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摘要：镶嵌混凝土堆石坝为不同坝型组合坝体，坝体结构复杂，坝址岸坡陡峻、河床下闸，坝体施工场面受限，加之施工工期短，筑坝材料运输与筑坝技术直接影响土石坝的施工质量、安全和效率要求高。最大限度实现大坝填筑施工无人自动化、过程与质量控制智能化，对提高大坝填筑施工效率和质量、特殊气候条件、降低施工人员劳动强度、保堆石坝业健康具有重要意义。

关键词：堆石坝  无人驾驶   自动化摊铺及碾压

一、无人驾驶自动化摊铺及碾压技术发现现状

随着人工智能理论与技术快速发展，在大坝填筑、碾压过程中嵌入无人驾驶自动化施工等人工智能技术，将具有历史数据分析、经验学习、情况识别、智能控制能力。目前国内外未发现相关新技术成果，技术研究具有开创性。

在国外，相关研究主要集中在道路施工碾压智能控制方面，即所谓智能碾压技术。该方面研究主要涉及碾压机智能碾压装置的开发，以及土料或沥青混凝土路基压实质量实时监测指标的确定，如Caterpillar公司采用碾压净功率指标（MDP），AMMANN公司采用机测土体刚度KB、Geodynamik公司采用碾压振动加速度频域分析指标（CMV）等来表征路基的压实特性。此外，利用总谐波失真（THD）可能是评价土料压实状态的高敏感性指标。基于上述指标反映的路基压实情况，可实现碾压机工作性态如振动频率、振幅等的自适应调整。

在国内，相关研究主要集中在表征压实效果的碾压机压实检测装置的开发与压实度评估方法上，如通过监测垂直方向的振动加速度来表征土层密实度，开发了振动压实度计量仪。在压实度控制方法上，通过对土石坝施工过程中碾压质量的参数分析，开发了土石坝实时碾压质量监控系统，实时监控土石坝施工过程中的压实作业，并通过来自实时质量监控系统的自变量数据建立多元回归模型，以预测压实质量，具有“数字大坝”特性。其它附加质量法、神经网络方法，以及有限元方法也被采用分析压实度。

二、混凝土面板堆石坝的特点与传统填筑技术的问题

（一）羊曲水电站的特点

羊曲水电站镶嵌混凝土面板堆石坝，最大坝高150m。坝体上游混凝土重力坝坝高60m。镶嵌混凝土堆石坝为不同坝型组合坝体，坝体结构复杂，坝址岸坡陡峻、河床下闸，坝体施工场面受限，加之施工工期短，筑坝材料运输与筑坝技术直接影响土石坝的施工质量、安全和效率要求高。最大限度实现大坝填筑施工无人自动化、过程与质量控制智能化，对提高大坝填筑施工效率和质量、特殊气候条件、降低施工人员劳动强度、保障作业人员职业健康具有重要意义。

（二）传统的填筑技术

土石坝建设具有工程规模大、建设周期长、施工场地布置复杂、影响因素多等特点，筑坝料与筑坝技术直接影响土石坝的施工质量、安全和效率。目前，土石坝（包括堆石坝）施工常存在如下问题：

（1）上坝料采用自卸卡车运输，卸料无论是进占法还是后退法都无法避免骨料分离。

（2）常规推土机平料摊铺厚度难以准确掌握，为了提高铺填厚度的精度，曾尝试过激光引导技术，但因车辆之间遮挡效果欠佳。

（3）土石坝施工现场信息采集与海量数据处理存在困难，无法根据筑坝料实际的级配、摊铺厚度等因素采取实时反馈来优化指导实际施工的研究。

（4）利用GPS对振动碾进行实施监控（见图1），实现了对碾压遍数、行车速度、压实厚度的监测。虽保证了碾压区域的全覆盖，但局部漏碾、交叉碾压现象并不能避免。

（5）高寒、降雨等特殊施工条件下，施工工艺、参数采用人工控制模式，效率低、精度不高，难以控制大坝碾压质量。

三、无人驾驶自动化摊铺及碾压技术的优点及指标

研发自卸卡车卸料装置、无人驾驶推土机、无人驾驶碾压机，并通过配套的现场碾压试验的验证和技术改进，实现推土机自动摊铺和无人驾驶碾压机群在工程中得到应用。

（1）无人驾驶自动化坝料摊铺和碾压关键技术研究成果，能够实现面板堆石坝和土石坝不同粒径坝料的自动摊铺和碾压，施工质量满足国家标准和行业规范技术要求。技术指标：自动摊铺厚度能适应范围30cm～80cm，仓面控制精度＜15cm，技术指标国内领先。

（2）能够实现碾压质量在线自动检测和自动控制功能，能够实现大面积仓面快速碾压施工，适应多雨季节快速施工。技术指标：实现无人驾驶自动振动碾压连续作业，自动在线碾压密实度检测质量合格率＞97%，碾压重叠边界精度＜15cm，技术指标国内领先。

（3）通过施工工艺参数自动调整或预设，具有适应中小降雨强度下的施工能力。中等降雨强度下，主要是对土料碾压参数的控制，能够根据动态降雨强度和时间，动态自动分析摊铺土料含水量的增加量，自动分析增加或减少碾压次数，保证土料碾压密实度满足技术要求。

（4）嵌入人工智能技术，使自动摊铺碾压控制系统具有历史数据分析、经验学习积累、情况识别处理、智能分析控制能力。能够智能学习分析填筑坝料技术参数、仓面特征、行驶方向变化、精度偏差及时纠偏、安全情况突发等情况，自动识别并智能控制。

（5）关键技术系统对南方多雨地区面板堆石坝坝料填筑以及其它土石坝填筑料均能技术适用。

四、结论与建议

为有效避免后期面板堆石坝建设过程中出现类似上述问题，利用现代先进科学技术（如人工智能技术）最大限度实现大坝填筑施工无人自动化、过程与质量控制智能化，对提高大坝填筑施工效率和质量、适应雨季等特殊施工条件、降低施工人员劳动强度、保障作业人员职业健康具有重要意义。开展无人驾驶自动化摊铺及碾压应用不仅提高大坝智能化筑坝技术，而且也将为其它高坝建设积累经验，提升整个行业技术水平具有重要意义。

参考文献

1.清华大学水利水电工程系，无人驾驶碾压混凝土筑坝技术研究——中期报告[R]，北京：清华大学，2019年9月.