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公路隧道路面結構與材料研究現狀及展望

08-22 12:11:50  瀏覽次數:121次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 公路隧道路面結構與材料研究現狀及展望,http://www.nvlbio.live

摘 要 本文通過調研分析隧道內氣候環境對路面結構與材料的影響,分析隧道內特殊氣候環境對路面結構與材料的要求,綜述目前我國公路隧道內路面結構與材料的型式,論述隧道內路面結構的施工工藝與方法,針對目前公路隧道路面結構與材料現狀,提出了今后的研究方向。
關鍵詞 公路隧道路面結構路面材料研究及展望

    1. 前言
    隨著我國公路建設的迅速發展,公路隧道不斷增多。據第二次全國公路普查統計,到’### 年底,全國已建公路隧道1684處,總長達628km。
    為了貫徹黨中央、國務院關于西部大開發的戰略決策,改變西部地區公路建設的落后面貌,交通部確定了加快西部建設發展的總體目標,計劃利用20年的時間,基本形成布局合理、功能完善的公路運輸服務網絡,基本適應西部地區國民經濟發展的需要。要實現這一目標,西部地區要建設1.26萬公里的國道主干線、1.5萬公里的八條省際公路大通道和22萬公里的縣鄉公路。
    由于西部地理環境特點,待建公路將向山區發展的趨勢,公路隧道無論數量、長度都會有更多的增加,而且規模將越來越大,類型(陸上、水下)將越來越多。面對這一繁重建設任務,但又經濟基礎薄弱、建設資金匱乏的形勢,降低公路投資和維修造價(包括隧道路面)是西部地區許多省區迫切需要解決的問題。
    由于各方面的原因,我國對隧道路面結構和材料的研究比較薄弱,隧道路面大多采用水泥混凝土路面,結構型式單一,由于沒有針對不同隧道路面的特點進行結構與材料的研究,已建的隧道水泥路面出現了諸如:剝落、斷板、接縫破壞、抗滑性能差、平整度低、噪聲大等問題,嚴重影響了隧道通行能力和使用性能。
    因此,開展隧道內路面結構與材料研究、調查、觀測和分析隧道內氣候環境對路面結構與材料的影響,分析隧道內特殊氣候環境對路面結構與材料的要求,研究公路隧道內路面結構設計方法與材料設計方法與設計標準,研究隧道內路面的施工工藝與質量控制方法,以及隧道內路面的修復技術,是十分必要和及時的。為此,交通部在’##’ 年西部交通建設科技項目中列入了此項目的研究任務。
    2. 隧道內環境對路面結構與材料的影響
    隧道內是一個相對封閉、空間狹小的管狀環境。隧道內沒有隧道外的日曬雨淋氣候,一般夏季隧道內比洞外氣溫低,冬季氣溫較洞外高,全年氣溫相對穩定,溫度變化幅度小,溫差;但隧道內濕度大,比較潮濕,地下水豐富。隧道內空氣流動性小,空氣易污染;隧道內沒有日照,常年處于黑暗中,能見度低。因此,隧道內路面與一般道路、橋面鋪裝結構在使用環境上存在較大的差別,需深入調查、觀測和研究隧道內氣候、環境對路面結構和材料性能的影響。
    2.1 隧道內環境對路面結構的影響
    隧道內沒有日曬雨淋對路面結構的影響。隧道內氣溫,一般夏季隧道內比洞外氣溫低,冬季氣溫較洞外高,全年氣溫相對穩定,溫度變化幅度小,溫差小,氣溫的年周期變化、日周期變化小,水泥混凝土路面板內的溫度應力也小,路面結構的收縮變形小,不易開裂。
    隧道內濕度大,比較潮濕,地下水豐富,易產生水損害和基礎唧泥,直接影響路面的使用性能與耐久性,尤其是瀝青路面。同時也影響到路表面的抗滑性能,不利于行車安全,對路表面的抗滑性能提出了更高要求。
    2.2 隧道內環境對路面材料的影響
    隧道內潮濕、地下水豐富,路面材料須有較好的水穩定性,抗水損害的能力要強,同時要求材料的抗滑性能優良,一般選用水泥混凝土路面;隧道內交通噪聲大,路面材料最好具有吸收噪聲的功能,或者具有一定的減噪能力;隧道內基礎強度不均勻,路面材料的整體強度很重要;隧道內空間小,不利于大型機械化施工,路面須具有良好的施工性能。
    2.3 隧道內環境對路面施工的影響
    隧道內是一個相對封閉、空間狹小的管狀環境。隧道內不利于大型施工機械作業,對需要大型施工設備的路面結構不適合,同時給施工及養護造成困難,尤其養護作業時交通組織與交通安全維護問題較大。
    2.4 隧道內環境對交通的影響
    隧道內管狀空間噪聲反射率高,交通噪聲嚴重;隧道內廢氣污染嚴重,主要是汽車所排放的一氧化碳(CO)和柴油車所排放的煙霧,直接危害乘客的健康,且煙霧、塵土等又會使隧道內能見度降低,影響行車速度與行車安全。
    3. 隧道內環境對路面的要求
    隧道內是一個相對封閉、空間狹小的管狀環境,具有獨特的氣候環境,溫差小、濕度大、空氣污染嚴重、交通噪聲大等特點,對隧道內路面結構與材料提出了一些特殊的要求。
    公路隧道內路面由于特殊的氣候與環境,要求其結構密實、路面平整、水穩定性好、強度高,并具有良好的抗滑性能、耐久性和抗磨耗性;不透水,抗水性好,有良好的排水系統;抗腐蝕能力強,漫反射率高,顏色明亮,易修補。
    隧道路面材料一般按普通道路建筑材料的技術指標與標準來要求和進行材料組成設計,但隧道內其特殊的氣候環境和功能要求,其材料性能指標與技術標準也應作一些調整和變動,以適應隧道路面的技術要求。
    4. 隧道內路面結構類型與材料
    4.1 水泥混凝土路面
    目前及多年來主要采用水泥混凝土路面結構型式,其主要優點是:水穩定性好,地下水對其影響;結構強度高,承載能力強,耐久性好;顏色淺亮對照明有利。但水泥混凝土路面洞內噪聲大,路面結構接縫造成平整度相對較差,行車舒適程度不如瀝青路面,一般路面抗滑性能難以滿足技術要求;由于顏色淺,路面標線與路面的對比度低,路面標線的效果受到影響;水泥混凝土路面一旦損壞,養護維修困難,由于空間狹小、亮度低,不利于作業和交通組織。
    隧道內路面抗滑性能不足應引起重視。山西晉城至陽城高速公路中的牛王山隧道,長1860m,雙洞、路面各寬8m,路線縱坡2.2%,水泥混凝土路面,1997年底建成通車。而南線混凝土路面抗滑性能急劇下降,表面構造深度由竣工初期的0.72mm下降到1999年6月(一年半)的不足0.2mm,從外觀來看,路面橫向拉槽逐漸變淺或消失,表面光滑,手感油膩,呈鏡面現象;而交通事故大幅上升,1999年占全線交通事故的50%。養護單位采用縱向刻槽方式進行抗滑能力的恢復,效果良好。
    4.2 瀝青路面
    以前隧道內路面較少采用瀝青路面,由于隧道內溫差小、潮濕,全年保持在一個較低、較恒定的溫度,如采用層鋪法或路拌法施工的瀝青表面處治、瀝青貫入式、乳化瀝青混合料等,一般不容易成型良好;潮濕的使用環境直接影響瀝青路面的使用性能與耐久性,容易產生水損壞,耐久性不如水泥混凝土路面;瀝青路面顏色黑,反射率低,直接影響路面的亮度(照明度),其優點是平整度好、抗滑性能易保障、噪聲低,行車舒適、安全,且損壞維修方便,與路面標線顏色對比強烈,利于高速公路中的分道行駛。
    因此,《公路隧道設計規范》(JTJ 026-90)中,一般情況下,建議采用水泥混凝土路面。隧道內干燥無水、施工方便時也可采用瀝青路面。
    近年來,隨著我國公路建設的迅速發展,公路隧道越來越多,尤其是高速公路中的隧道建設,并對隧道路面的汽車行駛的安全性與舒適性、對隧道路面的表面抗滑性能和噪聲要求比一般公路隧道提出了更高的要求,特別是行車安全性、舒適性和環保上的要求。因此,一般小型機具施工的水泥混凝土路面難以滿足這方面的要求。
    在國外大多數的公路隧道路面采用瀝青路面。在我國也有專家提出,一般公路隧道采用水泥混凝土路面,但高速公路隧道宜采用瀝青路面,特別是高性能的瀝青混合料,如SAC、SMA、OGFC等。如福建省章龍高速公路中的東家畬隧道,長205m,路面結構為:4cmSBS改性瀝青SMA-10+改性乳化瀝青粘層及自粘式玻璃纖維格柵+4cm改性瀝青AC-13+25cmC35水泥混凝土基礎+C10貧混凝土找平層,通過年半年的通車運行,效果良好。而旁邊的如山頭隧道的水泥混凝土路面,抗滑性能急劇下降,短短3個月時間發生了近20起交通事故。
    4.3 連續配筋混凝土路面
    美國最先使用連續配筋混凝土路面,早在1921年,在華盛頓特區修建了第一條連續配筋混凝土路面,以探索其工作原理與使用效果,隨后德克薩斯州、弗吉尼亞州、賓夕法尼亞州、馬里蘭州等地開展了大規模的工程試驗,得到了比較滿意的結果,F行的設計規范為1990年美國聯邦公路局(FHWA)頒發的剛性路面規范。在美國全國大量修建高速公路和機場道面時(州際公路與國防公路系統)大量采用了連續配筋混凝土路面,據統計,這種路面的總里程已超過32000km。經過20多年的使用實踐,絕大部分路面完好無損。在亞洲,除日本之外,泰國于1988年在南北高速公路上鋪筑了150km的連續配筋混凝土路面,采用了英國交通部的設計規范進行設計。

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