CN114875738B - 一种高地温公路隧道隔热路面结构 - Google Patents

一种高地温公路隧道隔热路面结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高地温公路隧道隔热路面结构，包括沥青路面、格构式钢筋混凝土路面结构、第二层隔热层、路面基层和首层隔热层，所述沥青路面、格构式钢筋混凝土路面结构、路面基层和首层隔热层由下至上依次铺设，在格构式钢筋混凝土路面结构的底部按0.4m的间距嵌入有第二层隔热层。本发明通过对围岩温度进行沥青面层热害等级划分，针对性选用合适的沥青材料，保证沥青路面高温稳定性；通过小跨径格构式钢筋混凝土结构充分发挥路面板承载能力，避免高温环境下路面板开裂破坏；路面基层表面铺设耐高温隔热板，有效阻断和减少热量传递至沥青面层，避免沥青面层软化，防止产生车辙和推移病害。

Description

一种高地温公路隧道隔热路面结构
技术领域
本发明涉及一种高地温公路隧道隔热路面结构，属于隧道工程衬砌结构技术领域。
背景技术
西部地区公路隧道建设日益完善，建设过程中不可避免会穿越高地热区域。高温环境下，混凝土硬化过程中水化热释放受阻，导致力学性能下降，无法充分发挥承载能力；高温产生的温度应力造成路面板开裂，影响隧道运营阶段安全性，无法满足设计使用年限；而且高温造成沥青面层软化，抗变形能力降低，重型车辆碾压下集料产生位移，位移累积导致路面变形，表现为车辙病害；若沥青面层与混凝土路面板粘结不到位，高温下集料的位移沿着行车方向，最终表现为推移病害。因此，高地温公路隧道隔热路面板研究极为重要。
目前，高地温公路隧道路面板研究极少，在现有技术中，公开号为CN113047894A的发明专利申请公开的一种高地温隧道底板快速降温系统，它包括设置在隧道上方山体上的蓄水池和埋设在隧道底板中的冷却换热管道，其关键技术是通过设置的蓄水池收集雨水及山体流水，并通过第一定时排水阀和第二定时排水阀控制冷却换热管道中冷却水自动更换，达到了利用雨水及山体流水对隧道底板进行自动降温的目的，有利于延长隧道底板结构使用寿命。其技术方案通过路面板内置冷却水管降温，蓄水池至洞内高温段距离较远，降温效果较难保证；冷却水管一旦破裂造成混凝土侵蚀、路面渗流水，行车环境恶化，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高地温公路隧道隔热路面结构，通过对围岩温度进行沥青面层热害等级划分，针对性选用合适的沥青材料，保证沥青路面高温稳定性；通过小跨径格构式钢筋混凝土结构充分发挥路面板承载能力，避免高温环境下路面板开裂破坏；路面基层表面铺设耐高温隔热板，有效阻断和减少热量传递至沥青面层，避免沥青面层软化，防止产生车辙和推移病害；首层隔热层采用泡沫混凝土，提升高温稳定性和抗老化性能，从热源封堵热量传输，从而解决高地温公路隧道路面结构运营阶段安全性问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高地温公路隧道隔热路面结构，包括沥青路面、格构式钢筋混凝土路面结构、第二层隔热层、路面基层和首层隔热层，所述沥青路面、格构式钢筋混凝土路面结构、路面基层和首层隔热层由下至上依次铺设，在格构式钢筋混凝土路面结构的底部按0.4m的间距嵌入有第二层隔热层。
进一步，所述沥青路面在超高温段落摊铺环氧沥青，所述沥青路面在高温段落摊铺SBS改性沥青。
进一步，所述格构式钢筋混凝土路面结构由支承梁和钢筋混凝土路面板组成的一体式结构，在钢筋混凝土路面板内部绑扎有横向钢筋和纵向钢筋，在支承梁的中部设置有与钢筋混凝土路面板和路面基层连接的架立钢筋，在支承梁其余部分的底部铺设有油毡。
更进一步，所述钢筋混凝土路面板上预留有伸缩缝，在伸缩缝上覆盖有自粘型耐热防水卷材。
进一步，所述沥青路面层和格构式钢筋混凝土路面结构之间铺设有防水粘结层。
进一步，所述第二层隔热层为耐高温隔热板。
进一步，所述路面基层采用粉煤灰硅酸盐水泥浇筑。
进一步，所述路面基层采用粉煤灰硅酸盐水泥浇筑，首层隔热层采用泡沫混凝土浇筑。
进一步，所述路面基层与首层隔热层之间铺设有土工无纺布。
由于采用了上述技术方案，本发明的具有以下优点：
(1)取消仰拱，采用高地温公路隧道隔热路面结构，相较于加深仰拱作为高地温公路隧道路面变形开裂的处治措施，施工速度提升，洞身开挖工程量减少大约8％，建设成本降低。
(2)首次在路面结构中设置隔热层，首层隔热层设置泡沫混凝土铺设，具有较好抗压强度和抗老化性的同时，导热系数仅为普通混凝土的1/30～1/20，直接封堵热源，发挥路面隔热的第一道屏障作用。
(3)路面基层采用抗拉强度高，抗裂性能好的粉煤灰硅酸盐水泥，增强高温环境下道路整体强度和面层疲劳抗力，防止或减轻面层的裂缝出现。
(4)设置第二层隔热层，并且采用保温材料中导热系数极低的硬质聚氨酯板或挤塑聚苯乙烯泡沫板，可有效隔绝或减弱热量传递，避免沥青面层温度较高产生软化现象，重载作用下出现车辙和推移病害，筑牢高温隧道路面隔热的第二道屏障，保证运营阶段行车安全性。
(5)采用小跨径格构式路面板结构，有效保证隔热层完整性，确保隔热效果优异；格构式路面结构经济性优异的同时，有效限制在重载作用下水泥基料中裂缝的扩展，避免高温环境下，重型车辆碾压导致路面板出现沉降开裂。提高路面板耐久性，保证设计使用寿命。
(6)基于围岩温度对高地温公路隧道路面进行定量分级，针对性采用合理有效的热害防治措施，降低工程造价的同时，充分发挥两种改性沥青高温稳定性，避免高地温隧道路面出现波浪、推移、车辙和拥包等热害问题发生。
附图说明
图1是本发明高地温公路隧道隔热路面结构的截面图；
图2是格构式钢筋混凝土路面结构的底部结构示意图；
图3是图2的A处截面图；
图4是图2的局部截面图；
附图中的标记为：1-沥青路面；2-格构式钢筋混凝土路面结构；21-支承梁；22-钢筋混凝土路面板；23-伸缩缝；24-自粘型耐热防水卷材；25-纵向钢筋；26-横向钢筋；27-架立钢筋；28-油毡；3-第二层隔热层；4-路面基层；5-首层隔热层；6-防水粘结层；7-土工无纺布。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例：请参阅图1～4，一种高地温公路隧道隔热路面结构，包括沥青路面1、格构式钢筋混凝土路面结构2、第二层隔热层3、路面基层4和首层隔热层5，所述沥青路面1、格构式钢筋混凝土路面结构2、路面基层4和首层隔热层5由下至上依次铺设，在格构式钢筋混凝土路面结构2的底部按0.4m的间距嵌入有第二层隔热层3。
所述沥青路面1分为超高温段落和高温段落摊铺，采用红外测温仪或电阻类温度传感器进行围岩温度监测，当围岩温度超过60℃为超高温段落，摊铺环氧沥青；当围岩温度介于40～60℃之间，摊铺SBS 改性沥青。SBS改性沥青普遍应用于高等级公路中，主要特点有：具有良好耐高温性能，提高路面的弹性、韧性和抗疲劳能力。特别是在大流量、重载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形，大幅提升抗车辙能力。环氧沥青相较于SBS改性沥青，具有更高的结构层强度，更好的抗老化性和耐疲劳特性，优良的高温稳定性在温度60℃的混合料车辙实验中变形接近于零。因此，基于围岩温度对高地温公路隧道路面进行定量分级，可准确有效指导沥青路面施工，节约成本同时保证公路隧道沥青路面高温稳定性。
如图2所示，所述格构式钢筋混凝土路面结构2由支承梁21和钢筋混凝土路面板22组成的一体式结构。钢筋混凝土路面板22每10米为一个板单元，每单元6跨，纵向间隔1.6m设一道支承梁21，支承梁21沿路面宽度方向全长设置，宽40cm。钢筋混凝土路面板 22采用小跨径格构式钢筋混凝土结构，有效限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展，具有抗弯拉强度高,抗裂,抗冲击性能好的特点。避免高温环境下，重型车辆碾压导致路面板出现沉降开裂，影响路面施工阶段工程质量和运营阶段行车安全，缩短使用寿命。如图4所示，支承梁21采用钢筋混凝土结构，避免钢筋混凝土路面板22压缩变形而导致第二层隔热层3受压破碎，避免隔热功能丧失。在钢筋混凝土路面板22内部绑扎有横向钢筋26和纵向钢筋25，在支承梁21的中部设置有与钢筋混凝土路面板22和路面基层4连接的架立钢筋27，避免钢筋混凝土路面板22和路面基层4错动，确保整体强度足够和层间结合稳定，避免沥青面层产生推移。在支承梁21其余部分的底部铺设有两层油毡28，所述油毡28采用APP改性沥青油毡，其抗拉强度大，延伸率高，具有良好的弹塑性和耐高温性能，可有效防止反射裂缝产生。
如图1所示，沥青路面层1和格构式钢筋混凝土路面结构2之间铺设防水粘结层6，防水粘结层6为热喷改性沥青碎石，碎石摊铺量占整个路面面积的60～70％，防止水渗入钢筋混凝土路面板22结构，延长隧道路面使用寿命；粘结沥青面层1与钢筋混凝土路面板22成统一整体，充分发挥复合作用，吸收上下结构层相对位移，防止裂缝产生。如如图3所示，钢筋混凝土路面板22之间设置2cm的伸缩缝 23，伸缩缝23的填缝材料采用能适用钢筋混凝土路面板22膨胀和收缩、施工时不变形、弹性复原率高、耐久性好的材料，诸如泡沫橡胶板、沥青纤维板等材料。伸缩缝23上覆盖自粘型耐热防水卷材24，采用自粘型SBS改性沥青防水卷材，抗拉强度大，具有良好耐高温性能，粘贴密封严实，可避免路面积水渗漏基层，侵蚀混凝土。相较于常规热熔施工工艺，粘贴铺设施工工艺简单，施工快，适用高温环境下施工且质量易于控制。
如图2和3所示，第二层隔热层3采用硬质聚氨酯板或挤塑聚苯乙烯泡沫板，导热系数小于0.028W/(m·k)，远低于其他保温材料 (导热系数小于0.25W/(m·k)可作为保温绝热材料)，可有效隔绝或减弱热量传递；硬质聚氨酯和聚苯乙烯闭孔率在90％以上，为憎水性保温材料，避免吸潮导致导热系数增大，具有良好防潮、防水性能；隔热板抗压强度大，抗变形能力强，避免出现开裂产生“热桥效应”；隔热板组成材料具有化学和物理的稳定性，耐久性强，使用寿命长，可与隧道结构同寿命。
如图1所示，路面基层4采用粉煤灰硅酸盐水泥浇筑。由于粉煤灰颗粒大都呈封闭结实的球形，且内表面积和单分子吸附水能力弱，导致粉煤灰硅酸盐水泥和易性好，抗拉强度高，抗裂性能好。增强高温环境下道路整体强度和面层疲劳抗力，防止或减轻面层的裂缝出现。
如图1所示，首层隔热层5采用泡沫混凝土铺设。与高温围岩紧密接触，适用温度可达250～300℃，具有良好的高温稳定性和抗老化性能，有效的保证首层隔热层5平整不开裂；导热系数为0.08W/ (m·k)仅为普通水泥的1/30～1/20，从源头封堵热量，阻止或减少热量传输，避免高地温公路隧道路面结构层失效，避免高地温隧道路面出现波浪、推移、车辙和拥包等热害问题。
如图1所示，路面基层4与首层隔热层5之间铺设土工无纺布7，可以阻断地下水渗入，并排出由表面渗入路面铺装结构内部的水，避免混凝土侵蚀、隔热层材料失效、结构渗流水等危害发生。

Claims (9)

1.一种高地温公路隧道隔热路面结构，包括沥青路面(1)、格构式钢筋混凝土路面结构(2)、第二层隔热层(3)、路面基层(4)和首层隔热层(5)，其特征在于：所述沥青路面(1)、格构式钢筋混凝土路面结构(2)、路面基层(4)和首层隔热层(5)由下至上依次铺设，在格构式钢筋混凝土路面结构(2)的底部按0.4m的间距嵌入第二层隔热层(3)。
2.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述沥青路面(1)在超高温段落摊铺环氧沥青，所述沥青路面(1)在高温段落摊铺SBS改性沥青。
3.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述格构式钢筋混凝土路面结构(2)由支承梁(21)和钢筋混凝土路面板(22)组成的一体式结构，在钢筋混凝土路面板(22)内部绑扎有横向钢筋(26)和纵向钢筋(25)，在支承梁(21)的中部设置有与钢筋混凝土路面板(22)和路面基层(4)连接的架立钢筋(27)，在支承梁(21)其余部分的底部铺设有油毡(28)。
4.根据权利要求3所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述钢筋混凝土路面板(22)上预留有伸缩缝(23)，在伸缩缝(23)上覆盖有自粘型耐热防水卷材(24)。
5.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述沥青路面层(1)和格构式钢筋混凝土路面结构(2)之间铺设有防水粘结层(6)。
6.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述第二层隔热层(3)为耐高温隔热板。
7.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述路面基层(4)采用粉煤灰硅酸盐水泥浇筑。
8.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述路面基层(4)采用粉煤灰硅酸盐水泥浇筑，首层隔热层(5)采用泡沫混凝土浇筑。
9.根据权利要求1所述的高地温公路隧道隔热路面结构，其特征在于：所述路面基层(4)与首层隔热层(5)之间铺设有土工无纺布(7)。
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