富水黃土隧道水泥混凝土路面工作環境調查分析

崔 亮

（山西省臨汾高速公路有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

水泥混凝土路面由于具有較強的承載能力，在20世紀末取得了廣泛的應用。隨著瀝青混凝土的大力推廣，良好的行車舒適性、維修方便等特點使其逐漸替代水泥混凝土路面，并冠名為“萬能的瀝青路面”。目前，水泥混凝土路面在高等級公路中的比例不足5%，且主要應用于鄉村道路和部分高速公路隧道路面中，水泥混凝土的推廣應用面臨著“推光”的危險[1-2]。水泥混凝土路面應用逐漸減少的主要原因之一在于其養生期的收縮開裂，致使其在裂縫附件產生“斷板”等重大病害[3]。在隧道路面中，水泥混凝土所處的環境較為穩定，按照常規方法的設計路面板厚度較為保守[4-5]；尤其在特殊地質條件的隧道內，其特殊的環境條件對水泥混凝土面板的設計將產生巨大的影響。

為此，本文將吉河高速公路的喬原隧道（典型的富水黃土隧道）作為依托工程，采用速讀溫、濕度計對水泥路面施工現場進行監測，明確富水黃土隧道內水泥混凝土路面工作環境的溫、濕度場的分布特點。為隧道內水泥混凝土路面的設計、研究提供理論基礎。

1 工程概況及監測方案

喬原隧道位于吉河高速公路（K9+160—K10+770），南北走向，線型范圍內地質條件復雜，針對富水黃土隧道存在的隱患，在施工過程中對隧道圍巖等進行了綜合處理，而隧道路面仍依據現行《公路水泥混凝土路面設計規范（JTG D40—2011）》進行設計，隧道內的路面結構為（15 cm貧混凝土+28 cm水泥混凝土板），隧道出入口處的路面結構為（15 cm貧混凝土+18 cm水泥混凝土板+6 cm中粒式改性瀝青混凝土+4 cm細粒式改性瀝青混凝土），其外觀如圖1所示。

圖1 喬原隧道實體

本文采用了JI-2B型濕度計對路面表面濕度進行監測，采用S300-EX溫度記錄儀收集隧道路面及環境溫度，每隔10 m布置溫、濕度檢測設備，隧道內溫、濕度計布設位置如圖2所示。溫、濕度監測從隧道路面施工完成之日開始記錄。

圖2 溫、濕度計布設位置示意圖

2 不同位置溫、濕度分析

為直觀地分析隧道內部溫、濕度的變化情況，分別分析施工完成初期、施工完成90 d后的隧道溫、濕度數據，并繪制數據圖進行分析，如圖3～圖6所示。

圖3 施工初期隧道內溫度監測

圖4 施工初期隧道內濕度監測

圖3為施工完成初期隧道內的溫度分布情況，可以看出隧道內環境溫度高于水泥混凝土路面的溫度。同時，隨著隧道口距離的增加隧道內環境溫度逐步降低，路面溫度逐漸升高，兩者的溫度差逐漸縮小，當距離隧道口位置大于100 m內時，溫度變化逐漸不明顯。圖4為施工完成初期隧道內的濕度分布情況，可以明顯地看出隨著隧道口距離的增加隧道內環境濕度明顯增加，隧道內部環境濕度比隧道口濕度增加了40%左右。同樣，在距離隧道口位置大于100 m時，濕度逐漸穩定在36%Rh左右。由此可見，施工初期隧道內部的環境參數在距離隧道口位置大于100 m時基本一致。在隧道水泥混凝土路面設計過程中，可以將100 m定位為環境參數影響明顯的界限，若采用同樣的結構、材料進行設計將造成保守設計或路面結構性能不足。

圖5 90 d后隧道內溫度監測

圖6 90 d后隧道內濕度監測

圖5、圖6為施工完成90 d后隧道內的溫、濕度情況。由圖5可以發現，在隧道口處環境溫度和路面溫度相差不大，隨著距離隧道口位置的延伸，環境和路面溫度差逐漸減小，在距離隧道口位置大于120 m時，兩者的差距維持在某一水平，大約5℃～7℃。同時，環境溫度隨著距離隧道口位置的延伸而下降；而路面溫度在距離隧道口位置0～30 m時降低，而后呈現升高的趨勢。對比圖3可知，施工初期隧道內環境與隧道口環境溫差為10℃～12℃，隧道內與隧道口路面溫差為5℃～7℃；施工完成90 d后隧道內環境與隧道口環境溫差為3℃～5℃，隧道內與隧道口路面溫差為5℃～7℃。由此可推斷，隧道口與隧道內部環境溫差隨時間推移其值變化不大，而隧道口與隧道內部路表溫度隨時間推移其值逐漸減小。

3 洞口光照對隧道內溫、濕度影響

喬原隧道為南北走向，兩側隧道口外圍環境截然不同，為進一步明確隧道口附近太陽光照對隧道環境的影響，對施工完成90 d后南北隧道口范圍內的環境溫、濕度進行對比分析，位置1為向陽一側，位置2為背光一側，如圖7所示。

圖7 隧道向陽與背光側示意圖

向陽一側位置1的溫、濕度數據如圖5、圖6，將向背光位置2的溫濕度數據繪制曲線圖如圖8、圖9所示。

圖8 背光側90 d后隧道內溫度監測

圖9 背光側90 d后隧道內濕度監測

從圖8、圖9可以看出，在背光一側，隧道內隨著隧道口距離的增加環境溫度逐漸降低，路面溫度和環境濕度均逐漸升高，在距離隧道口大于110 m時，逐漸趨于穩定。對比圖5、圖6，背光側隧道環境溫度、路面溫度均小于向陽一側，而環境濕度明顯高于向陽一側。同時，環境溫度、濕度以及路面溫度的變化率更小?？梢酝茢?，在背光一側隧道口的環境因素變化較小，對隧道內部的環境因素影響較為不明顯。

4 外界環境對隧道內溫、濕度影響

多項研究認為，影響隧道內環境的因素包括外界環境、隧道內通風條件等[6-7]。隧道路面的冬季施工和夏季施工將出現不同的溫、濕度變化規律。為此，選取距離隧道口50 m（位置3）和500 m（位置4）作為隧道口和隧道內的代表位置，在夏熱和冬寒代表性時間段進行監測。對比結果如表1所示。

表1 不同外界環境的隧道環境參數

從表1可以看出，隧道口附近在不同的外界環境下，環境溫度具有明顯的溫度差，路面溫度相差不大，而環境濕度相差更小。而在隧道內部，環境溫度、路面溫度和環境濕度在外界環境的影響下都沒有明顯的變化。因此，在隧道內部水泥混凝土路面設計過程中，可不考慮外界環境對其溫、濕度的影響。

5 結論

本文通過對富水黃土隧道在不同位置、環境外界等影響因素下的溫、濕度進行監測，對此分析了施工完成后水泥混凝土路面工作環境中的溫、濕度分布情況，主要結論如下：

a）隨著距離隧道口的增加濕度增加，環境溫度下降，而路面溫度升高，最終兩者的溫度差維持在某一穩定水平。

b）向陽一側，隧道口附近的環境溫度、路面溫度均高于背光一側，外界環境對其內部的溫、濕度影響不明顯。

c）距離隧道口100 m，可以作為隧道內和隧道口環境參數影響的界限，分段進行路面結構設計。