1、高速公路隧道路面典型結(jié)構(gòu)研究,交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,1,背景 研究?jī)?nèi)容 技術(shù)路線(xiàn) 預(yù)期成果,2,隧道建設(shè)里程不斷增加。 改善線(xiàn)形 縮短里程 克服高差 提高行車(chē)速度 改善運(yùn)營(yíng)條件 保護(hù)生態(tài)環(huán)境 公路隧道建設(shè)已由重丘走向深山、由陸域走向水下、由山區(qū)走向城市，在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中起到越來(lái)越重要的作用。,背景,3,2004年以前我國(guó)對(duì)隧道路面結(jié)構(gòu)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。 剝落 斷板 接縫破壞 抗滑性能差 平整度差 噪聲大,背景,4,我國(guó)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D702004）在原公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TJT 026-90）第6章第5節(jié)“行車(chē)道路面”基礎(chǔ)上作較大篇幅的修

2、編。,背景,隧道“剛性路面系統(tǒng)包括面層為水泥混凝土路面（含鋼纖維混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面）、瀝青混合料上面層與水泥混凝土路面（含鋼纖維混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面）下面層組成的復(fù)合路面兩大類(lèi)型。” “我國(guó)隧道內(nèi)路面系統(tǒng)采用半剛性和柔性路面系統(tǒng)較少，故本規(guī)范不推薦使用。但經(jīng)論證亦可采用半剛性和柔性路面系統(tǒng)”。,5,河北省張承高速公路,6,山西省忻阜高速公路,7,江西省瑞贛高速公路,8,岳武高速公路安徽段,9,強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、耐高溫、耐磨耗以及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少。 缺陷是脆性大、易開(kāi)裂、抗溫性差，路面板塊容易受彎折而產(chǎn)生斷裂，養(yǎng)護(hù)和修復(fù)困難。 水泥混凝土表面未刻槽部分細(xì)觀(guān)紋理較差、隧道

3、粉塵油污的附著、長(zhǎng)下坡隧道貨車(chē)灑水降溫都容易使得水泥混凝土路面抗滑不足。,水泥混凝土路面,10,充分發(fā)揮不同路面材料的特性，揚(yáng)長(zhǎng)避短；高強(qiáng)度的剛性基礎(chǔ)提高了路面結(jié)構(gòu)的承載能力，滿(mǎn)足重載、超載、大交通量等荷載條件要求； 混凝土板的施工技術(shù)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低，如抗滑、耐磨及平整度等指標(biāo)，可通過(guò)瀝青面層來(lái)保證； 最大限度地利用地方性材料，包括非規(guī)格材料和工業(yè)廢品及副產(chǎn)品，降低工程造價(jià)；,復(fù)合式路面,11,瀝青面層降低了混凝土板的荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力(溫度梯度)，對(duì)車(chē)輛沖擊荷載起到緩沖作用，并加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的防水作用，減少了雨水對(duì)混凝土板的影響； 瀝青面層改善和提高混凝土路面表面使用品質(zhì)，滿(mǎn)足汽車(chē)高速行駛

4、性能要求，并且方便養(yǎng)護(hù)維修； 不足之處是水泥面板接縫處可能產(chǎn)生反射裂縫，進(jìn)而影響瀝青面層的使用壽命。,復(fù)合式路面,12,瀝青混合料 級(jí)配類(lèi)型：ACSMAOGFC 結(jié)合料類(lèi)型：普通瀝青結(jié)合料、SBS改性瀝青結(jié)合料、橡膠瀝青結(jié)料、高模量瀝青 雙層改性越來(lái)越多 施工溫度：傳統(tǒng)方式/溫拌方式 水泥混凝土 接縫水泥混凝土（JPCP） 鋼纖維水泥混凝土(SFCP) 連續(xù)配筋水泥混凝土（CRCP）,13,為了使隧道路面結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度(即承載能力)、穩(wěn)定性(耐久性)和良好的使用性能，以便在行車(chē)荷載和自然因素的共同作用下保證公路運(yùn)輸快速、安全、舒適，同時(shí)考慮到路面結(jié)構(gòu)在技術(shù)上的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上的合理性和環(huán)境資

5、源上的可持續(xù)發(fā)展等各種要求，有必要探索比較多種隧道路面結(jié)構(gòu)和材料。,14,隧道路面文獻(xiàn)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研 隧道路面有其獨(dú)特的工作環(huán)境和使用性能要求。因此，首先需要對(duì)現(xiàn)有隧道路面的工作環(huán)境和損壞狀況進(jìn)行調(diào)查、分析和研究。并通過(guò)已有文獻(xiàn)資料的調(diào)查分析，選擇合理的路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型和路面結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行有針對(duì)性的分析和研究，并提出具體的實(shí)施方案。,研究?jī)?nèi)容,15,隧道路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)方法研究 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)隧道路面結(jié)構(gòu)包括水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面以及復(fù)合式瀝青路面在設(shè)計(jì)中的影響因素進(jìn)行了全面的分析，建立了隧道路面力學(xué)分析模型，并提出了隧道路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系以及設(shè)計(jì)方法。,研究?jī)?nèi)容

6、,16,基于加速加載設(shè)施（ALF）的隧道路面結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證 在上述調(diào)研和理論分析的基礎(chǔ)上，選擇幾種代表性典型隧道路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加速加載試驗(yàn)，對(duì)比不同路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能。,研究?jī)?nèi)容,17,隧道路面養(yǎng)護(hù)與改造方案及技術(shù)措施 參考國(guó)內(nèi)外隧道外道路路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)方面成熟的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，分析我國(guó)公路隧道路面工作環(huán)境和公路隧道路面病害的特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)比較和實(shí)際修復(fù)工程驗(yàn)證，探索適合于公路隧道路面養(yǎng)護(hù)與修復(fù)的有效工程技術(shù)措施，重點(diǎn)針對(duì)隧道路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施、應(yīng)急性修補(bǔ)技術(shù)措施以及結(jié)構(gòu)性修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究。,研究?jī)?nèi)容,18,技術(shù)路線(xiàn),19,隧道路面文獻(xiàn)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研主要集中在我國(guó)東南（如福建?。?、西南

7、（如四川省、貴州省、重慶市）、西北（如甘肅省、青海?。└咚俟匪淼垒^多的地區(qū)。根據(jù)氣候特征、地質(zhì)構(gòu)造、隧道結(jié)構(gòu)選擇典型隧道進(jìn)行調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括：隧道路面的工作環(huán)境調(diào)查，隧道路面的表面性能調(diào)查，現(xiàn)有隧道路面結(jié)構(gòu)與材料類(lèi)型調(diào)查，隧道路面病害調(diào)查以及隧道排水系統(tǒng)調(diào)查。 文獻(xiàn)的調(diào)研分為三個(gè)部分：一是國(guó)內(nèi)外隧道路面的研究發(fā)展?fàn)顩r；二是對(duì)現(xiàn)有路面材料的調(diào)研分析，從而初步確定隧道路面的材料；三是對(duì)現(xiàn)有路面設(shè)計(jì)方法的調(diào)研分析，從而選擇合理的隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。,技術(shù)路線(xiàn),20,隧道路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)方法研究 主要考慮四種路面結(jié)構(gòu)：A）水泥混凝土面板+貧混凝土基層+整平層；B）瀝青上面層+瀝青下面層+水

8、泥混凝土板+貧混凝土基層+整平層；C) 瀝青上面層+瀝青下面層+ATB基層+整平層；D）瀝青上面層+瀝青下面層+半剛性基層+整平層。,技術(shù)路線(xiàn),21,基于加速加載設(shè)施（ALF）的隧道路面結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證 通過(guò)對(duì)修建的4種路面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段的加速加載試驗(yàn)，對(duì)比4種路面結(jié)構(gòu)在一定試驗(yàn)條件下的使用性能，建立累計(jì)交通荷載與路面結(jié)構(gòu)損壞之間的關(guān)系。包括： 路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度評(píng)定建立路面表面彎沉與累計(jì)加載次數(shù)的關(guān)系； 瀝青層與各結(jié)構(gòu)層內(nèi)應(yīng)變與累計(jì)加載次數(shù)的關(guān)系； 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)各層層間位移與累計(jì)加載次數(shù)的關(guān)系； 路面表面車(chē)轍與累計(jì)加載次數(shù)的關(guān)系； 路面表面破損與累計(jì)加載次數(shù)的關(guān)系。,技術(shù)路線(xiàn),22,加速加載設(shè)備 (A

9、ccelerated Loading Facility，簡(jiǎn)稱(chēng)ALF )可用于實(shí)際路網(wǎng)中路面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)，也可以用于特殊修建試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究。 其特點(diǎn)是通過(guò)可控制的試驗(yàn)軸載對(duì)足尺路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加速加載試驗(yàn)，模擬實(shí)際交通荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞作用，其可移動(dòng)性能滿(mǎn)足不同自然區(qū)域的試驗(yàn)研究工作。,23,線(xiàn)性加載系統(tǒng)，加載帶長(zhǎng)12米 可控制的試驗(yàn)軸載從 80kN200kN 以 20kN為 一等級(jí) 每9秒對(duì)路面表面施加一次單向選定的輪載 加載速度為 020km/h 適用于不同的輪胎類(lèi)型 加載時(shí)可設(shè)置不同的橫向分布形式。,24,全天候運(yùn)行、平均每月可加載軸載20萬(wàn)次 自動(dòng)控制系統(tǒng)和安全防護(hù)裝置 移動(dòng)性實(shí)現(xiàn)

10、本地和異地之間的便捷移動(dòng) 寬度：4米（工作狀態(tài)），3.2米（運(yùn)輸狀態(tài)） 高度：5.7米（工作狀態(tài)），4.4米（運(yùn)輸狀態(tài)） 長(zhǎng)度：26.3米； 重量：45噸,25,ALF 的設(shè)計(jì)始于1983年，1984年由澳大利亞新南威爾士州公路局設(shè)計(jì)制造 交通部公路科學(xué)研究所于1986年購(gòu)置了加速加載設(shè)備，并于1990年應(yīng)用于我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 經(jīng)過(guò)20年的運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和發(fā)展，改造和增加了路面加熱系統(tǒng)、路面表面模擬降雨系統(tǒng)，環(huán)境模擬控制系統(tǒng)、荷載實(shí)時(shí)測(cè)定系統(tǒng)以及包括路表彎沉、車(chē)轍，路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變和層間位移在內(nèi)的數(shù)據(jù)采集測(cè)定系統(tǒng)。,26,加速加載試驗(yàn)的荷載橫向分布型式有寬分布和窄分布兩種

11、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，輪載的分布寬度分別為0.8m和0.5m。還可進(jìn)行均勻分布、矩形分布和自編程序設(shè)定的分布模型。,荷載的橫向分布,27,紅外輻射加熱，路面表面溫度控制在70以?xún)?nèi)，路面表面以下5厘米處的溫度為4060 2,路面加熱系統(tǒng),28,模擬降雨系統(tǒng),29,環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),當(dāng)試驗(yàn)在自然條件下進(jìn)行，為了對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，在收集當(dāng)?shù)貧庀筚Y料的基礎(chǔ)上，用自動(dòng)氣象采集系統(tǒng)全天24小時(shí)對(duì)氣溫、降水量、風(fēng)速、氣壓等環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄。,30,31,路表車(chē)轍和彎沉的測(cè)量,車(chē)轍測(cè)量,彎沉測(cè)量,32,應(yīng)用FWD進(jìn)行路面彎沉的測(cè)量,33,路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量,壓力盒,應(yīng)變計(jì),34,路面結(jié)構(gòu)層間位移的測(cè)量,35,車(chē)轍,36,彎沉,37,荷載環(huán)境,38,溫 度 場(chǎng),39,隧道路面養(yǎng)護(hù)與改造方案及技術(shù)措施 主要考慮隧道路面養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)材料和技術(shù)措施的因素，以及方案決策的定性化分析。主要研究?jī)?nèi)容如