铣刨工艺提高隧道内水泥混凝土路面抗滑性能应用探讨

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随着四川省高速公路建设由四川盆地向盆周山区、西部高原延伸，隧道越来越多，多条高速公路隧道比例占路线长度的50%左右甚至更高，如已运营的广甘、映汶高速公路隧道长度均占路线长度的50%左右，正在建设的雅康、汶马高速公路隧道规模均超过路线长度的50%。近年来，隧道交通安全事故屡见报道，特别是晋济高速公路岩后隧道“3·1”特别重大道路交通危化品燃爆事故后，隧道运营安全越来越引起人们的重视。研究表明：下坡方向长、特长隧道水泥混凝土路面易发生行车安全事故，这与洞身水泥混凝土路面抗滑性能严重不足密切相关，因此，有必要采取措施提高隧道内水泥混凝土路面的抗滑性能。

中国多条高速公路采用铣刨方式改善隧道内水泥混凝土路面的抗滑性能，但未见使用效果的系统跟踪报道。笔者选取了四川省内发生多起事故的LZ高速公路、YX高速公路，对多个隧道铺装铣刨前后的横向力系数进行了跟踪观测，并对铣刨工艺改善隧道内水泥混凝土路面抗滑性能的效果进行了总结。

CS隧道是LZ高速公路上唯一一座特长隧道，全长5　106m，双向四车道上下行分离式。2013年12月底建成通车，2014年6-7月份不到2个月的时间内发生12起交通事故。事故集中在下坡、隧道右洞的水泥混凝土路面段。

原路面结构：隧道洞口段400m铺装采用4Cm改性沥青玛蹄脂碎石SmA-13+6Cm中粒式改性沥青混凝土AC-20C+防水粘结层+26Cm水泥混凝土基层+C20水泥混凝土调平层；隧道洞身段采用28Cm水泥混凝土面层+C20水泥混凝土调平层。水泥混凝土路面采用滑模摊铺，纵向刻槽施工工艺。

YX高速公路某段沿线地形险峻，左幅为50余km的长大下坡，为克服高差，通过螺旋隧道展线，降低平均纵坡。运营约2年时间内，发生多起交通事故，且集中在下坡、隧道左洞的水泥混凝土路面段。

原路面结构：长及特长隧道洞口段300～500m铺装采用4Cm改性沥青玛蹄脂碎石SmA-13+6Cm中粒式改性沥青混凝土AC-20C+隧道防水粘结层+24Cm水泥混凝土基层+C20水泥混凝土调平层；长及特长隧道洞身段采用25～26Cm水泥混凝土面层+C20水泥混凝土调平层。水泥混凝土路面采用横向刻槽。

为剖析隧道内水泥混凝土路面事故多发原因，笔者进行了现场调研，并调取了事故视频等资料，事故多发点具有以下特点：

(1)LZ高速公路CS隧道内水泥混凝土路面采用滑模摊铺技术、纵向刻槽，刻槽施工规范，刻槽磨耗不明显。YX高速公路上的隧道内水泥混凝土路面采用横向刻槽，刻槽有磨耗现象。无论是纵向刻槽，还是横向刻槽，刻槽之间水泥条几乎没有微观抗滑构造，用手触摸非常光滑，在灯光照射下出现“镜面”一样的反光现象。(2)下坡段，重载货车为降低轮毂的温度，不停对轮毂洒水降温，轮迹带处路面潮湿，局部有积水现象。(3)事故多发点主要位于下坡段，对应的上坡路段事故很少。(4)隧道洞口过渡段采用复合式沥青路面，洞身为水泥混凝土路面，事故均发生于水泥混凝土路面段。(5)根据发生事故时的视频记录，事故车辆主要是失去平衡，轻者打滑冲上路沿，重者侧翻横倒在隧道内，事故形态以侧翻为主。(6)通过压缩行车道，强制限制行车速度，事故大大降低。

LZ、YX两条高速公路均采用铣刨工艺改善隧道内水泥混凝土路面的抗滑性能。项目组采用SCRIm型横向力系数检测车，以60km/h车速检测了典型隧道铣刨前后的横向力系数SFC。

《公路水泥混凝土路面施工技术规范》及现行《公路工程质量检验评定标准》中水泥混凝土路面抗滑性能仅规定了构造深度指标。2014年新版《公路水泥混凝土路面施工技术细则》在抗滑构造深度TD的基础上，增加了横向力系数SFC指标，要求高速公路隧道水泥混凝土路面不低于55。表明：与相邻路段沥青混凝土路面相比，铣刨前水泥混凝土路面的横向力系数SFC明显偏低，铣刨后路面横向力系数均有较大幅度的改善，但GhZ、LJS隧道铣刨后运营一定时间路面横向力系数SFC出现明显衰减，已不满足相关规范要求。下坡段隧道内重载货车轮毂为降温需要不停洒水，轮迹带处的路面长期处于潮湿状态或薄水膜附着状态，大大降低了轮胎与路面的附着力，使抗滑性能急剧衰减，是引起交通事故的主要内因。

用水量。可知：不论是铣刨前，还是铣刨后，不同车道、不同位置处标准水量及最大水量下对横向力系数SFC测试结果差异很小，即用水量对横向力系数测试结果影响很小，原路面是否处于潮湿状态是影响横向力系数的关键因素。

刻槽工艺。LZ高速公路CS隧道内水泥混凝土路面为纵向刻槽，YX高速隧道内采用横向刻槽工艺，从检测结果来看：刻槽工艺对横向力系数影响无明显差异。

铣刨方式。水泥混凝土路面铣刨方式分为常规铣刨和精铣刨两种，为考察铣刨方式对水泥混凝土路面横向力系数的影响，选择铣刨时间较为接近的LZ高速CS隧道及YX高速ＴZZ隧道进行对比分析。

可以看出：隧道不同位置，常规铣刨横向力系数明显大于精铣刨，即常规铣刨对水泥混凝土路面抗滑性能改善效果优于精铣刨。

常规铣刨前后对比。铣刨前后隧道内路面横向力系数SFC分布均具有类似规律，即隧道洞口段沥青路面横向力系数明显大于洞身段水泥混凝土路面的横向力系数。铣刨前，洞身内水泥混凝土路面的横向力系数SFC普遍在30以下，明显偏低，按照《公路养护技术规范》，高速公路的横向力系数低于40时，应采取措施提高路表面的抗滑能力。

铣刨后，水泥路面主超车道的横向力系数比原水泥混凝土路面均有明显改善，但水泥混凝土路面的横向力系数仍小于洞口段沥青混凝土路面。

常规铣刨后衰减规律。由于刻槽工艺对横向力系数无明显影响，通过对不同隧道常规铣刨后不同时间的横向力系数统计，分析常规铣刨后横向力系数的衰减规律。

铣刨后横向力系数有明显改善，但随着运营时间的增长，横向力系数逐渐衰减，铣刨约1.5年后，水泥混凝土路面横向力系数SFC又衰减到40以下。铣刨工艺将减薄水泥混凝土面板厚度，降低路面结构强度，易引发断板病害。因此铣刨工艺仅可作为提高隧道内水泥混凝土路面抗滑的临时措施，为提高隧道内路面的抗滑性能，对运营或在建隧道，受净空限制宜采用超级微表处或薄层罩面方案，待建隧道宜采用复合式路面或露石水泥混凝土路面。

(1)车速过快，部分车辆不按限速规定行驶，并在隧道内超车和随意变更车道，导致发生交通事故的概率大大增加。通过压缩行车空间，强制降低行车速度，限速由开始的80km/h，降为60km/h，事故明显减少，车速过快是造成事故的主要外因。

(2)事故多发点位于下坡、隧道内水泥混凝土路面段，重载车辆为降低轮毂温度不断洒水，轮迹带潮湿，横向力系数急剧降低是引起事故多发的内在原因。

(3)事故多发点与水泥混凝土路面抗滑性能偏低，相关性较好，表明横向力系数SFC可客观反映水泥混凝土路面的宏观抗滑性能，构造深度指标应在水泥混凝土路面刻槽前测试以反映微观构造。

(4)隧道内水泥混凝土路面多由土建单位建设，进行配合比设计时主要关注强度，忽视了作为路面对表面功能的需求，施工时反复抹平表面，使路表形成光面。尽管采用硬刻槽工艺提高了水泥路面的宏观构造深度，但水泥路面的抗滑性能不仅与宏观构造有关，更与微观构造密切相关，光面的水泥路面几乎没有微观构造，在潮湿或薄水膜状态下，路面抗滑性能明显下降，车轮与路面的附着力急剧降低，从而易引发交通事故。

(5)铣刨工艺可以改善隧道内水泥混凝土路面的抗滑性能，且常规铣刨效果优于精铣刨，但运营约1.5后，SFC又将衰减到40以下，该工艺仅是临时措施。因而在隧道水泥混凝土路面结构设计时，如果没有考虑铣刨工艺对路面结构强度的影响，不宜推广应用，否则易引起断板等结构性病害。

(6)隧道洞口段沥青路面横向力系数明显优于水泥混凝土路面，如有条件，为提高隧道内水泥混凝土路面的抗滑性能，对运营或在建隧道，受净空限制宜采用超级微表处或薄层罩面方案，待建隧道宜采用复合式路面或露石水泥混凝土。