高速公路長大隧道路面類型選擇分析及建議[建資薈萃]

1、關(guān)于隧道路面類型選用分析作者：rblfluo 2016/11/14公路路面的技術(shù)狀況、行車性能直接關(guān)系到隧道交通安全。由于公路隧道洞內(nèi)空間狹窄，通風(fēng)困難，視線差、汽車尾氣污染，隧道內(nèi)路面維修較洞外困難，往往容易造成交通阻斷，相對更容易引發(fā)交通事故，影響整條公路的正常通行。因此，對隧道內(nèi)的路面要求不僅有良好的平整度、抗滑性、低噪音，而且要有長期的穩(wěn)定性和耐久性，并且要便于維護。這是對隧道路面功能的要求，也是我們努力的方向。長期以來，國內(nèi)外研究人員從提高隧道路面的行車安全性目的出發(fā)，在路面的耐久性、抗滑性、排水機理，以及施工工藝、維修技術(shù)等方面展開大量研究，取得很多研究成果。國內(nèi)外目前對隧道采用水

2、泥混凝土路面還是采用瀝青混凝土路面存在兩種不同的觀點。事實上，這兩種路面在隧道中使用仍然各有優(yōu)缺點，有不同的適應(yīng)條件和使用范圍。就我國來講，水泥混凝土路面還是占絕大多數(shù)，接近90%。一、水泥混凝土路面水泥混凝土路面屬于剛性路面，其特點是整體剛度大、路面板強度高，水泥混凝土相對瀝青路面黑色路面屬于“白色路面”，在隧道內(nèi)照度高，同時水泥混凝土路面使用壽命長，現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計年限一般為30年，屬于“長壽命路面”。水泥混凝土路面在實際使用過程，考慮道路使用環(huán)境條件、超載等不利因素影響，正常情況下一般可以達到十年左右不用大修。維護間隔時間長，因而養(yǎng)護費用少。然而，根據(jù)國內(nèi)外近些年大量調(diào)查和研究表明

3、，對行車速度較快的公路特別是高速公路隧道，采用水泥混凝土路面存在行車安全性問題，導(dǎo)致容易產(chǎn)生交通事故，主要表現(xiàn)為以下幾點不足：（1） 行車視覺亮度差異。高速公路隧道外道路路面一般采用瀝青混合料路面，當(dāng)隧道內(nèi)采用水泥混凝土路面時，由于兩種路面的顏色反差很大，在長隧道進出口和中短隧道多的路段，道路顯著的亮度差異對駕駛員的眼睛刺激很大。（2） 噪音大。研究表明，隧道內(nèi)采用水泥混凝土路面噪音比采用瀝青混凝土路面要高67個分貝，加上隧道周邊空間封閉性，加劇噪音對人的刺激，噪音分布性的差異性容易導(dǎo)致駕駛員操作反應(yīng)產(chǎn)生偏差。（3） 震動大。水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面路面剛度相差較大，加上水泥混凝土路面存

4、在短距離（約35米）橫向縮縫，所以使得進出隧道時的車輛產(chǎn)生明顯的振動，路感顯著不同，駕駛員在方向盤操控感覺差別較大，對安全行車不利。（4） 抗滑性能差。由于水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面路表的磨擦系數(shù)存在著明顯差異，尤其有雨時，洞外路面雨水被汽車輪胎帶進隧道路面，造成洞內(nèi)水泥混凝土路面的表面摩擦系數(shù)明顯減低。有資料表明，隧道水泥混凝土路面受潮后，其擺值摩擦系數(shù)由80減少到32，是原來的40%，是瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的25%。同時，長期交通運營積累在洞內(nèi)路面汽車尾氣沉淀物也迅速降低路面的抗滑性能，容易導(dǎo)致汽車側(cè)向滑溜，帶來很大的交通事故隱患。（5） 行駛條件變化不利行車。對于洞外采用瀝青混凝土路面

5、的隧道，進入隧道段由于道路亮度變化、路面剛度突然增大、存在橫向縮縫振動，汽車行駛路感差別大，加上在雨天不利環(huán)境條件下，高速行駛進入隧道輪胎帶進隧道的雨水、水泥混凝土路面抗滑性明顯減低、輪胎抓地性能減低，容易導(dǎo)致車輪打滑，加上隧道內(nèi)視覺空間大大小于洞外，以至容易導(dǎo)致駕駛員精神緊張而方向盤操作失控引起車禍。有調(diào)查表明，設(shè)計車速較高的公路隧道采用水泥混凝土路面的交通事故率要比采用瀝青路面高得多。為了提高公路隧道內(nèi)水泥混凝土路面抗滑性能，目前我國許多地方采用對水泥混凝土路面表面進行刻痕、鑿毛等增糙措施，同時，加強路面的排水，取得一定效果。但是，水泥混凝土路面經(jīng)過增糙措施后一般使用一年后由于高速行車的車

6、輪磨耗，很快增糙層就會磨損掉，需要繼續(xù)增糙處理，大大增加養(yǎng)護成本。同時，連續(xù)的增糙處理都會削減水泥混凝土路面的有效厚度，給路面結(jié)構(gòu)厚度處理帶來難題。在這種情況下提出了用露石水泥混凝土進行長大隧道道面的鋪裝。目前該技術(shù)仍在進一步研究中。露石水泥混凝土在長大隧道路面鋪裝上的應(yīng)用，有效的彌補了普通混凝土在長大隧道路面鋪裝上的不足。尤其是在降噪和抗滑方面改善比較明顯，從而提高公路隧道水泥混凝土路面抗滑性能和行車安全性。但在其他方面如行車視覺亮度差異、震動大和行駛條件變化不利行車等方面仍未有改善。二、瀝青路面瀝青路面結(jié)構(gòu)層屬于柔性路面。其特點是路面結(jié)構(gòu)層抗壓彈性模量約為水泥混凝土一半，具有一定的吸收汽車

7、動荷載產(chǎn)生的振動，無伸縮縫，故行車相對平穩(wěn)，噪音小。設(shè)計年限一般為15年，從實際使用情況來看，正常情況下一般可以達到35年左右不用大修，維護工作方便。瀝青路面的不足之處是屬于“黑色路面”，其路面有較強的吸收光線作用，降低隧道的的光照度，使用壽命比水泥混凝土路面短，需要經(jīng)常維護。在多水路段，需要做好路面抗水技術(shù)處理。由于瀝青路面中的瀝青存在易燃的可能性，近些年來國內(nèi)外對隧道是采用水泥混凝土路面或瀝青路面一直存在爭議，對隧道瀝青路面火災(zāi)過程的安全性問題是爭議最大的問題。同時為了降低瀝青的可燃性，開發(fā)出了阻燃劑，從而大大降低了瀝青燃燒的可能性，提高了瀝青混凝土在長大隧道鋪裝中的安全性。下表是一些使用

8、瀝青混凝土鋪裝的隧道。隧道名稱長度路面鋪裝結(jié)構(gòu)所在地區(qū)東京灣海底隧道9KM16cm半柔性路面+剛性基層日本挪威萊爾多隧道24.51KM5cm瀝青磨耗層+6cm瀝青混凝土結(jié)構(gòu)挪威武漢長江隧道3.3KM4cmAFNA+5cmHMAC-20+剛性基層湖北渝合高速公路北培隧道4KM4cm阻燃+6cmAC+剛性基層重慶杭瑞雞口山隧道2.98KM瀝青混凝土復(fù)合式路面湖北滬蓉西把水寺隧道5cm阻燃SMA+6cmAC+剛性基層三、復(fù)合路面隨著研究的深入，人們從趨利避害的思路出發(fā)，研究能否將兩者結(jié)合起來，形成復(fù)合式路面。這種路面應(yīng)該是發(fā)揮兩種路面各自的優(yōu)勢，彌補各自的缺點，并利用對兩種路面研究的新技術(shù)和新成果，

9、形成優(yōu)勢互補，確保隧道路面功能最大化的路面結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)形式為：阻燃反光瀝青混凝土（810cm）+水泥混凝土（2530cm）+基層+。這種結(jié)構(gòu)可滿足隧道路面的要求：有良好的平整度、抗滑性、低噪音，而且有長期的穩(wěn)定性和耐久性，并且要便于維護。筆者認(rèn)為是當(dāng)下比較合適的選擇。設(shè)計思路是發(fā)揮了兩種路面各自的優(yōu)點。當(dāng)水泥混凝土路面鋪筑在下層時，其缺點如抗滑衰減快、噪音大等缺點被位于其上的瀝青混凝土面層“掩埋了”，缺點沒了，全剩優(yōu)點了。而位于其上的瀝青混凝土，由于主要承擔(dān)功能性作用，厚度減小了（810cm），所以燃燒的量減少了。進而為了不讓它燃燒，確保安全，要求加入阻燃劑，進一步降低了燃燒的可能性，提升了

10、安全等級。細(xì)則為了進一步克服瀝青混凝土路面在隧道鋪裝上亮度的不足，要求“應(yīng)提高路面的反射率，選擇隧道路面類型時，宜選用光反射率較大的材料及結(jié)構(gòu)”。）在隧道施工技術(shù)較發(fā)達的日本，主要采用半柔性路面鋪裝技術(shù)，它結(jié)合了瀝青混凝土和水泥混凝土兩方面工藝的半柔性鋪裝，具有耐油性和阻燃性好的特點，也較適應(yīng)于隧道的濕潤環(huán)境。但施工控制不好，易造成抗滑性能低，半柔性路面鋪裝與其下的水泥混凝土調(diào)平層間必須使用界面劑，同時仍然存在灰塵大的問題。四、有關(guān)規(guī)范要求公路隧道設(shè)計細(xì)則（中華人民共和國行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)JTG/T D70-2010）19.3條：表19.3.2 常用路面面層類型及適用條件水泥混凝土路面復(fù)合式路面使用

11、條件橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土連續(xù)配筋混凝土鋼纖維混凝土瀝青混合料上面層+連續(xù)配筋混凝土瀝青混合料上面層+橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土高速高速、一級公路鋼釬維混凝土連續(xù)配筋混凝土瀝青混合料上面層+連續(xù)配筋混凝土瀝青混合料上面層+橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土特重交通的高速公路普通混凝土碾壓混凝土瀝青混合料上面層+普通混凝土瀝青混合料上面層+碾壓混凝土二級及二級一下公路隧道路面設(shè)計宜符合以下規(guī)定：1 各級公路隧道可采用水泥混凝土路面，但應(yīng)采取措施，提高其抗滑和降噪性能。2 當(dāng)設(shè)計速度大于80KM/h時，宜采用瀝青混合料上面層與水泥混凝土下面層組成復(fù)合式路面。宜削減瀝青路面在隧道著火情況下參與燃燒并釋放濃煙，

12、對營運安全和救援工作的不利影響，其面層應(yīng)加入阻燃劑的復(fù)合改性瀝青。瀝青阻燃劑應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性和耐久性，且不應(yīng)影響瀝青及瀝青混合料的使用性能。應(yīng)重視采用瀝青路面降低隧道內(nèi)整體亮度，且進出口段（尤其是進口段）亮度變化較大的特點。應(yīng)提高路面的反射率，選擇隧道路面類型時，宜選用光反射率較大的材料及結(jié)構(gòu)。我國現(xiàn)行的公路隧道設(shè)計規(guī)范（中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTG D70-2004）15.3.1各級公路隧道可采用水泥混凝土路面。有條件時，可采用上面層瀝青混合料與下面層水泥混凝土路面組成的復(fù)合式路面。正在審查中的新的“公路隧道設(shè)計規(guī)范”：15.3隧道路面 15.3.1高速公路、一級公路隧道宜采用瀝青混合

13、料上面層與水泥混凝土下面層組成復(fù)合式路面。其他等級公路隧道可采用復(fù)合式路面或水泥混凝土路面。15隧道路基與路面 15.1 一般規(guī)定 15.1.1 隧道路面結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)交通量、設(shè)計速度、平縱線形指標(biāo)、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件、材料供 應(yīng)情況、全壽命周期費用分析等因素，進行經(jīng)濟、技術(shù)比較后確定。 15.1.2 隧道路基應(yīng)為穩(wěn)定、密實、勻質(zhì)路基，為路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。 15.1.3 隧道路面應(yīng)具有足夠的強度、平整、耐久、抗滑、耐磨等性能。 15.1.4 隧道路面結(jié)構(gòu)下應(yīng)有完善的排水系統(tǒng)。 15.2 隧道路基 15.2.1 設(shè)置仰拱的隧道，仰拱填充層可為路基層，其填充材料和填充要求應(yīng)符合本規(guī)范 第 5 章、第

14、8 章的相關(guān)規(guī)定。 15.2.2 不設(shè)仰拱的隧道，路基應(yīng)為穩(wěn)定的石質(zhì)地基。 15.3 隧道路面 15.3.1 高速公路、一級公路隧道宜采用瀝青混合料上面層與混凝土下面層組成的復(fù)合式 路面。其他等級公路隧道可采用復(fù)合式路面或水泥混凝土路面。 15.3.2 應(yīng)根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件確定隧道路面結(jié)構(gòu)，無仰拱隧道路面應(yīng)設(shè)置基層和面 層，可根據(jù)需要增設(shè)整平層；設(shè)仰拱的隧道可只設(shè)基層和面層。 15.3.3 路面基層設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 無仰拱隧道路面基層應(yīng)置于堅實的地基上。 2 基層宜采用素混凝土，厚度宜為 120mm200mm，抗壓強度不應(yīng)低于 C20 或彎拉 強度不應(yīng)低于 1.8MPa，且應(yīng)設(shè)置與

15、混凝土面層相對應(yīng)的橫向縮縫。 3 一次攤鋪寬度大于 7.5m 時，應(yīng)設(shè)縱向縮縫。 4 增設(shè)整平層時，整平層平均厚度不宜小于 150mm。 15.3.4 隧道采用水泥混凝土路面面層時設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 二、三、四級公路宜采用設(shè)接縫的普通水泥混凝土面層；水泥混凝土面層厚度： 三、四級公路隧道宜為 200220mm，混凝土強度等級宜為 C35C40，抗折強度宜為 4.0 4.5MPa；二級公路隧道厚度宜為 220240mm，混凝土強度等級不宜小于 C40，抗折強度 宜為 4.55.0MPa。2 高速公路、一級公路應(yīng)采用連續(xù)配筋混凝土面層或鋼纖維混凝土面層。水泥混凝 土面層厚度宜為 240260

16、mm，混凝土強度等級宜為 C40C50，抗折強度不宜小于 5.0MPa。 3 面層厚度、接縫構(gòu)造與布設(shè)間距、鋼纖維混凝土鋼纖維摻量、面層特殊部位的配 筋均應(yīng)符合現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 （JTG D40）的有關(guān)規(guī)定；洞口段應(yīng)設(shè)脹縫； 襯砌結(jié)構(gòu)變化處應(yīng)結(jié)合襯砌變形縫統(tǒng)一設(shè)置橫向接縫。 4 各級水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、材料性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)及變異水平、設(shè) 計方法、標(biāo)準(zhǔn)軸載、材料組成和性質(zhì)參數(shù)均應(yīng)符合現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 （JTG D40）的有關(guān)規(guī)定。高速公路、一級公路隧道水泥混凝土路面粗、細(xì)集料的級別均 宜采用級。 5 路面表面構(gòu)造應(yīng)采用刻槽、壓槽、拉毛或拉槽等方法制作，構(gòu)造深度

17、在使用初期 應(yīng)滿足表 15.3.4 要求。表面構(gòu)造采用刻槽時，宜采用縱向刻槽，進洞口段及坡度較大的隧 道宜同時采用縱向和橫向刻槽。 表 15.3.4 各級公路水泥混凝土路面面層的表面構(gòu)造深度要求 6 混凝土路面加鋪層應(yīng)根據(jù)使用要求及舊混凝土路面狀況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后選用 水泥混凝土加鋪結(jié)構(gòu)或瀝青混凝土加鋪結(jié)構(gòu)；加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行公路水泥混凝 土路面設(shè)計規(guī)范（JTG D40）、公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTG D50）的有關(guān)規(guī)定。 15.3.5 連續(xù)配筋混凝土面層配筋宜符合下列要求： 2 縱向和橫向鋼筋設(shè)在面層上部時，均應(yīng)采用單層布置，縱向鋼筋的凈保護層厚度 不應(yīng)小于 50mm，橫向鋼筋應(yīng)位于

18、縱向鋼筋以下。 3 縱向和橫向鋼筋宜采用相同或相近的直徑，直徑差不應(yīng)大于 4mm?？v向鋼筋的間 距不應(yīng)大于 200mm，橫向鋼筋的間距不應(yīng)大于 800mm，且不應(yīng)小于 100mm 或集料最大 粒徑的 2.5 倍。邊緣鋼筋至縱縫或自由邊的距離宜為 100150mm。 4 縱向鋼筋的焊接長度不宜小于 10 倍（單面焊）或 5 倍（雙面焊）鋼筋直徑，相鄰 鋼筋焊接位置應(yīng)錯開，各焊接端連線與縱向鋼筋的夾角應(yīng)小于 60。 15.3.6 復(fù)合式路面瀝青上面層應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 瀝青面層應(yīng)具有與混凝土面板黏結(jié)牢固、防水滲入、抗滑耐磨、低溫抗開裂、高 溫抗車轍、抗剝離的良好性能。 2 應(yīng)由黏結(jié)層和瀝青面層組

19、成；瀝青面層厚度宜為 80100mm，宜采用雙層式瀝青 面層。 3 瀝青表面層的厚度、混合料類型宜與洞外路段相同，表面層應(yīng)采用抗滑表層； 瀝青混合料配合比設(shè)計、高低溫性能、水穩(wěn)性等要求應(yīng)符合公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范 （JTG D50）的有關(guān)規(guī)定。 4 特重交通、重交通、重要公路，或溫差較大、氣候嚴(yán)酷地區(qū)，或鋪筑特殊結(jié)構(gòu)層， 以及連續(xù)長、陡縱坡段隧道，應(yīng)選用改性瀝青。 5 瀝青面層應(yīng)選用密級配瀝青混合料，纖維穩(wěn)定劑宜選用礦物纖維，特長隧道宜采 用溫拌瀝青混合料，各種外加劑的摻入應(yīng)不影響混合料的路用性能。 6 在黏結(jié)層上應(yīng)設(shè)置防水層。防水層和黏結(jié)層宜配合使用，宜采用改性乳化瀝青加 熱噴 SBS 改性瀝

20、青+預(yù)拌瀝青碎石粘結(jié)層。 7 隧道結(jié)構(gòu)變形縫、非連續(xù)配筋且無拉桿的混凝土面層接縫和脹縫處，以及存在后 期不均勻沉降的軟弱地層的隧道段，應(yīng)在水泥混凝土面板相應(yīng)位置鋪設(shè)長纖維無紡聚酯類 土工織物。 15.3.7 瀝青上面層在調(diào)平層上鋪裝時，混凝土調(diào)平層厚度不宜小于 80mm，并應(yīng)設(shè)鋼筋 網(wǎng)；纖維混凝土調(diào)平層厚度不宜小于 60mm；調(diào)平層混凝土強度應(yīng)與下層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 路面板一致，并應(yīng)結(jié)合緊密。 15.3.8 微表處和稀漿封層用于各等級公路隧道舊路面的罩面時，其厚度、礦料級配、稀 漿混合料技術(shù)指標(biāo)等應(yīng)符合現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTG D50）的有關(guān)規(guī)定。 15.3.9 洞內(nèi)采用水泥混凝土路面而洞外采用瀝青路面時，應(yīng)設(shè)置與洞外路段保持一致的 洞內(nèi)過渡段，并應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 高速公路和一級公路的長隧道和特長隧道，進口洞內(nèi)過渡段長度不應(yīng)小于隧道照 明入口段、過渡段 1、過度段