低噪音超薄罩面在長大隧道工程中的應用分析

寧瑞林 崔亞萍 李勁 趙曉濤

（1.北京奧科瑞檢測技術開發有限公司，北京 102400；2.黑龍江省高速公路服務中心，黑龍江 哈爾濱 150090；3.北京中天路業科技有限公司，北京 100176）

由于隧道空間狹小，行車噪音容易在隧道內發生多次反射、疊加和混響，影響駕駛人員安全行車。加之隧道內地下水位高，環境相對封閉，路面經常處于潮濕狀態，且隧道內光線弱，良好的路面抗滑性成為安全行車的重要保障[1]。2003年，有研究發現，路面噪音與瀝青混合料粒徑有一定關系，不同級配瀝青混合料的降噪效果為：UTAC6＞OGFC10＞SAC13＞UTAC10＞OGFC16＞SAC16[2]。超薄罩面技術是目前被廣泛采用的預防性養護技術，其罩面厚度薄、使用的瀝青混合料粒徑較小、降噪效果良好。考慮到隧道內路面的特殊要求，本文設計了一種小粒徑的低噪音超薄罩面，并已在長大隧道工程中得到應用。

一、材料

超薄罩面位于路面表層，受車輛直接碾壓，所承受的作用力最強，因而要選用堅固耐磨的石料。粗集料選用玄武巖碎石，規格為3mm～5mm和5mm～8mm，一方面，玄武巖碎石的強度高、耐磨耗；另一方面，玄武巖表面具有一定數量的孔隙，能夠吸收更多的膠結料，膠結效果較好。細集料選用石灰巖材質的機制砂（0mm～3mm）和礦粉。集料的篩分結果和密度指標如表1所示。選用高黏度改性瀝青作為膠結料，其膠結作用、抗高溫變形和低溫開裂能力均較強，技術指標如表2所示。

表1 礦料篩分結果及密度指標

表2 改性瀝青的技術指標

二、級配確定

常見超薄罩面的級配分為兩類：開級配和密級配，分別側重抗滑性能和封水性能。隧道內路面長期處于潮濕環境，級配設計需要同時考慮封水性能和抗滑性能，因而采用骨架密實型級配SAC-10，能夠形成構造深度大、密實性好、透水性小的瀝青混凝土，級配如表3所示。

表3 SAC-10瀝青混合料級配

三、油石比確定

不同油石比SAC-10瀝青混合料的體積指標如表4所示。

表4 不同油石比SAC-10瀝青混合料的體積指標

由表4可知，隨著瀝青用量增加：SAC-10瀝青混合料空隙率降低；瀝青膜厚度、瀝青飽和度和析漏損失不斷增加；穩定度先增后減，在油石比為7.5%時最大；VMA和VCA均先減小后增大，VMA在油石比7.5%時最小，VCA在油石比7.5%和7.8%時相差不大。VCA最小時，骨架最穩定，油石比不宜過低或過高；油膜厚度顯著影響瀝青混合料的黏結力、抗剝落、抗水損害等性能，油膜厚、性能好；油石比高于7.8%時，析漏損失較大，易造成離析、返油等問題。因此，在綜合考慮各項指標后選擇油膜較大的油石比，取最佳油石比為7.8%。

四、混合料路用性能

隧道環境相對封閉，水分不易散失，在多雨季節尤為明顯。冬季溫度低，隧道內水分會結冰，路面需要經受凍融作用的考驗。在水分和凍融作用的影響下，瀝青對集料的膠結作用可能失效，導致松散、麻面等病害出現。為獲得較大的瀝青膜厚度，本文采用較高的油石比，并驗證其高溫性能。超薄罩面直接承受車輛碾壓，如黏結作用不足將導致路面飛散掉粒，本文采用飛散試驗評價了高黏度改性瀝青對集料的黏結性，結果如表5所示。

表5 SAC-10瀝青混合料的性能

五、混合料抗疲勞性能

低噪音超薄罩面位于路面表層，直接承受車輛荷載，需重點考察其抗疲勞開裂性能。本文重點選取SMA-13、EAC-10測試并作對比分析。疲勞試驗的應變水平為1000με，相關瀝青混合料的疲勞壽命測試結果如圖1所示。

圖1 不同瀝青混合料的疲勞壽命

由測試結果可知：SAC-10采用了高黏度改性瀝青，自身抗疲勞性能較高；SAC-10骨架密實型瀝青混合料中形成了更厚的瀝青膜，也有助于提升抗疲勞能力。

六、低噪音超薄罩面的應用

2020年12月在廣渠路東延隧道開展了低噪音超薄罩面試驗路鋪筑，厚度為2cm。

圖2 試驗路鋪設現場

試驗過程中低噪音超薄罩面各工藝環節溫度要求如表6所示，攤鋪完成后路面的各項指標如表7所示。

表6 低噪音超薄罩面SAC-10瀝青混合料生產工藝溫度

表7 低噪音超薄罩面現場測試數據

考慮到隧道內噪音混響影響，本文更關注輪胎與路面間的噪音，通過調整測試方法，將測試儀器固定在車輪附近，盡可能貼近測試路面，采用小型車輛分別在勻速或空檔滑行狀況下以50km/h、60km/h、70km/h和80km/h通過測試區域；以車輛前端進入測試區域開始線和車輛尾端離開結束線之間取得的數據作為測量數據。為保證去除外界噪聲和突發噪聲的干擾，取統計聲級L10作為車輛經過時產生噪聲的最大值對比降噪效果，測量結果如圖3所示。

圖3 行車噪聲對比

從上述結果可以看出，低噪音超薄罩面與普通路面相比可降低噪聲2dB～4dB，接近大空隙瀝青路面，具有良好的降噪效果。從長期維護的角度考慮，低噪音超薄罩面易于維護，降噪效果也更加持久。

七、結語

低噪音超薄罩面采用改性瀝青、多碎石骨架密實結構，瀝青含量高，油膜厚度大，有良好的密封防水、抗水損害、耐高溫車轍和抗疲勞性能，且行車噪聲低，值得推廣。