特长隧道安全耐久性路面结构研究

刘建伟，刘 海，朱晓斌

(山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西太原 030006)

特长隧道安全耐久性路面结构研究

刘建伟，刘 海，朱晓斌

(山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西太原 030006)

为了解决特长隧道内路面结构设计、施工等问题，通过分析国内外路面使用情况，结合特长隧道内基层承载能力强、温度梯度小等因素，提出了在隧道内铺筑耐久性好、结构整体性强、行车舒适的连续配筋水泥混凝土路面.采用小型挖掘机辅助分幅施工、分层浇筑混凝土、钢筋焊接网搭接施工，解决了隧道内施工空间相对较小、下层混凝土振捣受钢筋网影响、钢筋现场绑扎带来的一系列问题，表明钢筋焊接网连续配筋混凝土路面可以作为特长隧道的一种主要路面结构形式.

道路工程;特长隧道;连续配筋水泥混凝土路面;钢筋焊接网;耐久性

随着我国公路交通事业不断发展，高速公路逐渐覆盖越来越多的山区，公路隧道修筑比例越来越大，部分高速公路桥隧比达到80%，连续隧道、特长隧道也屡见不鲜.自从秦岭特长公路隧道建成以来，特长隧道在各省高速公路建设中相继得到应用，山西建成和在建的10 km以上的隧道就有3座.作为公路隧道服务功能体现的路面结构就成了设计、施工中的一大课题.

从20世纪90年代起，我国开始进行连续配筋水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP)的应用研究，部分应用情况见表1.

表1 我国已建连续配筋混凝土路面情况

国外高速公路中大量采用了连续配筋混凝土路面.第一条CRCP于1921年出现在美国，现在该种路面的应用已经超过35个州，达4.8万km(占水泥路面的30%).除美国外，CRCP在加拿大、澳大利亚、日本、法国、比利时、荷兰、英国等国家也得到了广泛应用［1］.其中，法国从20世纪60年代开始大量修建，CRCP已经超过550 km(单车道).比利时从1950年开始修建，在全长1 650 km的高速公路中，有650 km是水泥混凝土路面，其中主要是CRCP.CRCP已经成为比利时重载路段常用的路面.

根据国内外CRCP的应用情况，在特长隧道中设计使用CRCP具有良好的应用前景.笔者主要讨论应用钢筋焊接网的连续配筋混凝土路面在特长隧道中的应用［2］.

1 连续配筋混凝土路面概述

1.1 CRCP 的优势

连续配筋混凝土路面(CRCP)是在路面纵向连续配有足够数量的钢筋，以控制路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量.同时，在横向也配有一定数量的钢筋来支撑纵向钢筋.在施工时不设胀、缩缝(施工缝及构造所需的胀缝除外)，形成一条完整而平坦的行车平面.CRCP 具有以下优点［3－4］.

1)消除了横向接缝，整体性和平整度好，行车平顺舒适.

2)CRCP耐久性好，使用寿命长.如果设计、施工得当，养护费用很少，虽然初期投资较高，但全寿命效益是经济合理的.

3)在路面内增设了纵向和横向钢筋，控制了裂缝宽度，使得裂缝紧密闭合，减少了裂缝剥落，提高了裂缝处的传荷能力.

CRCP与普通混凝土路面技术性能比较见表2.

表2 不同结构混凝土面层技术性能比较

1.2 特长隧道采用CRCP的必要性

以往隧道路面多采用普通混凝土路面，这种路面设置横缝和纵缝，不仅会增加混凝土路面施工的复杂性，而且易产生渗水、错台等许多病害.加之平整度差、噪音大、行车舒适性差，特别是普通混凝土面板在重载行车条件下，使用3～5 a后会陆续出现断板、破碎病害，严重制约了混凝土路面的使用［5－7］.

基于隧道防火安全、施工时烟雾排放等因素，以往隧道还采用过复合式路面(沥青路面+水泥路面)，该类路面也存在很大的弊端.

公路隧道特别是长大隧道水泥混凝土路面破损会严重影响高速行车的安全性，而隧道内水泥路面换板修复本身也存在行车安全和施工问题，长大隧道内新旧混凝土材料运输比较困难，新换混凝土面板还存在养生期长、平整度更差等一系列问题.因此，隧道内水泥路面采用CRCP已是当务之急.

1.3 钢筋焊接网在CRCP中的应用

连续配筋水泥混凝土路面通常采用现场绑扎钢筋的施工工艺，这种工艺施工进度慢、绑扎质量不易控制、布料有难度、网片下混凝土的振捣存在困难，造成工程质量无法控制，未能在全国大量推广应用.

钢筋焊接网片是工厂化生产，运到现场可立刻投入使用，可先铺一定厚度的混凝土，网片直接放置其上，再摊铺剩余厚度路面，前后工序流水作业，既控制了网片质量，又解决布料问题，还可充分振捣混凝土，成为高速公路水泥路面发展的重要技术措施，同时特别适合工作面较小的隧道路面施工.连续配筋现场绑扎和钢筋焊接网片预制现场拼接两种生产工艺性能比较见表3.

表3 连续配筋不同生产工艺比较

2 钢筋焊接网CRCP的施工技术

特长隧道钢筋焊接网连续配筋水泥混凝土面板施工工艺要点如下.

1)混凝土路面施工中应严格保证施工质量的稳定性，混凝土质量是否优质均匀将直接影响CRCP的耐久性.在原材料优质均匀的前提下，严格控制坍落度，建议在30～50 mm.可适当增加砂和减水剂，掺加引气剂可提高混凝土耐久性.

2)混凝土在运输过程中要控制水分过多蒸发.混凝土面板下层(2/3厚)混凝土数量大，宜采用自卸卡车运输，可将较小坍落度的混凝土直接卸料在模板内;上层(1/3厚)可采用小型挖掘机辅助布料.

3)模板.纵向模板一般采用与面板等厚度的槽钢或其他特制模板，板中预留侧向拉杆插入孔洞，模板配有锚固装置.工作缝的横向模板应预留纵向钢筋伸出孔洞，且宜选用上、下两块模板拼接.

4)浇筑下层(2/3厚)混凝土，可采用小型挖掘机和人工辅助自卸车作业.混凝土振捣一般采用排式振捣器作业.为使下层混凝土表面有更好的密实度和平整度，宜在打入纵向拉杆后用自制的振捣梁(宽度小于车道宽度20 cm)在下层混凝土表层平振一次，并控制标高.

5)铺钢筋焊接网片.在已振捣整平的下层混凝土表面平铺钢筋焊接网片.当铺筑宽度≤5 m时，现场焊接网可全宽一次铺筑，采用工厂生产的网片，一般需左右两幅拼接.焊接网接头采用平搭接，接头用人工绑扎或焊接，长度一般不小于25倍钢筋直径，且应保证有一根纵(或横)筋在接头位置.

6)铺筑上层(1/3)厚混凝土.采用搅拌罐车出料口钭槽布料或卡车侧向卸料、小型挖掘机辅以人力手推车布料.施工采用排式振捣器和三辊轴摊铺组合(振捣器在横向钢筋位置依次提起)进行混凝土面板振捣、初平和精平作业.

7)抗滑构造施工.微观构造一般在路面收水(无水光)后表面采用机械拖带或人工拖拉粗帆布拖毛或以专用设备拉毛.宏观抗滑构造采用纵向刻槽工艺，刻槽的时间根据现场温度进行调节，一般按照200度时积控制.

8)养生.初期养生应在混凝土初凝后采用覆盖塑料薄膜或喷面养护剂养生，也可用覆盖透水土工布洒水养生.

9)为防治路面在成型期产生干缩开裂，在面板刻槽和强度达到设计值的70%以前，路面需常保持潮湿的后期养生状态，并应禁止车辆通行.混凝土面板强度达到设计值的70%(普通硅酸盐水泥约14 d)后方可开放交通.

10)施工缝处理.横向施工缝和纵缝采用平缝，在横向施工缝位置增设补强钢筋.

11)端部处理.混凝土面板起、终点两端分别连续设置3道胀缝(加设传力杆).

采用模板法施工时，幅宽≤5 m的连续配筋混凝土面板可一次浇筑成型，施工工艺流程如图1所示.

图1 浇筑连续配筋混凝土路面施工工艺流程

3 应用实例

2011年5月在山西榆平高速宝塔山隧道右线K19+535至K22+430铺筑了连续配筋水泥混凝土路面，结构形式为28 cm CRCP+15 cm贫混凝土基层+10 cm贫混凝土整平层.混凝土设计弯拉强度为5 MPa，设计水灰比为0.37，砂率38%，水泥用量376 kg/m3，外加剂1%.纵向配筋率为0.61%，纵筋采用φ16 mm间距12.5 cm，横筋采用φ12 mm间距50.0 cm.路面施工采用配有排式振捣器的三辊轴机组分超车道3.75 m和行车道4 m两幅摊铺.CRCP面层按钢筋网片布置位置分两层(下层19 cm+上层9 cm)进行铺筑，施工工艺可细分为:下2/3厚度卸料、摊铺、振捣、铺设钢筋网、上1/3厚度卸料、摊铺、振捣、粗平、精平、拉毛、纵向刻槽.

施工过程主要控制混凝土坍落度、网片安置位置和绑扎，对混凝土分层两次振捣保证混凝土密实.严控原材料质量和单位用水量，尤其每日开盘和雨后对料场的石料含水量进行测定，及时调整用水量，保证每车混凝土到场坍落度为25～30 mm.

通过标高控制，总结合理的松铺厚度，保证下层混凝土摊铺到位，对每一片网片都要量测其放置位置，保证连续网片保持在同一水平面上.

试验路铺筑28 d后，对路面进行钻芯取样发现，路面全厚度骨料均匀，网片位置合适，抗压强度达到20 MPa.经连续观测，路面出现均匀的横向裂缝，平均间距4 m，平均裂缝宽度0.2 mm.采用3 m直尺测量路面平整度，其值可以保持在2 mm左右，行车舒适性较普通水泥混凝土路面有较大提高.

4 结语

1)特长隧道路面建议采用连续配筋水泥混凝土路面结构，该种路面较沥青路面防火安全、施工无烟雾，较普通水泥混凝土路面无接缝、整体性好.

2)隧道内空间不允许现场绑扎钢筋网，应采用工厂化生产的钢筋焊接网，同时提高了网片质量，改善了施工工艺，加快了施工进度.

3)隧道内路面采用小型挖掘机辅助摊铺，实现了布料均匀;分层摊铺可有效提高网片下混凝土的振捣密实效果，提高了混凝土路面整体施工质量.

［1］虞文景，申俊敏.钢筋焊接网在水泥路面中的应用［J］.山西交通科技，2010(5):1－7.

［2］申俊敏，张翛，刘海.隧道水泥混凝土路面合理结构分析［J］.山西交通科技，2011(5):12－15.

［3］曹东伟.连续配筋混凝土路面结构研究［D］.西安:长安大学，2001.

［4］胡长顺，曹东伟.连续配筋混凝土路面结构设计理论与方法研究［J］.交通运输工程学报，2001，1(2):56 －57.

［5］刘媛媛.重载高速公路水泥混凝土路面综合处治技术研究［J］.山西交通科技，2010(1):45－47.

［6］刘少文，申俊敏，周玉民.山西运煤专线水泥混凝土试验路结构分析［J］.公路交通科技，2009，26(9):32－36.

［7］刘少文，申俊敏，周玉民.超重交通水泥混凝土路面结构分析［C］∥崔京浩.第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册.北京:工程力学杂志社，2009:500－504.

Research on Pavement Structure with Safety and Durability for Super Long Tunnel

LIU Jian-wei，LIU Hai，ZHU Xiao-bin
(Key Laboratory of Highway Construction＆ Maintenance Technology in Loess Region，Shanxi Provincial Research Institute of communications，Taiyuan 030006，China)

In order to solve the problem of design and construction of pavement structure in the super long tunnel，through the analysis of domestic and foreign road usage，combined with the factors of primary carrying capacity，small temperature gradient in the super long tunnel，the Continuously Reinforced Concrete Pavement(CRCP)is proposed，which has characteristics of better durability，strong structure integrity and driving comfort.Some construction processes of mini excavator auxiliary framing construction，layered pouring concrete and lap joint construction of welded steel have solved a series of problems of the relatively small space of construction，the lower concrete vibrators affected by the steel mesh，and reinforced scene lashing.So，CRCP with welded steel fabric can be used as a major road structure in super long tunnels.

road engineering;super long tunnel;Continuously Reinforced Concrete Pavement;welded steel fabric;durability

1002－5634(2012)03－0040－04

2012－03－16

山西省交通建设科技项目(11－2－19).

刘建伟(1982—)，男，山西原平人，助理工程师，硕士，主要从事路基路面工程方面的研究.

(责任编辑:乔翠平)