2018年05月25日

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高速公路隧道路面抗滑技术的应用


来源:      发布时间:2017-12-26 10:02:43     点击率:756

 

高速公路隧道路面抗滑技术的应用

张曦 程吉姣 张茜 钟玉

四川雅西高速公路有限责任公司

 

[摘 要]隧道对于高速来说是非常重要的环节,其路面的舒适性、抗滑性等直接影响车辆通行的安全。随着通车时间的增长,隧道水泥砼路面抗滑性能指数逐步衰减,影响行车安全,本文根据雅西高速公路隧道水泥砼路面抗滑技术的实际应用,对微表处及加铺沥青混凝土路面等方案的应用情况,对高速公路隧道路面结构形式提供借鉴。

[关键词]高速公路隧道;路面抗滑性技术;应用

 

1.概况   

雅西高速公路全长240千米,采用四车道高速公路,设计速度80千米/小时,路基宽24.5m。其中隧道总长83334米,共25座,特长隧道2座,长隧道16座。全程公路由四川盆地边缘向横断山区高地爬升,穿越大西南地质灾害频发的深山峡谷,地形条件极其险峻、地质结构极其复杂、气候条件极为多变、生态环境极其脆弱。

1.1现状及目的

雅西高速公路雅安至荥经段(K1946+664-K1973+014)、彝海至泸沽段(K2120+664-K2186+293)于2010年12月底先期建成通车。荥经至彝海段(K1973+014-K2120+664)于2012年4月28日建成通车。随着通车时间的增长,部分隧道路面抗滑性能逐步衰减,加之雅西高速公路长大纵坡较多,货车使用淋水器等情况,隧道内易发生交通事故,为了改善隧道路面状况,保护人民生命财产,需要逐步对隧道内路面进行整治。

为了改善隧道路面的抗滑性能,雅西公司2013年对部分隧道混凝土路面进行精铣刨处理,2016年对部分隧道混凝土路面进行微表处处理,2017年对部分隧道混凝土路面进行加铺沥青混凝土处理等措施对隧道路面的抗滑性能进行改善。

本文主要对雅西高速公路自通车以来实施的隧道各种路面类型进行分析对比,综合比较各类型路面结构的优劣,对高速公路隧道路面结构形式的选择提供借鉴。

2.已采用的隧道路面抗滑技术

2.1第一阶段:隧道水泥混凝土路面精铣刨

2013年,雅西高速干海子、铁寨子两处螺旋(小半径)隧道下坡线(左线)由于处于51公里长大纵坡段、且货车刹车喷淋设备淋水导致隧道内路面湿滑引起的交通事故频发,为此雅西公司经比较采用了精铣刨对此两座隧道进行抗滑处治。

(1)技术方案

精铣刨是在标准铣刨工艺的基础上更换密集刀头的“精铣刨鼓”,利用精铣刨鼓刀间距更小的特点,对路面实施更细密的铣刨处理。精铣刨技术是通过一定深度的铣刨,去除水泥路面的部分浮浆,提高路面弹性模量,并采用铣刨机上的传感器实现自动找平、自动控制铣刨深度,在原水泥路面上铣刨成新的具有细密纹理的水泥路面,从而提高路面抗滑性能。普通铣刨鼓的刀间距是15mm,铣刨鼓的道具数量在170把刀具左右;而此次雅西高速采用的精铣刨的刀间距≤8mm,精铣刨的深度在0-100mm,小于常规铣刨0-300mm的深度。铣刨鼓达到1004把刀具。

(2)应用情况

隧道路面经过一定时期的运营后,摩擦系数不足,抗滑性能会有很大程度的降低,车辆舒适性得不到保证,而且容易引发交通事故。但是此时一般道路整体结构仍保持较好,若进行大修,既耗时又不经济。2013年雅西高速通过精铣刨工艺对部分隧道表面进行处治,可得到一个新的、具有细密纹理的路面,从而增加路面的摩擦力。由于铣刨深度小不会影响原有面层,精铣刨后的路面无须加铺新面层就可迅速开放交通,成本低。精铣刨工艺能够立即提高水泥砼路面的摩擦系数,而且能够迅速开放交通,使用寿命为2-4年。

铣刨路面1

图1  雅西高速部分隧道精铣刨局部效果图

2.2第二阶段:隧道水泥混凝土路面加铺微表处处治

2016年,雅西高速全线正式通车已达4年,部分隧道内水泥混凝土路面由于使用年限较长,抗滑性能衰减较快,行车安全事故增多,为此,经比较雅西高速针对部分隧道进行了加铺微表处的处治,以提高抗滑性能。

(1)技术方案

微表处是在稀浆封层基础上发展起来的预防性养护方法。工作原理是用具有一定级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水,按一定比例拌制成流动型混合料,再均匀洒布于路面上的封层或直接用做路面面层,它可根据路面损坏程度,进行一层或多层罩面。  QQ图片20170817151551

图2  微表处结构图

(2)应用情况

根据2014年度雅西高速公路定检的路面检测报告,本次确定处治的隧道有:罗家山隧道右线1350米,檫罗2#隧道右线1350米,扯羊隧道右线1149米,灵山隧道左线1049米。

处治方案为:对原水泥混凝土路面采用全自动无尘打砂机进行喷砂打毛处理,采用25px微表处罩面。设计寿命3-5年。

结合处治厚度等情况,此次微表处处治采用对原道路平纵横线型维持现状,不作调整。经过本次处治,有效提高路面的抗滑、平整度等性能,提升路面的使用寿命,易于后期的养护维修。缺点是对原路面要求较高,易因隧道原路面裂缝、施工缝处理不当产生反射裂缝,局部隧道路面渗漏水如果处理不当也会影响微表处施工质量和使用寿命,故应充分调查和处理完隧道病害后再做微表处处治。

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图3 微表处摊铺现场(左侧超车道为已摊铺成型微表处路面)

 

2.3第三阶段:隧道水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面处治

2017年,雅西高速由于经过5年的运营,目前大部分隧道抗滑性能达不到规范要求(根据2016年雅西高速公路路面指标检测报告),此前铣刨处理的隧道水泥混凝土路面抗滑性能也继续降低,并且出现了裂缝、坑洞、破碎板等水泥混凝土路面病害,严重影响了行车舒适性和安全性,隧道内事故率已逐年升高,为改善雅西高速隧道路面状况,急需采取措施进行整治。

(1)技术方案

经综合比较,雅西高速2017年确定的隧道内路面处治方案为:

对干海子、铁寨子1号、拖乌山隧道3座隧道采用修复原水泥混凝土路面喷砂打毛后,铺防水、粘结、应力吸收层,再铺筑150px改性沥青砼AC-20C(加温拌剂)+100px改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13(加温拌、阻燃剂)。

对泥巴山、老虎石、鸡公山、罗家山、汉源、岗子山、擦罗2号、铁寨子2号隧道采用修复原水泥混凝土路面喷砂打毛后,铺防水、粘结、应力吸收层后,加铺125px改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13(加温拌、阻燃剂)。

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图4 水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面改造结构图

(2)应用情况

本次处治共对雅西高速公路的16座隧道进行路面加铺,处治后隧道路面抗滑性能大幅提升,原混凝土路面病害也在处治过程中全部进行了处治,路况整体优良,通过本次处治,也从预防性养护的角度大幅提升了隧道内路面的使用寿命(设计寿命为8-10年),处治后的隧道车辆通行安全和行车舒适性得到大幅提高。

图5 雅西高速2017年隧道水泥混凝土路面抗滑性能指数SRI评定表



评价等级

加铺前(2014年检测数据)

加铺沥青混凝土面层后

(2017年检测数据)

对比率


占全隧路段百分比%

占全隧路段百分比%


3.4

7.6

4.2


6.7

13.8

7.1


8.4

15.1

6.7


15.1

21.8

6.7


66.4

41.7

-24.7


摘自:《2014年度雅西高速公路路面检测评定报告》
  《2017年雅西高速公路部分隧道水泥砼路面抗滑性能改善工程检测评定报告》


 

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图5  加铺沥青混凝土路面后效果

3. 已实施方案的经验总结

3.1路面抗滑性能不佳原因分析

1、雅西高速潮湿多雨

雅西高速所经路段潮湿多雨,局部路段365天有300天都在下雨,降水量达到2400-2700毫米。部分隧道内拱璧、地下水的水源也比较丰富,隧道内路表水不易干燥,使得路面轮迹带长期处于潮湿状态,薄水膜附着于路表面,极大地降低车辆轮胎与路面之间的摩擦力和附着力,容易导致交通事故多发。隧道内水聚集在面层上,使路面中处于一种相对潮湿的状态,在这种状态下,面层细集料被车辆磨耗,耐久和抗滑性能必然下降。

2、隧道内湿度较大

隧道是一个相对封闭的环境,据调查表明,隧道内部的湿度平均要比外部高10%左右,隧道内部有害气体的浓度要比外部高很多,水泥砂浆处在一个不利的环境中,集料的耐性品质就很容易受到侵害。雅西高速隧道内水泥砼路面采用横向刻槽,根据现场调查,刻槽构造自身存在衰减,刻槽之间水泥表面尤为光滑;这表明水泥砼路面抗滑耐磨性能的宏观、微观构造都有衰减、存在隐患。车辆反复碾压,荷载作用下车轮对路面的磨耗作用,是水泥砼路面宏观构造衰减,糙面变平的主要外因。

3.交通荷载作用

水泥混凝土路面刻槽构造自身随着使用年限增长存在一定衰减,水泥混凝土路表刻槽易磨光,车辆反复荷载作用下车轮对路面的磨耗作用,使水泥混凝土路面宏观构造衰减,糙面变平导致抗滑性能降低。

4、货车淋水导致路面湿滑

由于雅西高速为山区高速公路,重载车辆在行驶过程中为了轮毂降温需不停洒水,加之隧道内来源于拱壁、地下水等水源丰富,隧道内路面表面水不易干燥,使得路面轮迹带长期处于潮湿状态,大大降低车辆轮胎与路面之间的摩擦力和附着力,易引发交通事故。

 

3.2  从经济性、实用性等方面综合对比三种施工方案

下面将以三个隧道为例,根据雅西部分隧道水泥砼路面现场调查情况,结合目前国内路面技术的应用情况,并考虑到路面整治后的使用寿命,对比精铣刨、微表处、及水泥混凝土路面加铺沥青路面面层改造三种施工方案进行综合比较。

1 三种方案建安费及事故发生率对比表

编号

隧道名称

加铺方案与费用(万元)

备注

 

精铣刨

 

 

折算平均每年费用

 

微表处

 

 

折算平均每年费用

水泥混凝土路面SBS改性沥青同步碎石封层改造

折算平均每年费用

1

扯羊隧道

16.53

4.13

32.63

6.53

208.12

20.81

加铺4m改性沥青SMA-13罩面

2

拖乌山隧道

34.38

8.6

67.86

13.58

689.5

68.95

加铺250px改性沥青SMA-13罩面

3

干海子隧道

20.48

5.12

40.56

8.11

287.02

28.70


使用年限

3-4

3-5

8-10


处治前事故率

        70%

50%

40%


处治后事故率

57%

40%

21%












 

表2  从实用性对比三种方案的优缺点

编号

方案

优点

缺点

F1

精铣刨

施工方便、对既有混凝土路面扰动最小、交通干扰小、后期养护便利、造价较低。

抗滑改善效果的耐久性有待进一步验证

F2

微表处

能有效提高路面的抗滑、平整度等性能,提升路面的使用寿命,易于后期的养护维修,结构厚度薄,对隧道内净空影响小;常温下施工,适合于隧道环境中操作。

微表处本身噪音大,在车辆轮胎的磨损下易剥落,水泥混凝土面板的切缝或者裂缝易向上反射裂缝,使用寿命短

 

F3

修复原路面+喷砂打毛+防水、粘结、应力吸收层+100px沥青层罩面

设置防水-粘结-应力吸层能有效延缓或阻止水泥混凝土路面接缝或裂缝的向上反射,也能很好地增强结构层间的粘结,能杜绝路表水的下渗,SMA-13具有优秀的抗高温车辙、低温开裂能力,具有优秀的耐疲劳性能、防反射裂缝能力,构造深度大,相对F1、F2方案,采用本方案的优点明显,后期养护便利,耐久性能优良,具有良好的抗滑性能。

工程费用相对较高,路面标高增加4CM,水泥混凝土路面上加铺沥青层极易在高温下受荷载作用产生剪切变形,罩面层仅为4CM,沥青层层底最大剪应力较大,沥青结构易产生破坏

F4

修复原路面+喷砂打毛+防水、粘结、应力吸收层+250px沥青层罩面

10CM的沥青层厚度能更加有效地延缓或阻止反射裂缝,能有效减小沥青层底的最大剪应力,具有更优良的路用性能和耐久性。

本方案的工程费用相对添加100px方案更高,路面标高增加10CM

4.结束语

(1)通过四川雅西高速公路不断实践探索得出的经验,建议隧道水泥混凝土路面使用初期以加铺微表处等超薄磨耗层的处理措施为主,尽量减少大修作业,提高隧道路面抗滑性能。

(2)随着使用年限的增长,为提高隧道路面抗滑性能等技术指标,提高车辆通行安全,以及作为预防性养护的手段,建议在隧道内水泥混凝土路面尚未大规模破坏前进行对原路面处治后加铺沥青混凝土面层的措施,既可保证隧道内技术指标大幅提高,也可大幅延长隧道路面使用寿命。


5.本次课题小结

    (1)课题方向

      结合雅西高速自全线通车以来对隧道路面各类型结构层使用后的情况,对高速公路隧道路面选择提供一定的借鉴

    (2)实用性

    本次课题将针对水泥混凝土路面采用的纹理化处理、加铺微表处、加铺沥青混凝土面层的适用情况及使用情况进行了一定的总结,对针对隧道路面抗滑和耐久性进行了综合对比,分别阐述了三种处理方式的实用性。

    (3)经济效益、社会效益和推广性

    通过对三种结构形式使用后的社会效益、经济效益分析对比,对水泥混凝土路面的性能改善方式提供了充分的对比,对三种类型的推广价值进行了分析。

 

参考文献

[1]《公路养护技术规范》JTG H10-2009;

[2]《公路交通工程质量检验评定标准》JTG F801-2012;

[3]《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2011;

[4]《公路水泥混凝土路面施工技术细则》JTG F30-2014;

[5]《公路隧道设计规范》JTG D70/2-2014;