上海市隧道路面结构的演化与展望

Evolution and Prospects of Shanghai Tunnel Pavement Structure

摘要： 上海市早期隧道内路面结构较多的是采用水泥混凝土路面结构，但由于其抗滑性能衰减快，噪音大等缺点，在90年代末上海开始采用沥青混凝土铺装层，以提高行车的安全性与舒适性。目前为了解决隧道内的防火问题，路面工作者正在进行阻燃沥青、OGFC多孔沥青混合料面层在隧道路面中的应用等科学研究。

Abstract: In the early constructed road tunnel, the cement concrete structure was always used for pavement. However, due to its fast degradation of slip resistance performance, noisy and the other shortcomings, in the late 1990s, the asphalt concrete pavement has been used to improve the driving safety and comfort. At present, in order to improve the fire safety in the tunnel, flame-retardant asphalt and OGFC porous asphalt pavement are being tested for application.

关键词： 隧道路面 阻燃沥青与OGFC 防滑面层

Keywords: pavement, fire retardant asphalt, OGFC slip-resistance pavement

1、上海隧道建设概况

黄浦江是上海的母亲河，全长约113千米，河宽300-700米，终年不冻，是上海重要的水道，将上海分割成了浦西和浦东两部分。两岸不便的交通制约了上海经济的发展，上海市政府在解放后不久就开始筹划上海城市交通建设所迫切需要的越江工程的建设，但由于上海特殊的软土地层，要实施隧道工程，就好比“在豆腐里打洞”，在当时国外某些专家曾预言在上海修建隧道“几乎不可能”。我国在经过几年的技术储备后于1959年制订建造上海打浦路隧道规划，1965年5月动工，1971年6月正式通车。隧道建成的早期为战备隧道，直至上世纪80年代末期才逐渐对社会车辆开放，是我国第一条自行设计、自行盾构法施工的越江隧道，单管双向，全长2739.4米，宽7.07m，净空高4.1m，车辆通行限高3.8m，通车后对沟通浦江两岸交通运输发挥了重要作用。之后上海又相继建成了延安路隧道、外环隧道、大连路隧道、复兴路隧道（世界首例运营的盾构法双管双层6车道隧道）、上中路隧道等。根据规划，上海在2012年前将建成20多座越江交通隧道，以便捷东西两岸的交通，届时上海将成为世界上拥有越江交通隧道数量最多的城市。 2、隧道内的环境因素

隧道内的环境是一个比较特殊的管状环境，其空间小、空气流动性差，终年无日照且潮湿，与一般道路、桥梁所处的环境相比，主要存在以下差别：（1）全年气温较稳定，温差小，无日晒雨淋。（2）由于终年无阳光照射，空气流动性又差，因此积聚在隧道内部的水份（顶板及侧墙的渗水、雨天车辆带入隧道内的雨水、空气中凝聚的水分及部份上涌的地下水等）很难快速排除，所以隧道内

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终年较潮湿，车辆运营期间路面易受到水的破坏，影响路面的使用性能及耐久性，尤其是沥青混凝土路面。（3）隧道内空间小、通风条件差且成本高，因此不利于大型施工机械作业及施工和养护期间的交通组织与交通安全维护，同时施工时释放出的尘烟对施工人员的身体健康及路面施工质量的控制均有影响。（4）由于隧道内特殊的环境，一旦发生火灾更难扑救，对现场人员的疏散及施救也较困难。

3、隧道路面结构的演化 3.1水泥混凝土路面

由于水泥混凝土路面具有强度高，抗水、使用寿命长、不易燃等特点，因此国内外公路及城市道路隧道路面结构早期建设较多的是采用水泥混凝土路面结构，上海地区隧道路面早期基本上也是采用水泥混凝土路面，如上海1971年建成的打浦路越江隧道及1984年建成的延安东路越江隧道等，均采用水泥混凝土路面结构。但随着近年来交通流量的增大、增重及道路路面等级的提高，水泥混凝土路面使用性能的缺点在隧道内特殊的行车环境中显现尤为突出，主要表现在以下几个方面：（1）水泥混凝土路面抗滑性能衰减快。如贵州省某隧道内水泥混凝土路面运营两年后，其路表构造深度衰减为0.1mm[3]。（2）水泥混凝土路面刚度大、接缝多，且接缝处易破坏，积聚其中的水难以排除，导致路面的平整度及行车的舒适性差。（3）随着道路等级的提高，主线道路较多采用沥青混凝土路面，隧道内路面采用水泥混凝土路面时，则刚性路面与主线柔性路面之间色差较大，行驶性能差异也较大，易造成事故。（4）灰尘大，影响隧道内的能见度和空气质量；（5）行车噪音大。（6）路面养护困难，维修时间长。

打浦路隧道建造时圆形隧道内路面结构采用现浇式钢筋混凝土结构，厚30cm。由于长期磨损，路面变得异常光滑，1988年为了提高隧道内路面的磨阻能力进行了路面凿毛，但破坏了路面的砂浆层，因此后期路面存在跑砂、露骨及开裂现象（见图3-1、3-2）。由于受到隧道内通车流量的影响，无法实施封闭道路进行大面积维修，隧道内路面只是通过日常、专项维修局部损坏严重的路面处来维持交通，道路服务水平较差，直至2009年打浦路隧道复线修建完成后，老隧道才得以进行了一次比较彻底的大修。

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图3-1 路面跑砂、露骨现象

3.2沥青混凝土路面 3.2.1沥青铺装层上面层结构

近年来，随着交通流量的增加及路面等级的提高，上海市主线道路基本以柔性路面为主，为保持与主线的统一，同时提高隧道路面表面的抗滑、降噪、车辆行驶的安全性、舒适性及环保质量，上海地区在南浦大桥及漕溪路上立交桥两座水泥混凝土桥面上成功加铺沥青混凝土面层（4cm沥青防滑上面层+2cm砂砾式沥青混凝土下面层）后，于1998年在延安路隧道率先进行了在隧道内水泥混凝土路面上加罩了沥青混凝土面层，其上面层采用了当时较新颖的科研成果——4cm厚的改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13），下面层为2cm厚的砂粒式沥青混凝土（AC-05）作为衬平层。大修后隧道路况大为改善，车辆产生侧滑的事故明显减少，改建后十余年内路用效果较好。之后上海地区至2006年前修建的隧道内沥青铺装层结构厚度基本上为6cm～6.5cm。由于在2004年前，改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）还在试摊铺阶段，施工质量尚不稳定，时好时坏，因此，2003年修建的外环隧道和大连路隧道及2004年修建的复兴路隧道其上面层均采用了当时应用比较成熟的4cm厚的细粒式沥青防滑面层（AK-13-A和AK-13-B），2005年后，随着改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）结构的成熟应用和推广，上海隧道内沥青铺装层的上面层基本都采用了4cm厚的改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）。经过对实际路段的路用功能的考察，可知SMA-13改性沥青玛蹄脂碎石混合料结构在防滑、降噪、抗拉与抗剪强度、抗剥离能力等多方面性能明显优于AK-13-A或AK-13-B的沥青防滑面层结构。 3.2.2沥青铺装层下面层结构 ◆砂粒式沥青混凝土（AC-05）

图3-2 路面碎裂、沉陷现象 3

隧道内沥青下面层早期采用2cm～2.5cm砂粒式沥青混凝土（AC-05），其优点是节省净空、防水、工程造价低；缺点是不符合现有的隧道路面设计规范，施工时其厚度控制较难，实施厚度偏薄易使路面起壳导致路面松散损坏（尤其是重车行驶路段，如外环隧道），偏厚则路面的稳定性较差，易出现车辙。 ◆中粒式沥青混凝土（AC-16或AC-20）

2006年后实施的隧道沥青铺面下面层结构根据对已建隧道的使用性能的调查及现行设计规范的执行，沥青铺装层下面层调整为具有一定的厚度（4cm～6cm），强度大，稳定性好，施工和宜性好，能提供较好的路面行车舒适度的中粒式沥青混凝土（AC-16或AC-20）。如中环线北虹路隧道、上中路隧道、人民路隧道等。

◆细粒式改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-10）

2009年上海在长江隧道、老打浦路隧道大修及大连路隧道大修工程中，采用了双层改性沥青玛蹄脂碎石混合料结构，其下面层采用了结构强度大、粘结性能好、有一定的防反射裂缝效果，路面防水性能佳，具有适宜的厚度，并对隧道的净空高度影响小，路面的行车舒适度较好的细粒式改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-10），厚度为3～4cm。 3.2.3已建隧道的路面使用情况

根据对已建隧道的路面质量的调查，除外环隧道、大连路隧道和延安路隧道外，其它已建隧道使用状况基本良好。

外环隧道自2003年通车以来，车流量不断上升，且轴载重，超重超载现象严重，超载量达50％～300％[4]。根据2006年2月23日、3月30日全天实测流量资料，其混合车流量总体在8万辆/日左右，且大型货运车（含集卡）占流量的80％左右。位于同一条线路上的外环隧道和高三港桥，它们采用的沥青铺装层结构是相同的（4cmAK-13-B细粒式防滑沥青混凝土上面层+2cm AC-05砂粒式沥青混凝土衬平层），但由于所处的环境条件不同，在同样受大型重车、超重车的作用下，外环隧道内的沥青面层在使用3年不到的时间内已出现较大面积的松散、剥落、贯穿裂缝、龟裂等路面严重损坏现象，几乎达到了崩溃的边缘，严重影响了隧道内日常运营的交通安全，而位于外环隧道东侧约450米处的高三港桥，其路面使用质量尚可，损坏现象并不明显。2006年8月中旬～12月25日在经过对方案的论证后，对外环隧道、接线道路和高三港桥长2.9km路段范围进行了为期110天的路面大修工程，大修采用的隧道内的沥青铺装层结构为6cm中粒式改性沥青混凝土（AC-20F）下面层+4cm改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）上面层，高三港桥采用了6.5cm厚的细粒式改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）。经调查，由于外环隧道至今都无法改变大量超载车源源不断地行驶

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的这种局面，隧道路面于2008年2月和2009年10月分别进行了1800平方米和1500平方米的坑塘修补[4]。高三港桥至今路面使用性能尚可。由此可见，路面的使用质量与所处的工作环境关系密切，建议今后用于重车路线的隧道路面结构需进行特殊的路面结构设计。

大连路隧道在行驶7年后于2010年2月进行了沥青路面大修。延安路隧道近期正在进行大修方案研究。

3.3温拌及阻燃沥青混凝土在隧道路面中的应用

与水泥混凝土路面相比，沥青路面的抗滑性、平整性、吸音性等都比较优良，而且路面养护容易。然而其缺点是抗水损害能力差、耐油性差、发生火灾后会产生大量浓烟、以及施工环境较差等，尤其是隧道内一旦发生火灾，给扑救火灾和疏散人员带来困难。因此，国内外研究人员的研究重点在于改善隧道内火灾的报警系统和灭火系统，意将火灾消灭在初始阶段，同时采用具有良好阻燃性的沥青面层用作隧道面层。国内目前已有研究部门开始对隧道路面材料的阻燃性能进行研究与试验性应用。目前隧道内铺筑的阻燃沥青混凝土主要是采用添加阻燃剂来进行改性的。阻燃剂由有机阻燃剂和无机化合物阻燃剂组成，两者具有良好的协同效应。有机阻燃剂主要是在沥青燃烧初期发挥很大的阻燃作用；而在沥青燃烧的中、后期，无机化合物起主导作用[5]。这两种阻燃剂互相补充，从而起到较明显的阻燃效果。其阻燃性能的评价主要是采用氧指数（Oxygen Index，简称OI）评价、烟密度和烟气毒性的评价。氧指数（OI）越高，表明材料燃烧需氧量越大。参照日本、德国等相关资料并结合我国国情，一般认为：OI＞27％时，该材料在火中是自行熄灭的材料；20％≤OI＜27％时，该材料为可燃材料；OI＜20％时，该材料为易燃材料[6]。

上海地区在经过充分的课题论证、试验路铺筑的情况下，于2009年在长江隧道率先采用了SMA-13阻燃改性沥青玛蹄脂碎石混合料上面层，并在SMA-10改性沥青玛蹄脂碎石混合料下面层的拌和工艺及施工工艺中采用了温拌技术，温拌技术的施工温度比一般热拌沥青的施工温度可降低30℃～50℃，不仅有效地减少了沥青在生产和施工过程中排放出来的有害气体，且环保及节能效应良好，为解决世界超长距离隧道内空气污染难题、提高长江隧道阻燃防火能效，提供了有力的技术保证。之后修建的外滩通道、打浦路隧道大修、大连路隧道大修工程等均采用了阻燃沥青上面层及沥青混合料的温拌技术。其阻燃剂与温拌剂的主要技术指标见表3-1和3-2。

表3-1 阻燃改性沥青的阻燃性能指标

项目 极限氧指数 不小于 烟密度 不大于

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指标 27％ 75 试验方法 GB2406-1993 GB/T8627-1999

表3-2 温拌剂的主要技术指标

试 验 项 目 氨值（mm） 固含量（%） pH值, 25oC 技术要求 100~140 不小于9.7 6.5~8.5

4、隧道路面结构的展望

针对隧道这一特殊的环境，在隧道路面选择上，如何配制适宜的隧道路面结构类型并对路面材料做耐火处理是目前比较迫切需要研究的技术。当前国内外阻燃沥青路面的研究比较侧重于阻燃沥青的研究，并已逐渐应用于隧道沥青铺装层中，但这种研究目前仍处起步阶段，并未得到比较系统的研究结论和实践总结，现阶段所用阻燃技术在阻燃效果上存在一定的不足：（1）我国尚未制定阻燃沥青材料的统一的测试标准，目前较多地是参照阻燃塑料或织物的测试标准；（2）缺乏对成型的阻燃沥青混合料、铺筑后的阻燃沥青混合料路面的阻燃性能的测试手段及对已建的隧道阻燃沥青路面的跟踪观察试验；（3）目前采用的阻燃剂对沥青的燃点虽然提高了7℃～15℃[7]，对于小的火势有一定的阻燃效果，但对于大量的汽油燃烧，尤其是在隧道这种特殊环境内，其阻燃效果并不明显。并且有些阻燃剂在燃烧时会释放出烟雾及有害气体，对人体和环境产生危害，如十溴二苯醚等。

在路面结构的选择上，国内的研究者正在尝试采用多孔沥青混合料面层OGFC在隧道路面中的应用。与其它沥青面层相比，OGFC的沥青含量较小（约4％）

[8]

，且空隙率大，也就是说，若将OGFC用作隧道内的铺装面层，则在隧道火灾

中该结构所提供的可供燃烧的沥青用量是较少的，且该结构层具有排除可燃液体，控制火势的作用。但由于OGFC的孔隙特别大，隧道内又没有雨水的冲刷且通风条件差，如何清除进入孔隙的灰尘，使其不被汽车的反复压实而堵塞孔隙，保持其功效，也将是今后研究中需解决的问题。

随着我国道路工程的建设发展，隧道里程也在逐年增长。隧道是道路的咽喉，对交通有控制作用，因此，如何针对隧道这一特殊的环境，设计出更为防滑、防火、安全、降噪、低环境污染的隧道路面结构将是道路工作者不断探索的课题。

参考文献

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[2]中华人民共和国行业标准，JTG F40－2004《公路沥青路面施工技术规范》. [3] 杨良,郭忠印,杨学良,丁志勇,罗强,公路隧道路面工作环境调研与分析[J]公路,2004,(03).

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[4] 潘家林，外环隧道交通现状对路面的影响[J]上海市政公路 , 2010 (04).

[5] 李祖伟、陈辉强、牟建波、陈仕周，沥青阻燃改性技术研究及其阻燃机理[J]长沙交通学院学报，2002（04）. [6]罗小锋、余剑英、吴少鹏、丛培良，阻燃沥青的制备与性能研究[J]石油沥青，2005（04）. [7] 傅智,王大鹏, 隧道沥青路面的\"软肋\" [J]中国公路,2006(22).

[8] 杨良, 郭忠印, 杨学良, 王淑芳 OGFC 面层在公路隧道防火中的作用 [J]安全与环境学报 , 2004,(04).

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