本發(fā)明涉及道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)及3D攤鋪方法，屬于道路施工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高速公路路基和軌道交通的路基一般使用混凝土墊層，目前混凝土墊層傳統(tǒng)的施工作業(yè)是多名施工人員人工振搗整平，通過預(yù)先放置好的樁線測量并控制施工的高程和平整度。傳統(tǒng)的測量控制方法不僅效率低精度也不能得到保證，還不能對有坡度或或者復(fù)雜曲面的混凝土墊層進(jìn)行有效施工，如果做好的表面達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)的要求就必須重新施工。由于攤鋪的材料昂貴，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題，所造成的損失會(huì)是巨大的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能對混凝土墊層的高程、厚度和坡度進(jìn)行精準(zhǔn)控制的道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)及3D攤鋪方法

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)，所述3D混凝土攤鋪機(jī)包括攤鋪機(jī)和3D攤鋪控制系統(tǒng)；攤鋪機(jī)包括工作平臺(tái)和設(shè)置在工作平臺(tái)前方的攤鋪機(jī)構(gòu)；工作平臺(tái)安裝在縱向行走軌道上；3D攤鋪控制系統(tǒng)包括設(shè)置在施工道路沿線一側(cè)的監(jiān)測攤鋪路面高程的全站儀、固定在攤鋪機(jī)的攤鋪機(jī)構(gòu)一端的的光學(xué)靶標(biāo)、固定在攤鋪機(jī)的攤鋪機(jī)構(gòu)另一端用于監(jiān)測攤鋪路面坡度的坡度傳感器和控制裝置。

進(jìn)一步的，所述控制裝置包括帶有3D顯示器的控制面板、通訊電臺(tái)、集線盒、液壓閥；坡度傳感器通過線纜與集線盒相連，液壓閥通過線纜與集線盒相連；集線盒通過線纜與控制面板相連，用于接收全站儀信息的通訊電臺(tái)通過線纜與控制面板相連。

進(jìn)一步的，所述攤鋪機(jī)構(gòu)包括一端固定在工作平臺(tái)前端的傾角油缸，傾角油缸的另一端與左右滑移油缸相連，左右滑移油缸的另一端固定升降油缸；傾角油缸、左右滑移油缸、升降油缸依次連接的結(jié)構(gòu)共有兩組分別位于工作平臺(tái)的前端的兩側(cè)；升降油缸的伸縮端固定連接布料器，布料器的后方連接振搗整平裝置；布料器的兩端各連接一個(gè)升降油缸。

進(jìn)一步的，光學(xué)靶標(biāo)固定在一側(cè)升降油缸的頂端，坡度傳感器固定在與光學(xué)靶標(biāo)相對的另一側(cè)的布料器的下端。

進(jìn)一步的，所述振搗整平裝置為高頻振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的整平振動(dòng)板。

一種道床基底3D混凝土攤鋪方法，包含以下施工步驟，

A)確定控制點(diǎn)，在施工道路兩側(cè)沿線設(shè)置控制點(diǎn)，并確定控制點(diǎn)的準(zhǔn)確的3D坐標(biāo)；

B)3D建模，將施工圖紙數(shù)字建模形成能被3D攤鋪控制系統(tǒng)使用的3D道路圖形文件，3D道路圖形文件包含施工路面各個(gè)點(diǎn)的3D坐標(biāo)參數(shù)；

C)全站儀架設(shè)，將全站儀架設(shè)在攤鋪機(jī)前進(jìn)方向的前方的一側(cè)；

D)攤鋪機(jī)參數(shù)設(shè)置，將攤鋪機(jī)的行進(jìn)速度、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的虛鋪系數(shù)、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的攤鋪厚度、光學(xué)靶標(biāo)到未攤鋪平面的距離等參數(shù)輸入到3D攤鋪控制系統(tǒng)，3D攤鋪控制系統(tǒng)確定布料器的具體高度；

E)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)在引導(dǎo)距離范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

進(jìn)一步的，步驟D)中布料器的高度按以下公式確定

H＝h-(l÷α)；

式中，H為布料器的高度；

h為光學(xué)靶標(biāo)到未攤鋪平面的距離；

l為攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的虛鋪厚度；

α為虛鋪系數(shù)取1.2～1.5。

進(jìn)一步的，步驟E)中3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)進(jìn)行平面攤鋪的過程如下，全站儀自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)；全站儀通過攤鋪機(jī)上的光學(xué)靶標(biāo)測得攤鋪機(jī)上攤鋪機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)參數(shù)，經(jīng)處理后發(fā)送給控制系統(tǒng)與預(yù)先導(dǎo)入控制系統(tǒng)的3D道路圖形文件的3D坐標(biāo)參數(shù)比較，如果實(shí)測位置的坐標(biāo)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)存在差異，則控制系統(tǒng)將改正信號(hào)轉(zhuǎn)換成電控信號(hào)，通過調(diào)整液壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)升降油缸來調(diào)整布料器的高低和整平振動(dòng)板的位置。

進(jìn)一步的，步驟E)中3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)進(jìn)行3D攤鋪的過程如下，全站儀自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)；全站儀通過攤鋪機(jī)上的光學(xué)靶標(biāo)測得攤鋪機(jī)上攤鋪機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)參數(shù)，經(jīng)處理后發(fā)送給控制系統(tǒng)，坡度傳感器將坡度信息反饋給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與預(yù)先導(dǎo)入控制系統(tǒng)的3D道路圖形文件的3D坐標(biāo)參數(shù)比較，如果實(shí)測位置坐標(biāo)和坡度信息與設(shè)計(jì)參數(shù)存在差異,則控制系統(tǒng)將改正信號(hào)轉(zhuǎn)換成電控信號(hào)，通過調(diào)整液壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)升降油缸來調(diào)整布料器的高低和整平振動(dòng)板的角度。

進(jìn)一步的，步驟E)中當(dāng)攤鋪機(jī)與全站儀距離150～160m時(shí)，將全站儀架設(shè)在下一個(gè)架站點(diǎn)

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生的技術(shù)效果如下：

本發(fā)明使用全站儀與光學(xué)靶標(biāo)測量并控制施工，不需要人工放樁，節(jié)約了施工時(shí)間和施工檢測成本，并且可以24小時(shí)不間斷施工并保證施工質(zhì)量。

對于需要進(jìn)行多層攤鋪的路面可以根據(jù)上層路面的起伏進(jìn)行攤鋪，獲得更好的平整度。

本發(fā)明的控制系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)行攤鋪，減少了人工參與，一次施工就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的施工精度，施工后路面的平整度好，杜絕了返工現(xiàn)象，提高了施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本。

本發(fā)明的控制系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)圖紙自動(dòng)控制進(jìn)行攤鋪，減輕了施工人員的勞動(dòng)前度，提高了勞動(dòng)效率。

本發(fā)明通過全站儀和坡度傳感器兩者技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對平面、斜面以及各種復(fù)雜曲面的表面進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，實(shí)現(xiàn)3D立體攤鋪。

附圖說明

圖1是本發(fā)明主視示意圖；

圖2是本發(fā)明左視示意圖；

圖3在攤鋪機(jī)后方架設(shè)全站儀示意圖；

圖4是本發(fā)明控制裝置連接示意圖；

圖5是施工過程中控制點(diǎn)選取示意圖；

圖6是本發(fā)明施工方法中全站儀換站示意圖；

其中，1、工作平臺(tái)，2、縱向行走軌道，3、控制面板，4、通訊電臺(tái)，5、3D顯示器，6、左右滑移油缸，7、光學(xué)靶標(biāo)，8、升降油缸，9、傾角油缸，10、布料器，11、高頻振動(dòng)器，12、整平振動(dòng)板，13、全站儀，14、TS手簿，15、坡度傳感器，16、集線盒，17、液壓閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)的說明：

本發(fā)明公開了一種道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)及使用該裝置進(jìn)行道床基底3D混凝土攤鋪的方法。

如圖1、圖2所示，所述3D混凝土攤鋪機(jī)包括攤鋪機(jī)和3D攤鋪控制系統(tǒng)；攤鋪機(jī)包括工作平臺(tái)1和設(shè)置在工作平臺(tái)1前方的攤鋪機(jī)構(gòu)；工作平臺(tái)1安裝在縱向行走軌道2上；3D攤鋪控制系統(tǒng)包括設(shè)置在施工道路沿線一側(cè)的監(jiān)測攤鋪路面高程的全站儀13、固定在攤鋪機(jī)的攤鋪機(jī)構(gòu)一端的的光學(xué)靶標(biāo)7和另一端監(jiān)測攤鋪路面坡度的坡度傳感器15和控制裝置。本發(fā)明的控制裝置設(shè)置在工作平臺(tái)1上，控制裝置包括帶有3D顯示器5的控制面板3、通訊電臺(tái)4、集線盒16、液壓閥17；坡度傳感器15通過線纜與集線盒16相連，液壓閥17通過線纜與集線盒16相連；集線盒16通過線纜與控制面板3相連，用于接收全站儀13信息的通訊電臺(tái)4通過線纜與控制面板3相連，本發(fā)明控制裝置連接示意圖如圖4所示。控制面板3設(shè)置在座椅的旁邊便于施工人員操作。3D顯示器5可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的混凝土墊層的3D參數(shù)、設(shè)計(jì)3D參數(shù)以及施工人員通過控制面板輸入的控制指令。通訊電臺(tái)4用來接收全站儀13發(fā)送的光學(xué)靶標(biāo)7的實(shí)時(shí)高程信息，并顯示在3D顯示器上，光學(xué)靶標(biāo)7的實(shí)時(shí)位置信息反映的就是布料器10和整平振動(dòng)板12的實(shí)時(shí)高程信息。坡度傳感器15用于監(jiān)測當(dāng)前攤鋪路面的坡度，如果是平面攤鋪則監(jiān)測到的數(shù)據(jù)為零度，如果是斜面或者曲面攤鋪則監(jiān)測到實(shí)際的路面坡度或者曲率。

如圖2所示，攤鋪機(jī)的攤鋪機(jī)構(gòu)包括一端固定在工作平臺(tái)1前端的傾角油缸9，傾角油缸9的另一端與左右滑移油缸6相連，左右滑移油缸6的另一端固定升降油缸8；傾角油缸9、左右滑移油缸6、升降油缸8依次連接的結(jié)構(gòu)共有兩組分別位于工作平臺(tái)的前端的兩側(cè)；升降油缸8的伸縮端固定連接布料器10，布料器10的后方連接振搗整平裝置；布料器10的兩端各連接一個(gè)升降油缸8。本實(shí)施例中的振搗整平裝置使用的是由高頻振動(dòng)器11驅(qū)動(dòng)的整平振動(dòng)板12，可以達(dá)到很好的振搗整平效果，施工后的路面質(zhì)量良好。布料器10選用絞龍布料器，布料均勻，為后續(xù)的振搗整平施工創(chuàng)造了良好的條件。傾角油缸9可以保證布料器和整平振動(dòng)板12始終處于水平狀態(tài)，從而保證施工精度；在對曲面或者帶有坡度的平面進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，傾角油缸9通過伸縮可以控制布料器10和整平振動(dòng)板12與水平面呈一定角度，從而實(shí)現(xiàn)3D立體施工，圖2中箭頭所指的方向?yàn)閿備仚C(jī)的行進(jìn)方向。

升降油缸8的伸縮端向下，在升降油缸8的頂端固定有光學(xué)靶標(biāo)7。全站儀13通過自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)7并向攤鋪機(jī)上的控制系統(tǒng)播發(fā)位置信息，從而使本發(fā)明的3D攤鋪控制系統(tǒng)可以達(dá)到2mm以內(nèi)的定位精度。升降油缸8的伸縮端連接在布料器10的兩端，布料器10以及與布料器10相連的整平振動(dòng)板12的實(shí)時(shí)坐標(biāo)通過光學(xué)靶標(biāo)7反饋給全站儀13，經(jīng)全站儀13處理后發(fā)送給控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)的位置信息比較，將改正信號(hào)轉(zhuǎn)換成攤鋪機(jī)的電控信號(hào)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)升降油缸8來調(diào)整布料器10和整平振動(dòng)板12的位置，達(dá)到毫米級(jí)的控制精度。坡度傳感器15固定在與光學(xué)靶標(biāo)7相對的另一側(cè)的布料器的下端。坡度傳感器15用于監(jiān)測當(dāng)前攤鋪路面的坡度，如果是平面攤鋪則坡度傳感器以安裝光學(xué)靶標(biāo)7一側(cè)的高程信息將布料器10自動(dòng)找平，如果是斜面或者曲面攤鋪則監(jiān)測到實(shí)際的路面坡度或者曲率后發(fā)送至控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)參數(shù)比較后發(fā)控制液壓閥17動(dòng)作調(diào)整布料器10攤鋪路面至設(shè)計(jì)的坡度或者曲率參數(shù)。

本發(fā)明還可以在攤鋪機(jī)后面的任意一側(cè)設(shè)置一臺(tái)全站儀13用來檢測施工后的路面是否達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，通過配套使用的TS手簿14能夠清楚地看到檢測出來的數(shù)據(jù)，并把每一個(gè)檢測數(shù)據(jù)記錄到全站儀中，以便施工完成后的分析和改進(jìn)，具體如圖3所示，圖3中箭頭所指的方向?yàn)閿備仚C(jī)行進(jìn)的方向。

使用本發(fā)明中的道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)對道床基底混凝土墊層進(jìn)行3D攤鋪的施工步驟如下：

A)確定控制點(diǎn)，在施工道路兩側(cè)沿線設(shè)置控制點(diǎn)，并確定控制點(diǎn)的準(zhǔn)確的3D坐標(biāo)；為保證全站儀引導(dǎo)攤鋪機(jī)的施工精度，全站儀到攤鋪機(jī)的距離應(yīng)該在200m以內(nèi)，所以連續(xù)的兩個(gè)相鄰控制點(diǎn)的距離取190～200m，并且應(yīng)該保證相鄰控制點(diǎn)之間通視情況良好；若發(fā)現(xiàn)控制點(diǎn)出現(xiàn)沉降或者被破壞，需要及時(shí)測繪出該點(diǎn)準(zhǔn)確的3D坐標(biāo)。在施工過程中，全站儀通過所選取的控制點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)來計(jì)算出攤鋪機(jī)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，控制點(diǎn)起到傳統(tǒng)施工作業(yè)中的樁線的作用。施工道路兩側(cè)的控制點(diǎn)交錯(cuò)設(shè)置，控制點(diǎn)的選取具體如圖5所示。

B)3D建模，將施工圖紙數(shù)字建模形成能被3D攤鋪控制系統(tǒng)使用的3D道路圖形文件，并導(dǎo)出到3D攤鋪控制系統(tǒng)；3D道路圖形文件包含施工路面各個(gè)點(diǎn)的3D坐標(biāo)參數(shù)；此過程進(jìn)行一次即可。

C)全站儀架設(shè)，將全站儀架設(shè)在攤鋪機(jī)前進(jìn)方向道路的一側(cè)，為了保證全站儀在施工過程中能保持良好的監(jiān)測狀態(tài)，優(yōu)選地將全站儀架設(shè)在攤鋪機(jī)安裝了光學(xué)靶標(biāo)一側(cè)的道路旁。保證全站儀的架設(shè)精度，全站儀必須水平架設(shè)。

D)攤鋪機(jī)參數(shù)設(shè)置，將攤鋪機(jī)的行進(jìn)速度、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的虛鋪系數(shù)、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的攤鋪厚度、光學(xué)靶標(biāo)到未攤鋪平面距離等參數(shù)輸入到3D攤鋪控制系統(tǒng)，3D攤鋪控制系統(tǒng)確定布料器的具體高度。

布料器的高度按以下公式確定

H＝h-(l÷α)；

式中，H為布料器的高度；

h為光學(xué)靶標(biāo)到未攤鋪平面的距離；

l為攤鋪?zhàn)鳂I(yè)層的虛鋪厚度；

α為虛鋪系數(shù)取1.2～1.5。

E)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)在引導(dǎo)距離范圍內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)進(jìn)行平面攤鋪的過程如下，全站儀自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)；全站儀通過攤鋪機(jī)上的光學(xué)靶標(biāo)測得攤鋪機(jī)上攤鋪機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)參數(shù)，經(jīng)處理后發(fā)送給控制系統(tǒng)與預(yù)先導(dǎo)入控制系統(tǒng)的3D道路圖形文件的3D坐標(biāo)參數(shù)比較，如果實(shí)測位置坐標(biāo)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)存在差異，則控制系統(tǒng)將改正信號(hào)轉(zhuǎn)換成電控信號(hào)，通過調(diào)整液壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)升降油缸來調(diào)整布料器的高低和整平振動(dòng)板的位置。

3D攤鋪控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)進(jìn)行3D攤鋪的過程如下，全站儀自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)；全站儀自動(dòng)跟蹤光學(xué)靶標(biāo)；全站儀通過攤鋪機(jī)上的光學(xué)靶標(biāo)測得攤鋪機(jī)上攤鋪機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)參數(shù)，經(jīng)處理后發(fā)送給控制系統(tǒng)，坡度傳感器將坡度信息反饋給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與預(yù)先導(dǎo)入控制系統(tǒng)的3D道路圖形文件的3D坐標(biāo)參數(shù)比較，如果實(shí)測位置坐標(biāo)和坡度信息與設(shè)計(jì)參數(shù)存在差異,則控制系統(tǒng)將改正信號(hào)轉(zhuǎn)換成電控信號(hào)，通過調(diào)整液壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)升降油缸來調(diào)整布料器的高低和整平振動(dòng)板的角度。

在攤鋪機(jī)作業(yè)過程中使用全站儀引導(dǎo)測量使用的光學(xué)靶標(biāo)及時(shí)檢查整平振動(dòng)板的高度是夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高。當(dāng)攤鋪機(jī)與全站儀的距離接近最大引導(dǎo)范圍時(shí)，為保證測量精度一般當(dāng)攤鋪機(jī)與全站儀距離150～160m時(shí)，將全站儀架設(shè)在下一個(gè)架站點(diǎn)。

下面結(jié)合圖6說明具體換站過程，圖6中A點(diǎn)設(shè)為起始點(diǎn)，B點(diǎn)D點(diǎn)位全站儀架設(shè)點(diǎn)，AB之間距離為150～160m，BC之間距離為150～160m，CD之間距離為150～160m，箭頭所指的方向?yàn)閿備仚C(jī)行進(jìn)的方向。攤鋪機(jī)從A點(diǎn)開始進(jìn)行施工作業(yè)經(jīng)過B點(diǎn)當(dāng)?shù)竭_(dá)C點(diǎn)時(shí)，攤鋪機(jī)距離B點(diǎn)的全站儀的直線距離已經(jīng)接近全站儀的最大引導(dǎo)距離，此時(shí)將B點(diǎn)的全站儀架設(shè)至D點(diǎn)繼續(xù)對攤鋪機(jī)進(jìn)行監(jiān)測引導(dǎo)。

使用本發(fā)明中道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)并采用3D攤鋪方法進(jìn)行施工，完全不需要進(jìn)行放樁掛線，節(jié)約了施工時(shí)間和施工檢測成本。攤鋪機(jī)均由全站儀和坡度傳感器進(jìn)行引導(dǎo)控制，控制系統(tǒng)控制攤鋪機(jī)完全按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并可以減少現(xiàn)場的施工輔助人員的數(shù)量，大大提高施工質(zhì)量和效率，縮短工期，減少返工并節(jié)約材料等。

本發(fā)明的道床基底3D混凝土攤鋪機(jī)與傳統(tǒng)施工和目前使用較多的激光整平機(jī)相比，能夠?qū)Ω叱獭⒑穸群推露鹊木珳?zhǔn)控制，從而實(shí)現(xiàn)平面、斜面、以及復(fù)雜曲面的自動(dòng)控制施工。

本發(fā)明通過全站儀和坡度傳感器兩者技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對平面、斜面以及各種復(fù)雜曲面的表面進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，應(yīng)用范圍包括高速公路路基、匝道、軌道交通曲線等。