[00148317]基于行车安全的公路隧道进出口段路面关键技术研究

①课题来源与背景; 《基于行车安全的公路隧道进出口段路面关键技术研究》为陕西省交通厅2009年度交通科技项目,项目主持单位为陕西省高速公路建设集团公司,参加单位为长安大学。 ②技术原理及性能指标; （1）建立了路面温度场控制方程和计算模型,确定了模型边界条件,得出了不同季节路面结构层的温度和温度梯度分布特征,提出了温度和温度梯度纵向非稳定段及其长度确定方法。 （2）定义了公路隧道进出口过渡段,确定了基于行车安全的公路隧道进出口过渡段长度。 （3）推荐公路隧道进出口过渡段采用复合式沥青路面结构,首次应用自调温沥青混合料减轻温度对过渡段路面和行车安全性的影响。 （4）设计了隧道进出口过渡段彩色抗滑薄层结构、色彩,提出了平面布置和铺筑形式。 ③技术的创造性与先进性; （1）首次系统研究了秦岭山区高速公路隧道进出口路段路面温度场,得出了路面温度和温度梯度的分布特征,提出了温度和温度梯度纵向非稳定段及其长度确定方法,对路面温度应力研究和完善过渡段路面结构与材料设计有重要理论意义。 （2）基于行车安全性,定义了公路隧道进出口过渡段,并确定了过渡段长度,为进一步完善隧道路面设计和提高隧道进出口行车安全性奠定了基础。 （3）首次系统研究了具有调温功能的自调温沥青混合料,并应用于公路隧道进出口过渡段路面上面层,减轻温度对过渡段路面和行车安全性的影响,为减轻沥青路面冬季积雪与结冰问题,提高沥青路面对环境变化的适应能力,提供了新的思路与方法。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性; 本项目通过室内试验、机理分析、数值模拟和实体工程测试,对基于行车安全的公路隧道进出口过渡段的长度和路面结构类型与材料等关键技术进行了深入系统的研究。 本项目首先针对陕西秦岭山区高速公路隧道进出口段的路面,在综合考虑洞内外气象资料的基础上,采用大型有限元软件ANSYS,对路面温度场沿纵向、深度方向的分布特性展开研究。通过建立温度场模型,分析进出口段路面结构组合及结构层厚度对温度场及温度梯度的影响。其次通过对现有隧道进出口交通事故路段范围调查、洞口亮度变化、线形变化、车速变化、路面结构变化、交通标志设置位置研究成果的综合分析,提出了隧道进出口过渡段及其长度范围。然后使用BISAR软件,对层间完全连续的不同路面结构层间各点位应力情况进行计算,并结合成熟设计施工经验、路面行车特性等,建议隧道进出口过渡段采用复合式路面。由于本项目中的隧道海拔较高、气温较低、温差较大、路面易受冰霜影响,所以采用自调温沥青混合料,并且通过高温车辙、低温弯曲、浸水马歇尔和冻融劈裂等试验,与未掺相变调温剂的沥青混合料进行对比,分析相变调温剂及其用量、油石比和矿料级配组成等因素对沥青混合料路用性能的影响。最后对依托工程全线概况进行了实地调研,根据收集的相关资料以及现场调研情况,全面考虑试验段平面设计、气候环境和相关工程施工进度 ,选取长隧道金岭子梁隧道（K51+355-K52+943）和外接段路基与桥的特长隧道磨河村隧道（K94+895-K99+113）进出口路段,作为自调温沥青混合料试验路段。通过各种检测结果综合评价确定了施工工艺。 本项目研究,明确隧道进出口过渡段及其路面使用条件,提出过渡段路面设计与施工技术,解决过渡段路面容易过早出现各种损坏、行车安全事故多等关键问题,填补我国现行路面设计方法中隧道进出口过渡段的空白,促进我国路面技术发展。 （1）实际路面材料参数随温度的变化而动态变化,而热学参数的实测又非常困难,本研究未考虑各层材料热学参数的变化,建议进一步研究中通过大量热学试验结果进行材料参数修正。 （2）由于试验路段埋设的温度传感器存活率很低,未能采集到实际温度数据,建议进一步研究中注重传感器保护,利用实测数据验证自调温沥青混合料的调温效果。 ⑤应用情况及存在的问题; 近年来,我国高等级公路建设迅猛发展,隧道里程逐年增长。截至2008年底,全国公路隧道达5426座、318.64万延米,其中特长隧道120座、52.57万延米,长隧道743座、122.62万延米。随着高等级公路建设的发展,尤其是山区高速公路里程的不断增加,隧道工程的数量也越来越多,工程规模越来越大。但在隧道运营使用过程中发现,隧道进出口路段路面的使用性能衰减明显快于隧道内部和外部路面,沥青路面过早出现车辙、裂缝、松散、坑槽等损坏,水泥路面则容易出现接缝破损、错台等损坏;同时,隧道进出口路段的行车安全事故明显高于隧道内部和外部,成为形成事故黑点的主要路段,主要表现为隧道进出口路段路面抗滑性能衰减较快,雨雪天气路面表面更加湿滑,且更容易结冰。通过调查分析发现,隧道进出口过渡段路面与隧道内部、外部之间的使用条件差异主要表现在三方面,分别是温度差异、湿度差异、行车荷载差异。 因此,本研究对隧道进出口过渡段自然环境和行车荷载条件、过渡段长度确定、过渡段路面结构受力特性与设计方法、过渡段路面材料要求与设计、过渡段路面施工技术等开展系统深入研究,以期解决隧道进出口过渡段路面容易过早出现各种损坏、行车安全事故多等关键问题,提高公路隧道服务功能与运营效益,并填补现行路面设计方法在隧道进出口过渡段的空白。随着我国公路隧道数量和里程的逐年增长,本项目研究成果既可以在陕西省公路隧道路面设计与施工中直接应用,也可以为全国公路隧道路面设计与施工提供技术指导依据,具有广阔的推广应用前景。