高速公路長隧道路面結(jié)構(gòu)選型分析

文/廣東中和正通工程技術(shù)有限公司 劉先淼

在國內(nèi)隧道技術(shù)迅猛發(fā)展和成本明顯下降的有利條件下，高速公路長隧道建設(shè)規(guī)模越來越大。但隧道運(yùn)營中發(fā)生的種種問題表明，以常規(guī)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的隧道路面存在嚴(yán)重的安全隱患，因此應(yīng)高度重視現(xiàn)有隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，分析其特點(diǎn)與不足，并提出切實(shí)可行的措施，為新建隧道路面建設(shè)和現(xiàn)有隧道路面處治提供解決方案。

長隧道路面的運(yùn)營特點(diǎn)

長隧道路面處于狹小封閉的洞內(nèi)空間，運(yùn)營和維修都有不同于一般路面的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

在隧道運(yùn)營階段，路面受到廢氣、油煙、雨水等因素的影響明顯降低了路面的抗滑性；

隧道光線弱，可見度低，可視距離短，對行車安全不利，一旦發(fā)生交通事故，危害性更大；

隧道路面的維修養(yǎng)護(hù)困難、成本高，而且往往必須封閉施工，直接影響運(yùn)營效益。

因此，與普通路面相比，隧道路面要求具有更可靠的抗滑安全性能、更及時(shí)的維修與養(yǎng)護(hù)。

長隧道水泥路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與存在問題

水泥路面具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、水穩(wěn)定性和耐久性好、不易燃燒等優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著通車運(yùn)營的隧道增多，隧道水泥路面抗滑性能不足帶來的后果越來越受到關(guān)注。

經(jīng)分析各地的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究數(shù)據(jù)表明，隧道水泥路面本身抗滑性能衰減的主要影響因素有：隧道空間狹小，大型滑模攤鋪設(shè)備受空間制約施工難度大，而且工程規(guī)模相對較小，設(shè)備攤銷成本大，工程質(zhì)量難于保障；隧道空間封閉，空氣濕度大，充斥著汽車排放出的廢氣，混凝土表面容易碳化、粉化；隧道內(nèi)行駛條件差，汽車制動(dòng)頻繁，對路面的磨耗作用大。

另外，隧道水泥路面行車舒適性較差，主要表現(xiàn)在平整度差和噪音大。而且，一旦出現(xiàn)破損，水泥混凝土路面修復(fù)難度大、時(shí)間長、成本高，并且嚴(yán)重影響正常的通車運(yùn)營。

從以上分析可知，長隧道水泥路面應(yīng)采取必要的技術(shù)措施提升路面平整度、摩阻系數(shù)和路表砂漿的耐磨性能。

長隧道瀝青路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與存在問題

隧道瀝青路面最突出的優(yōu)勢是抗滑性能衰減情況比水泥路面好；同時(shí)，隧道瀝青路面的行車舒適性和噪音水平都比水泥路面優(yōu)越，路面破壞后可以快速維修，對運(yùn)營影響小。但是，有些問題仍然無法有效解決。

機(jī)械設(shè)備排放大量的廢氣，洞內(nèi)被有毒氣體籠罩，嚴(yán)重影響施工工人的身體健康和情緒，降低工效和工程質(zhì)量。此問題可以通過安裝隧道排風(fēng)系統(tǒng)、溫拌技術(shù)等方法解決。

隧道路面形成的水膜是事故發(fā)生的主要原因。強(qiáng)制推行開級配排水抗滑表層的方法，可以有效解決隧道路面的水膜安全隱患。但是，排水路面如OGFC技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)已十幾年，因受到技術(shù)的困擾、耐久性不理想等問題成為其應(yīng)用瓶頸。

瀝青路面基于其材料自身的特點(diǎn)，在洞內(nèi)發(fā)生事故引發(fā)火災(zāi)時(shí)，瀝青混凝土可燃燒并產(chǎn)生高溫(超過800℃)的有害氣體，造成人員燒傷或窒息死亡。為解決該問題，有些地區(qū)采用阻燃瀝青路面技術(shù)，但據(jù)調(diào)查，阻燃劑技術(shù)并沒有改變?yōu)r青的燃料本質(zhì)，根本無法阻止瀝青路面在高溫火焰下燃燒。

隧道洞內(nèi)溫度較洞外穩(wěn)定，對瀝青路面的高低溫性能要求不高，但常年處于潮濕狀態(tài)，容易導(dǎo)致瀝青路面早期水損害，使其耐久性難于保障。目前還沒有很有效的解決方案。

綜上所述，長隧道路面的選型受水泥路面事故率居高不下的影響，瀝青路面的應(yīng)用越來越多，雖然事故率明顯降低，行車舒適性有所提高，但防火災(zāi)燃燒和耐久性問題還無法得到有效解決。

表1 水泥混凝土與超薄瀝青排水磨耗層組合路面結(jié)構(gòu)

新型隧道路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用型分析

基于上述分析，筆者提出一種新型路面結(jié)構(gòu)（見表1）。

該路面結(jié)構(gòu)以C20素混凝土調(diào)平隧道路基作為基層，如果是石質(zhì)路基段，要求厚度大于15cm；如果是土質(zhì)路基或空洞，應(yīng)回填40cm厚素混凝土。面層采用25cm厚C40水泥混凝土，在重交通和特重交通隧道可以采用鋼纖維混凝土或者連續(xù)配筋混凝土；在水泥混凝土面層之上加鋪一層2cm厚的超薄排水磨耗層，具有優(yōu)異的排水、抗滑和降噪性能，但其層厚薄，以一體化攤鋪工藝，同步灑布1.0kg/m2高性能改性乳化瀝青防水黏結(jié)層。該種路面結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢分析如下：

超薄排水磨耗層能夠及時(shí)滲透路面積水，使路表不會(huì)形成水膜；同時(shí)，其瀝青膜厚度達(dá)12um至15um，是普通瀝青混合料的2倍，瀝青膜被車輪磨光的周期更長，使路面沉積的油污可以長期不斷被帶走，不會(huì)形成類似水泥路面上光滑的油膜。因此，這種路面結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的抗滑性能，保障長隧道行駛車輛的安全。

超薄排水磨耗層的層厚薄，只有常規(guī)排水磨耗層的一半，其內(nèi)部孔隙與路表開口連通較好，孔隙堵塞時(shí)容易清理，而且自干性好，抗水損害性能優(yōu)良；防水黏結(jié)層采用高性能改性乳化瀝青同步灑布，具有可靠的防水黏結(jié)性能。因此，超薄排水磨耗層克服了常規(guī)排水路面耐久性不好的瓶頸問題。

該路面結(jié)構(gòu)只有2cm厚瀝青混合料，發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，能被燃燒的數(shù)量有限，不會(huì)因此明顯增大事故的危害性。

超薄排水磨耗層破壞后，銑刨重鋪方便、快速而且經(jīng)濟(jì)，大幅降低養(yǎng)護(hù)成本和對運(yùn)營的影響。超薄排水磨耗層孔隙大，吸音效果顯著，能有效降低噪聲，提升舒適性。

一體化攤鋪速度達(dá)到12m/min至20m/min，是常規(guī)瀝青路面攤鋪速度的4倍至6倍，如果配套溫拌、凈味瀝青和設(shè)備減排技術(shù)，施工將更加環(huán)保便利。

一般路段反射裂縫是水泥路面加鋪超薄磨耗層難以解決的問題，但在隧道內(nèi)沒有降雨，不會(huì)因?yàn)橛晁畯牧芽p滲入而導(dǎo)致路面的加速破壞，因此無需處理。

綜上所述，水泥路面加鋪超薄排水磨耗層路面結(jié)構(gòu)較好地解決了新建長隧道路面和現(xiàn)有隧道路面的處治存在的問題。

工程案例

廣樂高速公路的大瑤山梯子嶺隧道（南行樁號K41+010至K43+980）采用水泥路面，2015年因抗滑性能不足而加鋪一層2cm厚的超薄排水磨耗層，完工后檢測了主要性能指標(biāo)（見表2至表5）。

該隧道通車兩年來，事故率大幅降低，路面狀況良好，行車舒適性也有效提高。

表2 摩擦系數(shù)擺值BPN統(tǒng)計(jì)表

表3 橫向力系數(shù)SFC統(tǒng)計(jì)表

表4 構(gòu)造深度統(tǒng)計(jì)表

表5 滲水系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

結(jié)論

長隧道水泥路面的主要存在問題是抗滑性能不足影響行駛車輛的安全，長隧道瀝青路面的主要存在問題是預(yù)防火災(zāi)燃燒和耐久性問題；抗滑安全性能雖然優(yōu)于水泥路面，但與洞外相比依然偏高。水泥路面（包括新舊路面）加鋪超薄排水磨耗層，有針對性地解決了長隧道水泥路面和瀝青路面的存在問題，而且噪音低、舒適性好，便于快速維修養(yǎng)護(hù)，是安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的解決方案。