾压施工全流程实时监控，可以监控是否存在未碾压到位的情况，如由碾压遍数统计情况（见表1）可知压实遍数10遍的面积为24 965 m2、占施工总面积的64.59%，还有35.41%的施工面积尚未达到碾压遍数要求。碾压情况的记录可存入服务器，需要时可回放追溯施工各个环节，保证施工质量。通过CMV与压实度相关性校验，得到两者的线性关系为y=0.2841x+83.19（相关系数为0.824 5），据此可以较好地预测碾压后的压实度，实时反馈施工质量，从而及时调整施工工序等。3结语堤防智能碾压系统采用B/S架构和GNSS实时差分定位技术以及成熟的振动碾压传感器技术，在白沟河治理工程白沟新城段施工第二标段测试了该系统的可行性和可靠性，结果表明，其可应用于堤防碾压施工质量监控，对于提高堤防碾压施工水平与管理水准具有十分重要的现实意义，应用前景广阔。如何提高压实度的预测准确度是今后的研究方向，后续可通过增加CMV与压实度相关模型的样本量，进一步优化模型，从而提高压实度的预测精度。参考文献：1 谢辉，赵龙同，阮迪望.智能振动碾压机的自抗扰循迹控制方法 J.天津大学学报（自然科学与工程技术版），2020，53（9）：900-909.2 蔡勇.物联网智能管控路面碾压施工工法 J.绿色环保建材，2020（8）：96-97.3 党晓，侯子义.路基智能压实技术探究 J.中国公路，2022（1）：100-101.【责任编辑张智民】图1碾压质量评价模型表1第7 d施工结束时碾压遍数统计压实遍数5678910施工面积/m29 5011 3758381 08688724 965占比/%24.583.562.162.812.3064.59虢水线保护装置只取了A611（A621）、B611（B621）、C611（C621）三相电压，零序电压采用自产3U0，电压互感器二次侧中性线电压产生偏移后，造成自产3U0与实测零序电压之间产生差异，保护装置误发“PT断线”信号并退出与电压量相关的距离、零序保护。4结语电压互感器二次回路的完好和正确是继电保护装置能正确发挥作用的前提，电压互感器二次回路常见的故障一般是二次回路断线或者二次回路多点接地，本文端子箱锈蚀严重导致的电压互感器二次侧中性线接地点出现接触不良的问题则很少见，通过故障查找的介绍和分析，为现场设备维护、检修提供一定的借鉴。参考文献：1 任岩.CCS水电站继电保护设计特点分析 J.人民黄河，2020，42（11）：103-106.2 黄鑫.110 kV线路电压互感器二次电压异常的分析与处理 J.电工技术，2017（10）：76-78，91.3 孔海波.变电站继电保护二次回路的分析与研究 D.济南：山东大学，2013:23-41.4 胡斌.小电流接地系统中电压互感器一次侧中性点未直接接地情况下所测谐波异常分析 J.湖北电力，2008，32（增刊1）：75-76.【责任编辑张华岩】（上接第120页）122