基于大樣本數據的廣東省公路隧道路面安全性能調查研究*

許新權 吳傳海 李善強 潘 玲

(公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心1) 廣州 510420)(廣東華路交通科技有限公司2) 廣州 510420)

基于大樣本數據的廣東省公路隧道路面安全性能調查研究*

許新權1，2)吳傳海1，2)李善強1，2)潘 玲1，2)

(公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心1)廣州 510420)(廣東華路交通科技有限公司2)廣州 510420)

為提高公路隧道路面的安全性，對廣東省11條高速公路83座隧道路面的結構類型、橫向力系數及交通事故進行了調查研究.結果表明，隧道路面的橫向力系數分布曲線呈碗形，相對瀝青路面，隧道內水泥路面的橫向力系數衰減的較快，隧道內外路面橫向力系數差異較大；隧道越長，路面抗滑性能衰減的越快，隧道路面抗滑等級越高，交通事故率越??；隧道水泥路面的年均事故率為瀝青路面的1.7倍，隧道瀝青路面的安全性優于水泥路面.

道路工程；隧道路面；抗滑性能；橫向力系數；安全

0 引 言

隨著高速公路建設逐漸向山區和丘陵地區延伸，隧道工程在高速公路所占的比例也越來越高[1-2].由于長大隧道內溫差小、濕度大、地下水和地表水豐富，國內高速公路長、特長隧道路面常采用水泥混凝土路面結構[3-4].而國內已建隧道水泥路面大多依照一般路基段水泥路面進行設計和施工，沒有考慮隧道路面特殊的工作環境，因此隧道路面使用的過程中常常出現不同程度的問題和病害，其中最突出的問題是路面抗滑性能衰減快、抗滑耐久性差，極大地影響了高速公路隧道的行車安全性和舒適性[5-6].廣東隧道路面檢測數據表明：隧道水泥混凝土路面普遍存在平整度差、抗滑性能衰減較快等突出的問題，部分隧道路段出現了較多的交通安全事故.因此，2015年8月至11月，課題組對廣東省代表性路段隧道路面的路面類型、抗滑性能、交通事故等進行了調查研究，查找隧道路面抗滑性能衰減的特征及原因，為后續新建高速公路隧道路面結構選型和營運高速公路隧道路面養護決策提供科學依據.

1 調查內容與路段

選取了廣東省11條高速公路83座隧道進行調查研究，調查項目包括：隧道長度與路面類型、路面橫向力系數、交通事故等.為分析隧道內不同位置路面抗滑性能的差異，對隧道路段進行了分段，分段方式見圖1(對于長隧道和特長隧道，隧道內N1，N2，N3按500 m分段).

圖1 隧道路段分段示意圖

2 隧道長度與路面類型調查

2.1 隧道長度

本次調查的83座隧道，隧道單洞長度187.215 km.根據文獻[7]：短隧道(L≤500 m)24座，中長隧道(500 m3 000 m)4座.短隧道數量占調查隧道總數的28.6%，中隧道占33.3%，長隧道占33.3%，特長隧道個數占到隧道總數的4.8%.隨著山區高速公路的陸續建成通車，廣東省內長隧道和特長隧道的數量越來越多，見圖2～3.

圖2 廣東隧道長度分布

圖3 廣東隧道路面類型分布

2.1 隧道路面結構類型

本次調查的隧道單洞長度187.215 km，其中普通水泥路面92.93 km，鋼纖維水泥路面28.715 km，瀝青路面65.57 km.普通水泥路面、鋼纖維水泥路面與瀝青路面的比例分別為49.6%，15.3%， 35.0%.

3 隧道路面抗滑性能檢測與分析

為分析隧道路面的安全性，對隧道路面抗滑性能指標橫向力系數進行了檢測與分析，根據文獻[8]的要求進行評定，分級標準見表1.

表1 路面抗滑性能評定標準

3.1 隧道路段路面橫向力系數分布特征

圖4和圖5是廣東省通車1年的GL高速公路兩座隧道路面橫向力系數的檢測結果，其中DXL隧道內外均為水泥路面，DLS隧道內外為瀝青路面.從橫向力系數的檢測結果可以看出:(1)隧道內不論采用水泥路面還是瀝青路面，隧道內部與外部路面的橫向力系數值分布曲線呈碗型，隧道外部的橫向力系數明顯優于隧道內部；(2)相比隧道瀝青路面，隧道水泥路面的抗滑性能衰減的更快，隧道內水泥路面的橫向力系數與隧道外路面的差異更大.

圖4 隧道水泥路面SFC分布

圖5 隧道瀝青路面SFC分布

3.2 隧道內外路面抗滑性能對比

圖6 隧道內外均為水泥路面SFC對比

圖7 隧道內外均為瀝青路面SFC對比

為對比相同路面類型隧道路面的抗滑性能，分別對隧道內外均瀝青路面或水泥路面的路面抗滑性能進行了對比，統計結果見圖6～7.結果表明:(1)對于隧道內外均為水泥路面的路段，3條高速公路隧道內水泥路面的抗滑性能均較低，SFC均值為分別為34,31,38，路面抗滑等級為中，接近次等級，遠遠低于隧道外水泥路面抗滑性能；(2)對于隧道內外均為瀝青路面的路段，隧道內外的抗滑性能仍然有一定的差異，大部分隧道仍然存在隧道內路面橫向力系數低于隧道外的情況，但兩者的差異相對較?。?3)隧道內瀝青路面橫向力系降低到一定水平后保持在一個穩定水平(SFC均值為40～45).

3.3 不同車道路面抗滑性能對比

為比較不同車道下的路面抗滑能力，分別對不同車道的路面橫向力系數SFC值進行調查，調查組對JZN高速公路DJS隧道路面橫向力系數進行了調查，見圖8.結果顯示，A線慢、主、超車道的橫向力系數分別為34.7，35.4，50.2， B線慢、主、超車道的橫向力系數分別為33.5，34.4，46.8，說明慢、主車道的橫向力系數低于超車道.在雙向6車道的高速公路上，通常主車道的貨車及重型車較，加速了慢車道路面抗滑性能的衰減.

圖8 DJS隧道各車道SFC均值

3.4 隧道長度對路面抗滑性能的影響

為了解不同隧道長度(短隧道、中隧道、長隧道、特長隧道)對路面抗滑性能的影響，對不同長度的隧道分路面類型統計橫向力系數均值，見表2～ 3和圖9～10.結果表明:(1)對于隧道水泥路面，隧道越長路面抗滑性能越低，省內4座特長隧道內水泥路面橫向力系數SFC均值小于40，抗滑等級評定為中及以下；(2)隧道內采用水泥混凝土路面時，隧道越長其路面抗滑性能越差；(3)對于隧道瀝青路面，短、中、長隧道瀝青路面橫向力系數值均相對較高(SFC均值為40以上)，且抗滑性能與隧道的長短沒有明顯的相關性.

表2 隧道水泥路面抗滑性能統計

表3 隧道瀝青路面抗滑性能統計

圖9 隧道水泥路面抗滑性能

圖10 隧道瀝青路面抗滑性能

3.5 隧道路面抗滑性能衰減的主要原因

從隧道路面抗滑性能調查分析結果及水泥路面施工質量監控的結果來看，隧道路段水泥混凝土路面表面抗滑性能衰減的主要原因有如下幾個方面.

1) 隧道內部環境相對封閉，隧道內濕度大，比較潮濕，地下水豐富.這些條件導致水泥路面處在一個不利的環境中，長期潮濕的環境導致水泥砂漿表面結晶形成光滑的表面.

2) 隧道內空氣流動性小，汽車尾氣、粉塵等在潮濕條件下易覆蓋在路面表面形成油膩性膜層，降低輪胎和路面之間的附著作用，從而導致路面抗滑能力減小.

3) 隧道內車速慢、制動多加速路面的磨損，潮濕的環境下，隧道內主車道、慢車道路面更易磨光.

4) 隧道內水泥路面施工質量控制難度更大，在混凝土整平的過程中，為保證表面平整，往往進行大量灑水，從而導致混凝土路面表面的水灰比偏大，混凝土表面形成浮漿，導致混凝土表面砂漿的強度和耐磨性降低.

5) 普通的水泥、外加劑等原材料可能難以適應長大隧道潮濕陰暗的環境.部分高速公路隧道路面交通量都不大，投入使用的時間也很短，也存在路面抗滑性能衰減較快的現象，一方面與隧道的特殊環境有關，一方面可能與材料本身難以適應這種特殊的環境，需進一步探索.

4 隧道路面對交通安全的影響分析

4.1 交通事故與路面抗滑等級的關系

為查找交通事故與抗滑等級的關系，對不同抗滑等級的隧道路面的事故個數進行統計，并按平均事故率(每年單位長度隧道內千萬交通量條件下的事故數)進行對比，見表4和圖11.結果表明:(1)隨著隧道路面抗滑等級的提高，隧道路段的平均事故率逐漸減小，隧道路段交通事故率與路面抗滑等級有明顯的相關性；(2)隨著隧道路面抗滑等級的提高，交通事故率下降的趨勢存在突變，當隧道路面抗滑等級達到次等級時，平均事故率明顯增大，而抗滑等級在中及以上時，隧道路面的平均事故率基本相當.

圖11 路面抗滑等級與交通事故率關系

序號隧道路面抗滑等級橫向力系數SFC隧道單洞樣本數平均交通事故率[起·(km·年·千萬輛車)-1]1次>27．5，≤33．51313．522中>33．5，≤40135．853良>40，≤48643．964優>48303．69

4.2 隧道路面類型與交通事故的關系

根據2012年—2015年各隧道路段的交通事故數據和隧道路面類型，按不同路面類型進行了交通事故統計，計算各高速不同隧道路面類型的年均事故發生率，見表5.調查路段中，隧道水泥路面和瀝青路面的年均事故率為3.2起/km和1.9起/km，水泥路面的年均事故率為瀝青路面的1.7倍，隧道瀝青路面的安全性優于水泥路面.

表5 隧道路面類型與年均事故率關系表(2012年—2015年)

5 結 論

1) 隧道路面的橫向力系數分布曲線呈碗型，相對瀝青路面隧道內水泥路面的橫向力系數衰減的較快，隧道內外路面橫向力系數差異較大；隧道越長，路面抗滑性能衰減的越快，隧道路面抗滑等級越高，交通事故率越小；隧道水泥路面的年均事故率為瀝青路面的1.7倍，隧道瀝青路面的安全性優于水泥路面.

2) 主要建議：有條件時，長隧道或特長隧道可采用剛柔復合式路面；對長隧道、特長隧道，上坡路段可采用水泥路面，對下坡路段的可考慮采用剛柔復合式路面，瀝青面層采用溫拌、阻燃技術，方便施工和防止火災；在材料類型方面可嘗試采用大空隙瀝青混合料，達到提高路面抗滑性能，降低噪聲的目的，以提高隧道路面的安全性.

[1]楊學良,楊良，楊群，等.隧道路面表面抗滑性能的調查與分析[J].公路，2003，12(12):136-139.

[2]楊小龍,李波，李曉輝，等.甘肅省公路隧道混凝土路面抗滑特性測試與分析[J].公路工程，2015，6(3):105-108.

[3]付智,李紅.隧道水泥混凝土路面施工技術[J]公路交通科技(應用技術版)，2011(4):315-318.

[4]中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設計規范：JTG D70-2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[5]李浩.云南省高速公路隧道段交通事故特征調查及分析[J]公路交通科技(應用技術版)，2014(3):264-269.

[6]吳德興,李偉平，鄭國平，等.浙江省高速公路隧道事故的調查分析及對策研究[J].公路，2003(8):312-316.

[7]中建標公路委員會.公路工程技術標準:JTG B01-2014[S].北京:人民交通出版社,2014.

[8]中華人民共和國交通運輸部公路科學研究院.路橋梁技術狀況評定標準:TG H20-2007[S].北京:人民交通出版社,2007.

Investigation on Safety Performance of Highway Tunnel Pavement Based on Large Sample Data in Guangdong Province

XU Xinquan1,2)WU Chuanhai1,2)LI Shanqiang1,2)PAN Ling1,2)

(ResearchandDevelopmentCenteronRoadTransportSafetyandEmergencySupportTechnology&Equipment,MinistryofTransport,Guangzhou510420,China)1)(GuangdongHualuCommunicationsTechnologyCo.LTD,Guangzhou510420,China)2)

In order to improve the safety of highway tunnel pavement, the structure type, and transverse force coefficient and traffic accident of the 83 tunnels of the 11 highway are investigated and studied. The results show that the distribution curve of sideway force coefficient of tunnel pavement is in a bowl form, the sideway force coefficient of cement concrete pavement decays more rapidly compared to asphalt pavement in tunnel, and the difference between the pavement sideway force coefficients inside and outside the tunnel is large. Besides, the longer the tunnel is, the faster the anti sliding performance of the road surface decays; the higher the skid resistance grade is, the smaller the traffic accident rate is. The average annual accident rate of tunnel cement pavement is 1.7 times that of the asphalt pavement, and the safety of tunnel asphalt pavement is found to be better than that of the cement pavement.

road engineering; tunnel pavement; anti-sliding performance; SFC; safety

2016-09-27

*廣東省交通運輸廳科技項目資助(2010-02-004)

U414

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.06.034

許新權(1981—)：男，碩士，高級工程師，主要研究領域為公路試驗檢測、路面結構與材料研究、技術咨詢