基于大样本数据的广东省公路隧道路面安全性能调查研究*
2016-12-30许新权吴传海李善强
许新权 吴传海 李善强 潘 玲
(公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心1) 广州 510420)(广东华路交通科技有限公司2) 广州 510420)
基于大样本数据的广东省公路隧道路面安全性能调查研究*
许新权1，2)吴传海1，2)李善强1，2)潘 玲1，2)
(公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心1)广州 510420)(广东华路交通科技有限公司2)广州 510420)
为提高公路隧道路面的安全性，对广东省11条高速公路83座隧道路面的结构类型、横向力系数及交通事故进行了调查研究.结果表明，隧道路面的横向力系数分布曲线呈碗形，相对沥青路面，隧道内水泥路面的横向力系数衰减的较快，隧道内外路面横向力系数差异较大；隧道越长，路面抗滑性能衰减的越快，隧道路面抗滑等级越高，交通事故率越小；隧道水泥路面的年均事故率为沥青路面的1.7倍，隧道沥青路面的安全性优于水泥路面.
道路工程；隧道路面；抗滑性能；横向力系数；安全
0 引 言
随着高速公路建设逐渐向山区和丘陵地区延伸，隧道工程在高速公路所占的比例也越来越高[1-2].由于长大隧道内温差小、湿度大、地下水和地表水丰富，国内高速公路长、特长隧道路面常采用水泥混凝土路面结构[3-4].而国内已建隧道水泥路面大多依照一般路基段水泥路面进行设计和施工，没有考虑隧道路面特殊的工作环境，因此隧道路面使用的过程中常常出现不同程度的问题和病害，其中最突出的问题是路面抗滑性能衰减快、抗滑耐久性差，极大地影响了高速公路隧道的行车安全性和舒适性[5-6].广东隧道路面检测数据表明：隧道水泥混凝土路面普遍存在平整度差、抗滑性能衰减较快等突出的问题，部分隧道路段出现了较多的交通安全事故.因此，2015年8月至11月，课题组对广东省代表性路段隧道路面的路面类型、抗滑性能、交通事故等进行了调查研究，查找隧道路面抗滑性能衰减的特征及原因，为后续新建高速公路隧道路面结构选型和营运高速公路隧道路面养护决策提供科学依据.
1 调查内容与路段
选取了广东省11条高速公路83座隧道进行调查研究，调查项目包括：隧道长度与路面类型、路面横向力系数、交通事故等.为分析隧道内不同位置路面抗滑性能的差异，对隧道路段进行了分段，分段方式见图1(对于长隧道和特长隧道，隧道内N1，N2，N3按500 m分段).
图1 隧道路段分段示意图
2 隧道长度与路面类型调查
2.1 隧道长度
本次调查的83座隧道，隧道单洞长度187.215 km.根据文献[7]：短隧道(L≤500 m)24座，中长隧道(500 m
图2 广东隧道长度分布
图3 广东隧道路面类型分布
2.1 隧道路面结构类型
本次调查的隧道单洞长度187.215 km，其中普通水泥路面92.93 km，钢纤维水泥路面28.715 km，沥青路面65.57 km.普通水泥路面、钢纤维水泥路面与沥青路面的比例分别为49.6%，15.3%， 35.0%.
3 隧道路面抗滑性能检测与分析
为分析隧道路面的安全性，对隧道路面抗滑性能指标横向力系数进行了检测与分析，根据文献[8]的要求进行评定，分级标准见表1.
表1 路面抗滑性能评定标准
3.1 隧道路段路面横向力系数分布特征
图4和图5是广东省通车1年的GL高速公路两座隧道路面横向力系数的检测结果，其中DXL隧道内外均为水泥路面，DLS隧道内外为沥青路面.从横向力系数的检测结果可以看出:(1)隧道内不论采用水泥路面还是沥青路面，隧道内部与外部路面的横向力系数值分布曲线呈碗型，隧道外部的横向力系数明显优于隧道内部；(2)相比隧道沥青路面，隧道水泥路面的抗滑性能衰减的更快，隧道内水泥路面的横向力系数与隧道外路面的差异更大.
图4 隧道水泥路面SFC分布
图5 隧道沥青路面SFC分布
3.2 隧道内外路面抗滑性能对比
图6 隧道内外均为水泥路面SFC对比
图7 隧道内外均为沥青路面SFC对比
为对比相同路面类型隧道路面的抗滑性能，分别对隧道内外均沥青路面或水泥路面的路面抗滑性能进行了对比，统计结果见图6～7.结果表明:(1)对于隧道内外均为水泥路面的路段，3条高速公路隧道内水泥路面的抗滑性能均较低，SFC均值为分别为34,31,38，路面抗滑等级为中，接近次等级，远远低于隧道外水泥路面抗滑性能；(2)对于隧道内外均为沥青路面的路段，隧道内外的抗滑性能仍然有一定的差异，大部分隧道仍然存在隧道内路面横向力系数低于隧道外的情况，但两者的差异相对较小；(3)隧道内沥青路面横向力系降低到一定水平后保持在一个稳定水平(SFC均值为40～45).
3.3 不同车道路面抗滑性能对比
为比较不同车道下的路面抗滑能力，分别对不同车道的路面横向力系数SFC值进行调查，调查组对JZN高速公路DJS隧道路面横向力系数进行了调查，见图8.结果显示，A线慢、主、超车道的横向力系数分别为34.7，35.4，50.2， B线慢、主、超车道的横向力系数分别为33.5，34.4，46.8，说明慢、主车道的横向力系数低于超车道.在双向6车道的高速公路上，通常主车道的货车及重型车较，加速了慢车道路面抗滑性能的衰减.
图8 DJS隧道各车道SFC均值
3.4 隧道长度对路面抗滑性能的影响
为了解不同隧道长度(短隧道、中隧道、长隧道、特长隧道)对路面抗滑性能的影响，对不同长度的隧道分路面类型统计横向力系数均值，见表2～ 3和图9～10.结果表明:(1)对于隧道水泥路面，隧道越长路面抗滑性能越低，省内4座特长隧道内水泥路面横向力系数SFC均值小于40，抗滑等级评定为中及以下；(2)隧道内采用水泥混凝土路面时，隧道越长其路面抗滑性能越差；(3)对于隧道沥青路面，短、中、长隧道沥青路面横向力系数值均相对较高(SFC均值为40以上)，且抗滑性能与隧道的长短没有明显的相关性.
表2 隧道水泥路面抗滑性能统计
表3 隧道沥青路面抗滑性能统计
图9 隧道水泥路面抗滑性能
图10 隧道沥青路面抗滑性能
3.5 隧道路面抗滑性能衰减的主要原因
从隧道路面抗滑性能调查分析结果及水泥路面施工质量监控的结果来看，隧道路段水泥混凝土路面表面抗滑性能衰减的主要原因有如下几个方面.
1) 隧道内部环境相对封闭，隧道内湿度大，比较潮湿，地下水丰富.这些条件导致水泥路面处在一个不利的环境中，长期潮湿的环境导致水泥砂浆表面结晶形成光滑的表面.
2) 隧道内空气流动性小，汽车尾气、粉尘等在潮湿条件下易覆盖在路面表面形成油腻性膜层，降低轮胎和路面之间的附着作用，从而导致路面抗滑能力减小.
3) 隧道内车速慢、制动多加速路面的磨损，潮湿的环境下，隧道内主车道、慢车道路面更易磨光.
4) 隧道内水泥路面施工质量控制难度更大，在混凝土整平的过程中，为保证表面平整，往往进行大量洒水，从而导致混凝土路面表面的水灰比偏大，混凝土表面形成浮浆，导致混凝土表面砂浆的强度和耐磨性降低.
5) 普通的水泥、外加剂等原材料可能难以适应长大隧道潮湿阴暗的环境.部分高速公路隧道路面交通量都不大，投入使用的时间也很短，也存在路面抗滑性能衰减较快的现象，一方面与隧道的特殊环境有关，一方面可能与材料本身难以适应这种特殊的环境，需进一步探索.
4 隧道路面对交通安全的影响分析
4.1 交通事故与路面抗滑等级的关系
为查找交通事故与抗滑等级的关系，对不同抗滑等级的隧道路面的事故个数进行统计，并按平均事故率(每年单位长度隧道内千万交通量条件下的事故数)进行对比，见表4和图11.结果表明:(1)随着隧道路面抗滑等级的提高，隧道路段的平均事故率逐渐减小，隧道路段交通事故率与路面抗滑等级有明显的相关性；(2)随着隧道路面抗滑等级的提高，交通事故率下降的趋势存在突变，当隧道路面抗滑等级达到次等级时，平均事故率明显增大，而抗滑等级在中及以上时，隧道路面的平均事故率基本相当.
图11 路面抗滑等级与交通事故率关系
序号隧道路面抗滑等级横向力系数SFC隧道单洞样本数平均交通事故率[起·(km·年·千万辆车)-1]1次>27．5，≤33．51313．522中>33．5，≤40135．853良>40，≤48643．964优>48303．69
4.2 隧道路面类型与交通事故的关系
根据2012年—2015年各隧道路段的交通事故数据和隧道路面类型，按不同路面类型进行了交通事故统计，计算各高速不同隧道路面类型的年均事故发生率，见表5.调查路段中，隧道水泥路面和沥青路面的年均事故率为3.2起/km和1.9起/km，水泥路面的年均事故率为沥青路面的1.7倍，隧道沥青路面的安全性优于水泥路面.
表5 隧道路面类型与年均事故率关系表(2012年—2015年)
5 结 论
1) 隧道路面的横向力系数分布曲线呈碗型，相对沥青路面隧道内水泥路面的横向力系数衰减的较快，隧道内外路面横向力系数差异较大；隧道越长，路面抗滑性能衰减的越快，隧道路面抗滑等级越高，交通事故率越小；隧道水泥路面的年均事故率为沥青路面的1.7倍，隧道沥青路面的安全性优于水泥路面.
2) 主要建议：有条件时，长隧道或特长隧道可采用刚柔复合式路面；对长隧道、特长隧道，上坡路段可采用水泥路面，对下坡路段的可考虑采用刚柔复合式路面，沥青面层采用温拌、阻燃技术，方便施工和防止火灾；在材料类型方面可尝试采用大空隙沥青混合料，达到提高路面抗滑性能，降低噪声的目的，以提高隧道路面的安全性.
[1]杨学良,杨良，杨群，等.隧道路面表面抗滑性能的调查与分析[J].公路，2003，12(12):136-139.
[2]杨小龙,李波，李晓辉，等.甘肃省公路隧道混凝土路面抗滑特性测试与分析[J].公路工程，2015，6(3):105-108.
[3]付智,李红.隧道水泥混凝土路面施工技术[J]公路交通科技(应用技术版)，2011(4):315-318.
[4]中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范：JTG D70-2004[S].北京:人民交通出版社,2004.
[5]李浩.云南省高速公路隧道段交通事故特征调查及分析[J]公路交通科技(应用技术版)，2014(3):264-269.
[6]吴德兴,李伟平，郑国平，等.浙江省高速公路隧道事故的调查分析及对策研究[J].公路，2003(8):312-316.
[7]中建标公路委员会.公路工程技术标准:JTG B01-2014[S].北京:人民交通出版社,2014.
[8]中华人民共和国交通运输部公路科学研究院.路桥梁技术状况评定标准:TG H20-2007[S].北京:人民交通出版社,2007.
Investigation on Safety Performance of Highway Tunnel Pavement Based on Large Sample Data in Guangdong Province
XU Xinquan1,2)WU Chuanhai1,2)LI Shanqiang1,2)PAN Ling1,2)
(ResearchandDevelopmentCenteronRoadTransportSafetyandEmergencySupportTechnology&Equipment,MinistryofTransport,Guangzhou510420,China)1)(GuangdongHualuCommunicationsTechnologyCo.LTD,Guangzhou510420,China)2)
In order to improve the safety of highway tunnel pavement, the structure type, and transverse force coefficient and traffic accident of the 83 tunnels of the 11 highway are investigated and studied. The results show that the distribution curve of sideway force coefficient of tunnel pavement is in a bowl form, the sideway force coefficient of cement concrete pavement decays more rapidly compared to asphalt pavement in tunnel, and the difference between the pavement sideway force coefficients inside and outside the tunnel is large. Besides, the longer the tunnel is, the faster the anti sliding performance of the road surface decays; the higher the skid resistance grade is, the smaller the traffic accident rate is. The average annual accident rate of tunnel cement pavement is 1.7 times that of the asphalt pavement, and the safety of tunnel asphalt pavement is found to be better than that of the cement pavement.
road engineering; tunnel pavement; anti-sliding performance; SFC; safety
2016-09-27
*广东省交通运输厅科技项目资助(2010-02-004)
U414
10.3963/j.issn.2095-3844.2016.06.034
许新权(1981—)：男，硕士，高级工程师，主要研究领域为公路试验检测、路面结构与材料研究、技术咨询
