高速公路隧道路面典型结构

高速公路隧道路面典型结构研究交通运输部公路科学研究院1背景研究内容技术路线预期成果2隧道建设里程不断增加。改善线形缩短里程克服高差提高行车速度改善运营条件保护生态环境

公路隧道建设已由重丘走向深山、由陆域走向水下、由山区走向城市，在交通基础设施的建设中起到越来越重要的作用。背景32004年以前我国对隧道路面结构和材料的研究比较薄弱,隧道路面大多采用水泥混凝土路面。剥落断板接缝破坏抗滑性能差平整度差噪声大背景4我国《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）在原《公路隧道设计规范》（TJT026-90）第6章第5节“行车道路面”基础上作较大篇幅的修编。背景隧道“刚性路面系统包括面层为水泥混凝土路面（含钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面）、沥青混合料上面层与水泥混凝土路面（含钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面）下面层组成的复合路面两大类型。”“我国隧道内路面系统采用半刚性和柔性路面系统较少，故本规范不推荐使用。但经论证亦可采用半刚性和柔性路面系统”。54cm改性沥青混凝土6cm中粒式改性沥青混凝土24cm水泥混凝土20cm水泥稳定碎石河北省张承高速公路6山西省忻阜高速公路忻州~阜平方向（特重交通）阜平~忻州方向（重交通）4cmAC-13改性沥青混凝土4cmAC-13改性沥青混凝土6cmAC-20型沥青混凝土6cmAC-20沥青混凝土28cm水泥混凝土26cm水泥混凝土15cm贫混凝土15cm贫混凝土10cm贫混凝土10cm贫混凝土总厚度63cm总厚度61cm7江西省瑞赣高速公路4cm温拌OGFC-13（SBS改性沥青）6cm温拌AC-20（SBS改性沥青)改性沥青下封层进口聚酯玻纤布水泥混凝土8岳武高速公路安徽段4cmSBS温拌AC-136cmSBS温拌AC-20水泥混凝土9强度高、稳定性好、耐久性好、耐高温、耐磨耗以及养护费用少。缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，路面板块容易受弯折而产生断裂，养护和修复困难。水泥混凝土表面未刻槽部分细观纹理较差、隧道粉尘油污的附着、长下坡隧道货车洒水降温都容易使得水泥混凝土路面抗滑不足。水泥混凝土路面10充分发挥不同路面材料的特性，扬长避短；高强度的刚性基础提高了路面结构的承载能力，满足重载、超载、大交通量等荷载条件要求；混凝土板的施工技术与质量标准可适当降低，如抗滑、耐磨及平整度等指标，可通过沥青面层来保证；最大限度地利用地方性材料，包括非规格材料和工业废品及副产品，降低工程造价；复合式路面11沥青面层降低了混凝土板的荷载应力与温度应力(温度梯度)，对车辆冲击荷载起到缓冲作用，并加强了结构的防水作用，减少了雨水对混凝土板的影响；沥青面层改善和提高混凝土路面表面使用品质，满足汽车高速行驶性能要求，并且方便养护维修；不足之处是水泥面板接缝处可能产生反射裂缝，进而影响沥青面层的使用寿命。复合式路面12沥青混合料级配类型：AC\SMA\OGFC结合料类型：普通沥青结合料、SBS改性沥青结合料、橡胶沥青结料、高模量沥青双层改性越来越多施工温度：传统方式/温拌方式水泥混凝土接缝水泥混凝土（JPCP）钢纤维水泥混凝土(SFCP)连续配筋水泥混凝土（CRCP）13为了使隧道路面结构具有足够的强度(即承载能力)、稳定性(耐久性)和良好的使用性能，以便在行车荷载和自然因素的共同作用下保证公路运输快速、安全、舒适，同时考虑到路面结构在技术上的先进性、经济上的合理性和环境资源上的可持续发展等各种要求，有必要探索比较多种隧道路面结构和材料。14隧道路面文献调研和现场调研隧道路面有其独特的工作环境和使用性能要求。因此，首先需要对现有隧道路面的工作环境和损坏状况进行调查、分析和研究。并通过已有文献资料的调查分析，选择合理的路面结构类型和路面结构材料进行有针对性的分析和研究，并提出具体的实施方案。研究内容15隧道路面结构力学分析与设计方法研究在现场调研和文献调研的基础上，对隧道路面结构包括水泥混凝土路面、沥青混凝土路面以及复合式沥青路面在设计中的影响因素进行了全面的分析，建立了隧道路面力学分析模型，并提出了隧道路面的结构设计指标体系以及设计方法。研究内容16基于加速加载设施（ALF）的隧道路面结构性能验证在上述调研和理论分析的基础上，选择几种代表性典型隧道路面结构进行加速加载试验，对比不同路面结构的长期性能。研究内容17隧道路面养护与改造方案及技术措施参考国内外隧道外道路路面养护修复方面成熟的工程技术经验，分析我国公路隧道路面工作环境和公路隧道路面病害的特点，通过室内试验比较和实际修复工程验证，探索适合于公路隧道路面养护与修复的有效工程技术措施，重点针对隧道路面的预防性养护措施、应急性修补技术措施以及结构性修复技术进行研究。研究内容18技术路线19隧道路面文献调研和现场调研现场调研主要集中在我国东南（如福建省）、西南（如四川省、贵州省、重庆市）、西北（如甘肃省、青海省）高速公路隧道较多的地区。根据气候特征、地质构造、隧道结构选择典型隧道进行调研。调研内容包括：隧道路面的工作环境调查，隧道路面的表面性能调查，现有隧道路面结构与材料类型调查，隧道路面病害调查以及隧道排水系统调查。文献的调研分为三个部分：一是国内外隧道路面的研究发展状况；二是对现有路面材料的调研分析，从而初步确定隧道路面的材料；三是对现有路面设计方法的调研分析，从而选择合理的隧道路面结构设计方法。技术路线20隧道痰路面析结构太力学误分析桶与设家计方顷法研究主要饥考虑粱四种倡路面桌结构宋：A）水泥孟混凝土飞面板+贫混凝灿土基层+整平伯层；B）沥青霞上面层+沥青下方面层+水泥混崭凝土板+贫混欠凝土蛾基层+整平层浴；C)沥青上懒面层+沥青暖下面蒜层+A贺TB基层+整平节层；D）沥青悠上面层+沥青下接面层+半刚邮性基刚层+整平层趁。技术吃路线21基于加兰速加载颂设施（AL菠F）的猜隧道压路面究结构半性能验证通过查对修卷建的4种路啄面结雀构试导验段竞的加际速加悼载试详验，督对比4种路面序结构在坏一定试朴验条件侵下的使断用性能宾，建立毯累计交秀通荷载溜与路面念结构损退坏之间痕的关系抓。包括汽：★路面耳结构厨的整适体强创度评泳定—痒建立捕路面丘表面钥弯沉锅与累骡计加酷载次僻数的御关系求；★沥青着层与万各结斜构层烦内应默变与君累计孙加载巾次数抄的关坝系；★路面结扬构内各黑层层间帽位移与杀累计加掠载次数语的关系累；★路面率表面递车辙健与累纹计加弟载次散数的俊关系姻；★路面口表面窑破损俊与累棍计加惩载次呈数的尊关系疗。技术路熟线22加速加告载设备(A辩cc缝el存er锯at角ed册L厌oa片di哭ng竹F歪ac救il忽it肺y，简称AL口F河)可用于实际输路网中欧路面结音构的试财验，也挑可以用欧于特殊橡修建试犬验路路讯面结构责的试验伯研究。其特点是磨通过可君控制的组试验轴挣载对足托尺路面钳结构进与行加速神加载试螺验，模容拟实际霸交通荷概载对路率面结构业的破坏案作用，饱其可移蝴动性能鱼满足不扎同自然羊区域的并试验研鸟究工作辅。23线性加瓦载系统贤，加载诸带长12米可控制遵的试多验轴御载从80k粒N~2惑00k春N以20k化N为一等捞级每9秒对路桐面表面爽施加一访次单向陵选定的池轮载加载速度为0~挤20影km室/h适用旨于不同的潮轮胎类调型加载时可筹设置级不同粘的横铁向分共布形式。24全天候运行、括平均每拘月可加焰载轴载20万次自动细控制惭系统和安捷全防董护装锤置移动性－拾实现坊本地须和异愉地之出间的升便捷佳移动宽度：4米（工纪作状态狭），3.酷2米（结运输喊状态份）高度：5.7米（券工作恒状态嫂），4.4米（运洞输状态给）长度：26芽.3米；彩重廊量：45吨25AL瞎F的设计患始于19赌83年，19晚84年由澳称大利亚谁新南威膛尔士州虏公路局筒设计制猛造交通部公路科眨学研究司所于19德86年购置抽了加速蝇加载设而备，并娇于199录0年应隆用于幕我国斜公路银路面港结构摩设计厚研究经过20年的运铺行，设新备进行部了不断草的改进澡和发展吼，改造栏和增加她了路面该加热系偏统、路植面表面退模拟降承雨系统验，环境泉模拟控派制系统贝、荷载芝实时测屿定系统吼以及包胞括路表脖弯沉、励车辙，哥路面结鹿构应力淹、应变嚷和层间馅位移在生内的数角据采集附测定系趁统。26加速加凑载试验腊的荷载户横向分摔布型式汉有宽分避布和窄赖分布两溪种标准第正态分洽布，轮校载的分含布宽度插分别为夹0.8m和0息.5m。还可进趁行均匀怒分布、罢矩形分绵布和自窗编程序腾设定的栗分布模轻型。荷载的横向分布27红外特辐射窃加热尽，路惰面表夹面温委度控肯制在70贪℃以内，勤路面表里面以下5厘米处电的温度销为40~蔽60℃±2℃路面赵加热系统28模拟嘴降雨系统29环境腹数据苦采集奇系统当试识验在贼自然往条件层下进滨行，芦为了甚对试研验环默境进梯行监揭测和馆记录挣，在其收集海当地勤气象颜资料策的基均础上保，用屈自动辟气象匪采集傻系统旨全天24小时养对气席温、禾降水袖量、典风速含、气珍压等腐环境锈数据智进行托采集李和记接录。30路面性能计算分析仪器测量31路表车辙润和弯沉办的测量车辙测语量弯沉期测量32应用FWD进行门路面母弯沉妨的测量33路面结吼构应力聚应变的岩测量压力绍盒应变计34路面泛结构孩层间铲位移舅的测攻量351.3m0.7m0.8m0.8m0.7m加载方向

中心线

标记点轮组间距3mSN-A3mSN-B3mSN-C3mSN-D加载测试点位置示意图车辙36弯沉37荷载环响境38温御度补场39隧道路葛面养护嘉与改造袜方案及胡技术措施主要考迁虑隧道屠路面养塔护修补霞材料和餐技术措贡施的因威素，以观及方案脚决策的搭定性化望分析。慰主要研奖究内容室如下：A、隧道励路面工萝作环境谈以及养胶护修复趁特点；B、隧道