特長(zhǎng)隧道由于其特殊環(huán)境，一般采用水泥混凝土路面，并通常采用硬刻槽的方式進(jìn)行表面紋理化施工，但通車后不久抗滑性能衰減明顯，造成交通事故多發(fā)，另外特長(zhǎng)隧道內(nèi)的養(yǎng)護(hù)維修較困難且常規(guī)處理造價(jià)較高。為解決特長(zhǎng)隧道路面抗滑性能及其耐久性不足的問題，在對(duì)比其技術(shù)原理、施工技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種新型路面紋理化的施工技術(shù)，并在江羅高速公路水泥混凝土路面中推廣應(yīng)用并對(duì)其施工平整度、構(gòu)造深度以及噪音等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明效果較好，且有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞

特長(zhǎng)隧道 | 水泥混凝土路面 | 新型紋理化施工

隨著高速公路建設(shè)逐漸向山區(qū)和丘陵地區(qū)延伸，隧道在高速公路所占的比例越來(lái)越高。當(dāng)前公路隧道內(nèi)多采用水泥混凝土路面，現(xiàn)行公路隧道施工技術(shù)規(guī)范亦只談水泥混凝土路面［1］，目前大多隧道內(nèi)水泥混凝土路面采用硬刻槽的方式進(jìn)行路面紋理化處理，然而長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道水泥混凝土路面在使用過程中，由于隧道內(nèi)環(huán)境相對(duì)封閉，空氣流動(dòng)性小，濕度大，地下水豐富;隧道內(nèi)車速慢、制動(dòng)會(huì)加速路表磨損;隧道內(nèi)水泥路面施工質(zhì)量控制難度大，其表面砂漿的強(qiáng)度和耐磨性較低;普通的水泥、外加劑等原材料可能難以適應(yīng)長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道的特殊環(huán)境等原因［4］，路面存在平整度差、抗滑性能衰減較快等突出問題，導(dǎo)致交通事故多發(fā)，隧道內(nèi)發(fā)生交通事故后處理困難，易引發(fā)二次事故［2］。

廣東省部分隧道路面調(diào)查結(jié)果顯示，交通事故的發(fā)生頻率隨著混凝土路面抗滑能力的變差而升高，隧道水泥路面抗滑等級(jí)由良到差時(shí)，事故發(fā)生頻率由1.40次/km·年增加到6.29次/km·年，增加率約為349%［3］。盡管調(diào)查樣本數(shù)量受限，但也都說明了水泥混凝土路面抗滑性能對(duì)行車安全至關(guān)重要。

路面抗滑措施

為了增加水泥混凝土路面的抗滑性能，主要采用表面刻槽的方式，2006年以前多采用橫向刻槽的方式，之后多采用縱向刻槽的方式，但采用上述2種方式處理后的水泥混凝土路面在高速行駛車輛的長(zhǎng)期作用下，抗滑性能衰減較快，抗滑性能不滿足安全行車的要求，易引發(fā)交通事故［5］。這與長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道內(nèi)的陰暗潮濕、溫差小、汽車尾氣濃度高等特殊環(huán)境也有一定的關(guān)系。

目前恢復(fù)抗滑性能的處理方式主要為重做防滑構(gòu)造和加鋪罩面。

重造路面抗滑構(gòu)造的措施

(1)精銑刨。精銑刨技術(shù)采用低轉(zhuǎn)速球型硬質(zhì)合金刀頭對(duì)水泥混凝土表面進(jìn)行“掘挖”后，路面形成不規(guī)則質(zhì)地紋理，在增加路面宏觀構(gòu)造的同時(shí)溝槽之間還形成鋸齒狀構(gòu)造，通過縱向紋理提高路面抗滑性能，降低輪胎與路面接觸噪聲［6］。

(2)拋丸。該技術(shù)是工業(yè)金屬類加工過程中用于除銹的一種表面處理技術(shù)，拋丸處理后的路面是一種類似砂紙表面不規(guī)則的微觀質(zhì)理，抗滑耐久性較差。

(3)酸蝕。采用稀鹽酸對(duì)水泥路面表面清洗，施工速度慢，抗滑提升不大，難以控制施工質(zhì)量，且耐久性還未得到驗(yàn)證［7］。

(4) 重新硬刻槽。對(duì)混凝土路面進(jìn)行重新縱、橫向硬刻槽，但并未從根本上解決抗滑耐久性不足的問題。

加鋪罩面

加鋪罩面就是在水泥混凝土路面上再鋪一層結(jié)構(gòu)層。目前采用比較多的是Novachip超薄磨耗層罩面、加鋪瀝青混凝土(AC、SMA、OGFC等)，它們雖然可以使抗滑性能明顯改善，但是其中加鋪瀝青混凝土的抗滑耐久性與集料的性質(zhì)緊密相關(guān)，且所有的薄層罩面技術(shù)成本較高，且會(huì)減小隧道凈高，攤鋪需要采用專用設(shè)備進(jìn)行，其施工難度和造價(jià)都相對(duì)較高［8］。

依托項(xiàng)目情況

廣東省江門至羅定高速公路項(xiàng)目是廣東省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃中的第四橫線(福建漳州至廣西玉林)的一部分，編號(hào)為S26，呈東西走向。本項(xiàng)目起點(diǎn)為鶴山市共和鎮(zhèn)，接佛開高速，終點(diǎn)為羅定華石鎮(zhèn)莫村，接云岑高速和羅陽(yáng)高速。江羅高速公路路面工程中包含王北凹隧道(左線長(zhǎng)3751m，右線長(zhǎng)3713m)、三岔頂隧道(左線長(zhǎng)3191m，右線長(zhǎng)3192m)2座特長(zhǎng)隧道的水泥混凝土路面施工。針對(duì)特長(zhǎng)隧道水泥混凝土路面抗滑衰減問題突出、而目前此類問題處理技術(shù)尚不成熟的現(xiàn)狀，為在特長(zhǎng)隧道水泥混凝土路面新建的過程中解決其抗滑性能和耐久性問題，在王北凹隧道和三岔頂隧道的水泥混凝土路面上進(jìn)行新型紋理化處治技術(shù)試驗(yàn)研究，以取代常規(guī)的特長(zhǎng)隧道混凝土路面硬刻槽施工技術(shù)。

新型紋理化施工技術(shù)

原理

HOG水泥混凝土路面新型紋理化施工技術(shù)是采用高強(qiáng)度刃具和獨(dú)特的等壓無(wú)沖擊方式在水泥混凝土路面淺表層沿順車道方向切削出致密的高仿形波浪形紋理，原是索朗機(jī)工坊引入加拿大HOG型飛機(jī)跑道高仿形紋理化處理機(jī)車，再根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)踐改裝而成。HOG在水泥混凝土路面紋理化施工中具有高仿形、高效率、高質(zhì)量、低污染等技術(shù)特點(diǎn)。近幾年該技術(shù)才用于舊路面抗滑性能恢復(fù)，但在新建路面上是首次使用。

特點(diǎn)

(1)HOG水泥混凝土路面新型紋理化施工技術(shù)處理后路面呈現(xiàn)良好鑲嵌性的連續(xù)波浪形淺紋理，大大增加了輪胎與路面的接觸面積，因此抗滑性能相對(duì)原路面明顯改善，如圖1(a)、(c)所示。普通鋸片硬刻槽紋理路面的紋理深度較大，輪胎無(wú)法與路面紋理吻合，接觸面積減少，如圖1(b)、(d)所示。因此，與波浪形淺紋理路面相比，抗滑性能較差。

(2)當(dāng)路表面有水存在時(shí)，HOG水泥混凝土路面新型紋理化施工技術(shù)處理后路面因其豐富的路面紋理能夠及時(shí)將輪胎與路面間的積水順利排走，從而保持輪胎與路面之間處于“干燥接觸”狀態(tài)，提供較好的摩擦力;矩形硬刻槽由于輪胎與矩形紋理無(wú)法吻合，路面矩形紋理中容易積水，降低了路面的摩擦力;精銑刨的刨機(jī)刀具無(wú)法根據(jù)路面高低作出自我調(diào)整，造成了路面較高處由于銑刨過度出現(xiàn)的“脫皮露骨”現(xiàn)象，而相對(duì)低洼處呈現(xiàn)漏刻留白現(xiàn)象。由于銑刨后的紋理不能形成順直的縱向排水通道，在洞內(nèi)漏水及因雨雪天氣帶入洞內(nèi)的水路面都不能順利排出，因此在其眾多不規(guī)則的凹陷構(gòu)造中形成積水，從而降低路面的抗滑性能。

而新型紋理化處理后的水泥混凝土路面呈現(xiàn)條縱向帶狀拉槽，橫向呈現(xiàn)淺溝壑狀，呈U字型，可控深度1mm～3mm，紋理間距5mm～9mm，解決了路面排水問題，提高了路面抗滑性能。

(3)HOG水泥混凝土路面新型紋理化施工技術(shù)處理后的波浪形淺紋理的水泥混凝土路面，可對(duì)路面的噪聲形成一種漫反射，降低車輛通過時(shí)的車內(nèi)、車外噪聲，減小了噪聲污染，增加了行車舒適性。而精銑刨后的紋理周圍組織受到刃具沖擊后出現(xiàn)“骨料松動(dòng)”現(xiàn)象較為普遍，路面突出紋理較多，車輛經(jīng)過時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻低幅震動(dòng)，從而導(dǎo)致較大的車內(nèi)、車外噪聲和較差的行車舒適性，特別是在隧道這樣密封空間內(nèi)這種震動(dòng)和噪音尤為突出。

(4)HOG新型紋理化施工技術(shù)處理后路面形成豐富的宏觀、微觀紋理，在提供良好抗滑性能的同時(shí)增加了光線的漫反射，減少了路面炫光，進(jìn)一步提高了行車安全性。

(5)采用精銑刨機(jī)刻紋的過程中，路面高出部位由于銑刨深度過大出現(xiàn)“脫皮露骨”現(xiàn)象，而低洼處則出現(xiàn)“漏刻留白”現(xiàn)象，其主要原因是旋轉(zhuǎn)式的作業(yè)方式造成，因此紋理深度無(wú)法達(dá)到一致，輪胎花紋與紋理路面之間不能夠形成相對(duì)封閉的空間［9］。HOG水泥混凝土路面紋理化技術(shù)將切削刀具設(shè)計(jì)改為非旋轉(zhuǎn)式的，并能夠在每個(gè)刀頭接觸點(diǎn)隨路面高低不同做出相應(yīng)變化。通過作用在刀頭上的壓力恒定這一特有的作業(yè)方式實(shí)現(xiàn)紋理深度一致，同時(shí)也避免了旋轉(zhuǎn)刀具的作業(yè)方式對(duì)路面造成的沖擊導(dǎo)致路面出現(xiàn)肉眼難以觀察的小裂痕，從而影響路面耐久性，如圖2所示。

施工流程

封閉交通?清洗路面?施工前檢測(cè)?紋理化施工?清掃?施工過程中跟蹤檢測(cè)構(gòu)造深度、平整度和外觀質(zhì)量?清洗當(dāng)天完成的紋理化施工工作面?更換全部刀頭?紋理化施工?單洞完成施工后全面清掃和沖洗?施工完成后檢測(cè)平整度、外觀和噪聲?開放交通。

施工組織

(1)施工機(jī)械與人員配置。混凝土路面紋理化采用全機(jī)械化施工，2套臺(tái)車為一個(gè)組合，分別是紋理化施工車和帶有掃路裝置的小型運(yùn)輸車，如圖3、圖4所示。施工人員共4人，其中紋理化施工車3人，工作內(nèi)容分別為施工車駕駛員、紋理化裝置操作員和路面施工指揮員;掃路運(yùn)輸車1人，工作內(nèi)容為駕駛運(yùn)輸車并控制清掃裝置。

(2)施工效能分析。紋理化施工機(jī)車作業(yè)過程中，以車載激光標(biāo)線為準(zhǔn)點(diǎn)勻速前進(jìn)，施工線型標(biāo)準(zhǔn)。全程使用計(jì)算機(jī)控制切削刃具的下刀深度，紋理化刻槽深度均勻。

紋理化設(shè)備左右各0.5m為作業(yè)寬度，間隔1.4m，車道寬度3.75m，需4次往復(fù)作業(yè)。常規(guī)施工作業(yè)段長(zhǎng)度200m，日施工面積可達(dá)7000㎡。以3車道隧道為例，施工長(zhǎng)度約為620m/d，一個(gè)3km左右的3車道隧道，施工時(shí)間為5d～6d。較矩形硬刻槽施工效率高。

紋理化施工車自帶水箱，每段施工后立即對(duì)表面殘留浮渣進(jìn)行沖洗，確保施工作業(yè)面干凈，紋理化施工后，帶有掃路裝置的運(yùn)輸車即刻清掃浮渣并運(yùn)輸出作業(yè)面。因此，HOG水泥混凝土路面新型紋理化施工能夠做到零污染。而矩形硬刻槽受施工功效和工序安排的原因，其施工產(chǎn)生的漿粉常常得不到及時(shí)的沖洗，常遺留漿粉在矩形槽中，影響填縫質(zhì)量，污染施工現(xiàn)場(chǎng)。

新型紋理化施工成果檢測(cè)

抗滑性能

摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度作為路面抗滑性能的宏觀和微觀指標(biāo)，是路面抗滑性能2種結(jié)果的表征，但橫向力系數(shù)表征路面抗滑性能最為直接［10］。

(1)橫向力系數(shù)。橫向力系數(shù)檢測(cè)采用單輪式橫向力測(cè)試車進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，紋理化施工后，SFC測(cè)試數(shù)據(jù)范圍57～81，代表值范圍64～72，相對(duì)矩形硬刻槽路面提高18%～33%，且合格率100%。測(cè)試結(jié)果說明HOG新型紋理化施工能夠大幅度提高隧道混凝土路面抗滑性能。

(2)路面構(gòu)造深度。路面構(gòu)造深度采用手工鋪砂法，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，構(gòu)造深度設(shè)計(jì)值0.7mm～1.0mm，測(cè)試結(jié)果雖然能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，但測(cè)試數(shù)據(jù)靠近下限，相對(duì)于傳統(tǒng)的矩形硬刻槽方法，在HOG新型紋理化工藝條件下，構(gòu)造深度檢測(cè)值偏下限，無(wú)法準(zhǔn)確表征水泥混凝土路面的抗滑性能。

行駛性能

(1)平整度。水泥混凝土路面進(jìn)行矩形刻槽或紋理化施工后，表面形成凹凸不平的紋理，試驗(yàn)證明，連續(xù)式八輪平整度儀已不適合測(cè)試紋理化施工水泥混凝土路面平整度。本文平整度測(cè)試采用車載激光平整度儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，HOG新型紋理化施工基本不改變?cè)新访娴钠秸取?/span>HOG新型紋理化施工不影響原平整度的原因主要在于切削刃具以等壓無(wú)沖擊方式在切削過程中沿原路形前進(jìn)，不改變?cè)斜砻娓叱獭?/span>

(2)行車噪音。高速公路車速高、交通量大、大中型車及重車比例大，所產(chǎn)生的交通噪音不僅對(duì)沿線居民和環(huán)境造成污染，也會(huì)影響駕乘舒適性和駕駛?cè)藛T的敏感性。有資料表明，公路周圍土地價(jià)值噪聲每升高1dB，土地價(jià)值會(huì)下降0.8%～1.26%［11］，較低的噪音不僅有利于行車安全性，也有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文在HOG新型紋理化施工完畢路段進(jìn)行噪音測(cè)試，測(cè)試時(shí)將噪音計(jì)放置在駕駛位旁的中央扶手箱上，噪音計(jì)麥克朝前方向，分別以60km/h、80km/h、100km/h、120km/h的行車速度，不間斷連續(xù)分別測(cè)試瀝青路面、紋理化前隧道路面和紋理化后隧道路面的噪音，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，紋理化施工前、后瀝青路面和矩形刻槽隧道路面行車噪音均隨車速增加而增加;紋理化施工后噪音相比施工前行車噪音有所減小;隧道內(nèi)紋理化路面行車噪音與隧道外瀝青路面行車噪音基本接近;矩形刻槽路面噪音遠(yuǎn)大于紋理化施工路面。紋理化路面行車噪音較小緣于輪胎與地面的緊密貼合。

通過改善水泥混凝土路面常用紋理，可達(dá)到降低路面噪聲且提高路面抗滑能力的目的。多孔水泥混凝土路面、露石水泥混凝土路面和縱向刻槽路面噪聲值與瀝青路面相當(dāng)［12］。

紋理化施工經(jīng)濟(jì)性分析

功效提高的經(jīng)濟(jì)效益分析

紋理化設(shè)備日施工面積可達(dá)7000㎡，而硬刻槽的施工工藝單機(jī)每日施工面積約1000㎡，功效提高了約7倍，減少了人員、設(shè)備等的投入，同時(shí)提高了施工效率，縮短了紋理化施工工期，使后續(xù)工序可以提前施工，提高了社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

成本經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算，紋理化施工工藝的價(jià)格約為19元/㎡，而硬刻槽施工工藝約4元/㎡，增加了約15元/㎡，但該施工工藝大大提升了紋理化的質(zhì)量和耐久性，從全壽命周期的角度考慮，硬刻槽的壽命周期約為1y～2y，一旦失效其處理措施的成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于19元/㎡，而新型紋理化處理工藝在養(yǎng)護(hù)維修項(xiàng)目上經(jīng)過實(shí)踐證明其壽命周期大于5y，其在新建水泥混凝土路面的最終壽命周期還有待實(shí)踐考量，但從目前來(lái)看其經(jīng)濟(jì)性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于矩形硬刻槽施工工藝。

HOG新型紋理化技術(shù)存在的問題

HOG新型紋理化施工工藝，較此前的紋理化工藝在摩擦力系數(shù)、路面平整度、行車噪音和抗滑性能及其耐久性上都有著突出的優(yōu)勢(shì)，但它仍存在以下問題:1)它是一種新型的技術(shù)，并且在新建高速公路上是首次使用，其真正的壽命周期有多長(zhǎng)還需待時(shí)間的驗(yàn)證;2)雖然其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前流行的各種抗滑衰減處理技術(shù)的成本，且從全壽命周期的角度而言其成本也優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形硬刻槽施工工藝，但其成本高于矩形硬刻槽施工工藝實(shí)施期的成本。

針對(duì)以上問題，一是在項(xiàng)目中逐漸推廣、積累實(shí)踐數(shù)據(jù);二是由于HOG新型紋理化施工工藝的易耗件都是靠進(jìn)口，大部分的成本在于刀頭等易耗件的損耗，一旦國(guó)產(chǎn)化，成本將會(huì)得到一定的降低，另外隨著該技術(shù)的推廣使用，設(shè)備攤銷的成本也會(huì)隨之降低，相信只要持續(xù)改進(jìn)該工藝各個(gè)環(huán)節(jié)，成本逐步降低，該技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)將更加廣泛。

結(jié)束語(yǔ)

新型的紋理化施工工藝機(jī)械化程度較高，施工后構(gòu)造深度及橫向力系數(shù)指標(biāo)較高，不但提升了紋理化的施工質(zhì)量和耐久性，對(duì)既有路面的平整度及噪音影響很小，具有較高的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，隨著相關(guān)配件的國(guó)產(chǎn)化和施工技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步增大，是一種值得大力推廣的施工工藝。

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作者楊磊，首發(fā)于《公路交通技術(shù)》2018年8月。