隧道水泥混凝土路面施工技术
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摘要：本文通过分析隧道路面的特点，提出了隧道路面结构型式的选择依据，并指出中、长隧道的路面结构应以水泥混凝土路面为主。以目前国内最新的隧道水泥混凝土路面施工工艺及特点为例，探讨了隧道水泥混凝土路面遇到的主要问题及对策。
关键词：隧道;水泥混凝土路面;施工工艺;
随着我国交通行业的发展,公路隧道建设日益普及,公路隧道无论在数量、长度还都在不停的增长，因此，研究隧道路面具有重要高速公路工程价值与经济价值。
隧道路面结构设计和铺装材料选择的盲目性可能会导致路面结构服务功能水平较低，而且隧道路面是关键路段，要尽量提高其质量，增加使用寿命.我国已经建成的隧道水泥路面超过500km，已经总结出了一整套使用滑模摊铺技术建成优质隧道水泥路面的新材料和新施工技术，通过总结这些成熟的新技术与经验，希望找出建造优质隧道水泥路面的施工方式，为我国水泥混凝土路面施工技术规范增补此项内容，并提供相应技术依据与参考。
1隧道路面结构型式的选择
隧道路面类型的选择一直是一个较有争论的问题.目前国内、外常见的隧道路面类型90％为水泥混凝土路面.这是综合考虑隧道内路面的特点、隧道路面施工问题、隧道路面实际使用寿命、以及隧道安全的结果。
1.1隧道内路面的特点
由于隧道内是一个相对封闭的环境，受到外界气候的影响并不大，所以，有人认为隧道路面温度、湿度变化较小，隧道路面的要求比野外低，其实，由于隧道往往是不可逾越的高山或河、海障碍，一旦隧道中断交通，几乎没有其他道路可以通行或绕行，所以，隧道路面在使用功能、寿命及耐久性方面比野外普通水泥路面要求更高.具体有如下特征：
(1)由于隧道的相对封闭的环境，给施工和养护维修带来了一定的困难，因此，要求路面的耐久性好，具有较长的使用寿命，避免对路面的频繁维修；
(2)虽然气候条件并不恶劣，但受地下水的影响，隧道路面常常处于潮湿的环境中。因而隧道内的路面铺装要求具有较好的水稳定性；隧道内部温度、湿度变化较野外小而缓和，温差与湿差应力相对较小；
(3)要求路面抗滑性能更好，而且抗滑性能的耐久性更高，磨损粉尘要小；
(4)要求路面表面功能更加完善，隧道内光线较暗，行车视线较差，因此要求路面具有更高的路面光亮度和能见度；
(5)要求隧道具有较好的吸收噪声的能力，尽量降低车轮与路面之间高速行车产生的噪音；
(6)在施工方面，要求施工方便，质量易于控制；施工期间要求较少施工废气污染，保证路面施工人员的健康。
1.2隧道内结构型式选择
目前，全世界几乎所有的隧道路面均优先选用水泥混凝土路面，因它有如下优势：
(1)路面施工期空气污染.隧道沥青路面施工期间的空气污染来源于下述几项：
a.热沥青混合料的挥发，这是沥青路面施工期的主要问题，水泥混凝土路面无此问题；b.摊铺机发动机排放的尾气；c.运料汽车排放的尾气；d.施工发电机排放的尾气.
由于隧道内的通风性能很差，污染空气的排放效果也很差.热拌沥青混凝土施工时产生的浓烟很难迅速排除，造成隧道内局部含氧量很低，这不仅会严重影响施工人员的身体健康，还对施工机械与施工质量产生不良影响.湖北某隧道在摊铺沥青路面时就出现了沥青摊铺机发动机由于缺氧停机的现象，无法继续进行沥青路面的铺筑，影响了施工进度和摊铺质量.因此，从施工角度考虑，长大隧道应避免使用沥青混凝土路面，而以水泥混凝土路面作为主要结构型式。
（2）隧道路面的水损坏.
影响隧道路面的水源主要来自4个方面：a.拱顶、拱壁的渗水和滴、漏水；b.雨水沿道路纵坡流入；c.地下水或泉水上涌；d.空气中水分凝聚。
因此隧道内路面经常处于潮湿环境中，由于沥青路面的水稳定性较差，易产生局部水损坏和基础唧泥，直接影响路面的使用性能和耐久性.因此，为提高路面在潮湿环境下的耐久性，提倡使用水稳定性更好的水泥混凝土路面与排水性能更好的贫混凝土排水基层。
(3)隧道路面的使用耐久性.就路面延长使用年限与减少返修次数而言，水泥混凝土路面具有比沥青路面独特的技术优势，国内使用20年以上没有大修的隧道水泥混凝土路面很多，而沥青路面正常使用10年以上的却很少.野外水泥混凝土路面也如此，我国近年来建造的高速公路隧道水泥混凝土路面，我们为了保证更长的使用寿命，采用了钢纤维混凝土路面与聚丙烯睛纤维混凝土路面，板厚没有减薄，其直接目的是利用纤维混凝土路面的耐疲劳寿命更长的优势，最大限度地减少破损与维护翻修。
(4)隧道内路面防火灾问题.隧道内的安全问题一直很受关注，由于沥青材料自身的特点，在洞内偶然事故引发的火灾中，温度超过300℃时，沥青混凝土路面可燃烧并产生高温(超过800℃)，不仅破坏力巨大，而且会造成人员烧伤或窒息死亡.同时，沥青路面的燃烧还会产生大量有害气体，加上隧道通风不良，是影响隧道防火安全的最主要因素.有试验表明，等量的燃油燃烧时在水泥混凝土路面上的火焰高度约为0.3mm，而在沥青路面上的高度为2.5～3mm，因此，考虑防火防烟等安全问题，在长大隧道内宜采用水泥混凝土路面.国内有些地方在此问题上已经步入了误区，有人在研究隧道阻燃沥青路面，从字面上看，沥青路面阻燃了，似乎沥青路面不会燃烧了，作者仔细研究了目前国内、外使用的阻燃剂技术，发现在沥青中加入阻燃剂后，沥青的燃点仅提高了7～15℃，目前国内、外均无法改变沥青的燃油本质，尽管阻燃后，沥青的燃点提高10℃左右，但根本无法阻止车辆一旦失火后，沥青路面在高温火焰下的燃烧本质.从防火安全性上讲，当然应该优选不会燃烧的水泥混凝土路面。
(5)隧道内路面行车抗滑安全问题.国内不少省、区在隧道中使用沥青路面的一项重要的理由是沥青路面比水泥路面行车更安全，通过作者的大量隧道路面的抗滑性能的调查，发现我国隧道内水泥混凝土路面的侧向摩擦系数有的确实很小，实测最小值仅0.17，一般平均值约0.20左右，不满足高速车辆正常刹车所需要的最小值0.35以上的要求，原因是不少隧道水泥路面所用的砂过细，有的采用了细度模数不足2.0的细砂，加上卡车在洒水，隧道漏水，水泥路表面湿滑，导致了不应有的行车滑溜事故.须知水泥路面与沥青路面在抗滑安全方面采用不同的技术措施，沥青路面主要靠高磨光值的粗集料；而水泥混凝土路面主要靠更硬、颗粒更大的石英砂.正确的做法是要求隧道水泥混凝土路面用砂的细度模数应控制在2.5～3.5之间，使用中、粗石英河砂，确保新建隧道水泥路面的侧向摩擦系数不小于0.45，使用中的隧道水泥混凝土路面的侧向摩擦系数最小值在0.35以上.隧道水泥混凝土路面的抗滑安全技术比沥青路面灵活，而且多样有效，它既可利用不同形式的宏观构造，也可采用裸石混凝土路面技术.使用与沥青路面表层相同的高磨光值的玄武岩粗集料，用超缓凝技术，专门制作裸石混凝土路面，将表面砂浆刷掉，裸露骨料的水泥混凝土路面也具有很高的磨光值与抗滑安全指标。
(6)隧道路面的照度与采光问题.隧道内尤其是长大隧道内光线较暗，行车视线较差，沥青路面颜色黑，反射率低，直接影响路面的亮度(照明度).与此相反，水泥混凝土路面的反光特性对道路安全具有重要作用.因为它有助于提供道路标线或背景等能见度对比，从而防止眩光，也有助于节约照明能源，在相同条件下减少隧道内照明要求和能耗.而照明能耗是隧道运营管理中的一项重要的正常花销费用，从确保照度与采光两方面考虑，隧道内也适宜采用白色水泥混凝土路面，不适用建造黑色沥青路面。
因此综合考虑上述各项因素，对隧道路面的类型选择，笔者认为：当隧道较短时，考虑施工的便利，避免更换施工机械，可以沿用隧道外的路面结构，使用沥青路面结构；而对于长度在1000m以上中等、长或特长的隧道，必须优先使用水泥混凝土路面。
2国内隧道水泥混凝土路面先进施工工艺
2.1隧道内滑模铺筑水泥混凝土路面的两种形式
(1)零位摊铺方式。零位摊铺方式指路面表面与滑模摊铺机履带底缘在同一高程，在这种摊铺方式下，只需要拆除滑模摊铺机的边侧模板，使挤压底板的最低缘处在履带底缘位置进行的连续滑模摊铺.滑模摊铺机的履带行走在两侧边沟的盖板上，此时，盖板需要加厚并配筋，应足以支撑滑模摊铺机重量。
(2)下位摊铺方式。下位摊铺方式指路面表面处在滑模摊铺机履带底缘以下，由于滑模摊铺机挤压底板的固定设置位置不能延伸到履带底缘以下，所以，必须重新改装滑模摊铺机以适应这种施工状态.施工实践表明：依据隧道内边沟高低，滑模摊铺机履带行进位置确定的上述两种摊铺方式，都能够摊铺出优质隧道水泥路面。
2.2隧道混凝土路面与钢纤维混凝土路面施工的特殊要求
隧道混凝土与钢纤维混凝土两种路面的施工除应满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》TJGF30-2003上述相应路面的技术要求外，尚应满足下列特殊技术规定：
(1)隧道路面的混凝土运输与布料.由于隧道内大吨位车辆无法调头，所以长大隧道路面的混凝土运输宜选用吨位较小的车辆，同时小吨位车辆卸下的混凝土堆较小，更容易布料.隧道一般是互不联通的单洞，路面上使用的大型布料机械无法采用，只能在机前采用小型挖掘机或推土机布料.由于运输与布料施工条件的限制，长大隧道路面一般不便采用钢筋混凝土路面.拌合物从洞口穿越钢筋网送到机前有相当困难，因此，为了尽可能延长隧道路面的使用年限，减少翻修，高速公路隧道路面推荐采用钢纤维补强混凝土路面。
(2)隧道路面基准线设置.隧道路面的基准线设置应视滑模摊铺外侧宽度允许与否，可设在履带内侧或外侧不阻碍滑模摊铺的位置.基准线设置精度要求应与路面相同。
(3)洞口路面应设钢筋混凝土搭板、过渡板或钢纤维补强，隧道多为岩石隧道，它的沉降与洞口土基有较大差异，特别是洞口为高填方的条件下，沉降差较大，因此要求普通混凝土路面的隧道洞口应像桥涵构造物一样设置双层钢筋混凝土搭板与单层钢筋混凝土过渡板路面或钢纤维混凝土路面进行洞口结构补强，我国在不少隧道洞口路面上出现了较多的早期破损，应该将隧道也视为构造物，与桥头一样进行补强设计。
(4)隧道路面纵缝无需设拉杆.隧道两侧由于有边沟对路面的严格约束阻挡，不存在面板纵缝拉开问题，所以，隧道路面即使切纵缝，也可取消拉杆，无需设置拉杆钢筋。
(5)隧道钢纤维混凝土路面一般无需设传力杆.隧道钢纤维混凝土路面由于接缝中有钢纤维提供传荷能力，因此，无需设置横缝传力杆.隧道普通混凝土路面设传力杆与否，应视隧道基层的优劣而定。一般情况下隧道路面底部基层为贫混凝土基层或低强度等级普通混凝土基层时，可不设横缝传力杆钢筋，但半刚性基层上的隧道路面应按特重、重交通量普通混凝土路面一样设置横缝传力杆。
(6)隧道混凝土路面的滑模摊铺.隧道混凝土路面的滑模摊铺要领：a.摊铺机前料位充足，到位；不得缺料；b.滑模摊铺机的推进速度宜控制在1m／分左右.c.震动仓内的料位高度应控制在路面以上100mm左右，震动仓后边进入挤压底板的混凝土表面不应再冒气泡；d.振捣棒位置应在路表面以上，振捣频率宜控制在9000次／分；e.摊铺机对混凝土表面的挤压力要足够，出摸无麻面，平整度好。
3隧道水泥混凝土路面减少噪音的主要措施
路面噪声单指路面与轮胎相互作用而产生的滚动噪声与空气动力噪音，在车速较高时是交通噪声的主要部分。由于隧道内采用水泥混凝土路面时产生的噪声比沥青路面大，因而很多人建议采用沥青路面，这是以小失大的做法.因为作为隧道的路面结构，强度和耐久性才是主要决定因素，我们不能单纯为了追求舒适的表面特性而忽略了更加重要的强度与耐久性问题.其次，不能将隧道内行车的噪声全部要求路面结构来解决。实际上我们可以通过增大隧道内部边壁的吸声性能，在隧道两侧或顶面装饰吸音多孔铝板，而取消粘贴瓷砖，顶面也可使用散射噪声的毛混凝土表面.使用具有防火、防撞、防腐、防潮等特点的装饰吸声材料，来解决隧道内部噪音问题。这些措施与使用混凝土路面降噪与隔音、吸音措施的对比来看，应该优选更容易实现，效果更好，更美观，也更廉价，而不应只盯路面，非要求其低噪音不可，这样做的成本过高，得不偿失。
至于路面表面结构改进方面，德国目前研究的最有效的办法是使用裸露骨料的低噪音抗滑表层，使用C70抗压强度等级，高磨光值的玄武岩细石(最大粒径7rnrn)混凝土，将混凝土表面砂浆刷掉，以使粗骨料显露，使路面与车轮噪音散射而降噪.另外也可以通过纵向刻槽的宏观构造来减少路面的噪声.有研究表明，纵向刻槽比横向刻槽具有更好的抗滑稳定性和低噪音性能。
4结语
本文结合隧道路面的特点，分析了隧道路面结构型式的选择依据，指出长大隧道应以水泥混凝土路面为主，介绍了滑模摊铺隧道水泥混凝土路面的施工特殊要求.分析了改善水泥混凝土路面行车安全性的主要因素，指出改善隧道水泥混凝土路面抗滑安全性和降低噪音的技术措施与方法。隧道路面应理性选择结构型式及施工工艺，在保证强度耐久性的基础上大胆采用新材料新技术提高隧道路面的行车安全性、使用寿命及服务水平，降低行车噪音和养护成本。
郑志坚漳州市公路局
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