高速公路长隧道路面结构选型分析

文/广东中和正通工程技术有限公司 刘先淼

在国内隧道技术迅猛发展和成本明显下降的有利条件下，高速公路长隧道建设规模越来越大。但隧道运营中发生的种种问题表明，以常规路面结构设计的隧道路面存在严重的安全隐患，因此应高度重视现有隧道路面结构设计问题，分析其特点与不足，并提出切实可行的措施，为新建隧道路面建设和现有隧道路面处治提供解决方案。

长隧道路面的运营特点

长隧道路面处于狭小封闭的洞内空间，运营和维修都有不同于一般路面的特点，主要表现在下列几个方面：

在隧道运营阶段，路面受到废气、油烟、雨水等因素的影响明显降低了路面的抗滑性；

隧道光线弱，可见度低，可视距离短，对行车安全不利，一旦发生交通事故，危害性更大；

隧道路面的维修养护困难、成本高，而且往往必须封闭施工，直接影响运营效益。

因此，与普通路面相比，隧道路面要求具有更可靠的抗滑安全性能、更及时的维修与养护。

长隧道水泥路面结构的特点与存在问题

水泥路面具有结构强度高、承载能力强、水稳定性和耐久性好、不易燃烧等优点。但是，随着通车运营的隧道增多，隧道水泥路面抗滑性能不足带来的后果越来越受到关注。

经分析各地的经验和调查研究数据表明，隧道水泥路面本身抗滑性能衰减的主要影响因素有：隧道空间狭小，大型滑模摊铺设备受空间制约施工难度大，而且工程规模相对较小，设备摊销成本大，工程质量难于保障；隧道空间封闭，空气湿度大，充斥着汽车排放出的废气，混凝土表面容易碳化、粉化；隧道内行驶条件差，汽车制动频繁，对路面的磨耗作用大。

另外，隧道水泥路面行车舒适性较差，主要表现在平整度差和噪音大。而且，一旦出现破损，水泥混凝土路面修复难度大、时间长、成本高，并且严重影响正常的通车运营。

从以上分析可知，长隧道水泥路面应采取必要的技术措施提升路面平整度、摩阻系数和路表砂浆的耐磨性能。

长隧道沥青路面结构的特点与存在问题

隧道沥青路面最突出的优势是抗滑性能衰减情况比水泥路面好；同时，隧道沥青路面的行车舒适性和噪音水平都比水泥路面优越，路面破坏后可以快速维修，对运营影响小。但是，有些问题仍然无法有效解决。

机械设备排放大量的废气，洞内被有毒气体笼罩，严重影响施工工人的身体健康和情绪，降低工效和工程质量。此问题可以通过安装隧道排风系统、温拌技术等方法解决。

隧道路面形成的水膜是事故发生的主要原因。强制推行开级配排水抗滑表层的方法，可以有效解决隧道路面的水膜安全隐患。但是，排水路面如OGFC技术引进国内已十几年，因受到技术的困扰、耐久性不理想等问题成为其应用瓶颈。

沥青路面基于其材料自身的特点，在洞内发生事故引发火灾时，沥青混凝土可燃烧并产生高温(超过800℃)的有害气体，造成人员烧伤或窒息死亡。为解决该问题，有些地区采用阻燃沥青路面技术，但据调查，阻燃剂技术并没有改变沥青的燃料本质，根本无法阻止沥青路面在高温火焰下燃烧。

隧道洞内温度较洞外稳定，对沥青路面的高低温性能要求不高，但常年处于潮湿状态，容易导致沥青路面早期水损害，使其耐久性难于保障。目前还没有很有效的解决方案。

综上所述，长隧道路面的选型受水泥路面事故率居高不下的影响，沥青路面的应用越来越多，虽然事故率明显降低，行车舒适性有所提高，但防火灾燃烧和耐久性问题还无法得到有效解决。

表1 水泥混凝土与超薄沥青排水磨耗层组合路面结构

新型隧道路面结构特点及适用型分析

基于上述分析，笔者提出一种新型路面结构（见表1）。

该路面结构以C20素混凝土调平隧道路基作为基层，如果是石质路基段，要求厚度大于15cm；如果是土质路基或空洞，应回填40cm厚素混凝土。面层采用25cm厚C40水泥混凝土，在重交通和特重交通隧道可以采用钢纤维混凝土或者连续配筋混凝土；在水泥混凝土面层之上加铺一层2cm厚的超薄排水磨耗层，具有优异的排水、抗滑和降噪性能，但其层厚薄，以一体化摊铺工艺，同步洒布1.0kg/m2高性能改性乳化沥青防水黏结层。该种路面结构的技术优势分析如下：

超薄排水磨耗层能够及时渗透路面积水，使路表不会形成水膜；同时，其沥青膜厚度达12um至15um，是普通沥青混合料的2倍，沥青膜被车轮磨光的周期更长，使路面沉积的油污可以长期不断被带走，不会形成类似水泥路面上光滑的油膜。因此，这种路面结构具有优异的抗滑性能，保障长隧道行驶车辆的安全。

超薄排水磨耗层的层厚薄，只有常规排水磨耗层的一半，其内部孔隙与路表开口连通较好，孔隙堵塞时容易清理，而且自干性好，抗水损害性能优良；防水黏结层采用高性能改性乳化沥青同步洒布，具有可靠的防水黏结性能。因此，超薄排水磨耗层克服了常规排水路面耐久性不好的瓶颈问题。

该路面结构只有2cm厚沥青混合料，发生火灾事故时，能被燃烧的数量有限，不会因此明显增大事故的危害性。

超薄排水磨耗层破坏后，铣刨重铺方便、快速而且经济，大幅降低养护成本和对运营的影响。超薄排水磨耗层孔隙大，吸音效果显著，能有效降低噪声，提升舒适性。

一体化摊铺速度达到12m/min至20m/min，是常规沥青路面摊铺速度的4倍至6倍，如果配套温拌、净味沥青和设备减排技术，施工将更加环保便利。

一般路段反射裂缝是水泥路面加铺超薄磨耗层难以解决的问题，但在隧道内没有降雨，不会因为雨水从裂缝渗入而导致路面的加速破坏，因此无需处理。

综上所述，水泥路面加铺超薄排水磨耗层路面结构较好地解决了新建长隧道路面和现有隧道路面的处治存在的问题。

工程案例

广乐高速公路的大瑶山梯子岭隧道（南行桩号K41+010至K43+980）采用水泥路面，2015年因抗滑性能不足而加铺一层2cm厚的超薄排水磨耗层，完工后检测了主要性能指标（见表2至表5）。

该隧道通车两年来，事故率大幅降低，路面状况良好，行车舒适性也有效提高。

表2 摩擦系数摆值BPN统计表

表3 横向力系数SFC统计表

表4 构造深度统计表

表5 渗水系数统计表

结论

长隧道水泥路面的主要存在问题是抗滑性能不足影响行驶车辆的安全，长隧道沥青路面的主要存在问题是预防火灾燃烧和耐久性问题；抗滑安全性能虽然优于水泥路面，但与洞外相比依然偏高。水泥路面（包括新旧路面）加铺超薄排水磨耗层，有针对性地解决了长隧道水泥路面和沥青路面的存在问题，而且噪音低、舒适性好，便于快速维修养护，是安全、环保、经济的解决方案。