跨海桥梁的路面结构及材料设计隧道港珠澳大桥的案例研究.docx

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1、跨海桥梁的路面结构及材料设计隧道:港珠澳大桥的案例研究摘要：随着桥梁和隧道施工技术的不断发展，大型跨海桥梁和隧道逐渐成为区域交通的首选选择。港珠澳大桥(HZMB)是最具代表性的海上跨越通道之一，其建设技术对其他大型跨海基础设施的建设具有指导意义。目前，海上通道的路面设计方法缺乏针对性，还涉及公共路面的设计规范。因此，有必要以HZMB的桥、隧道路面为典型实例，分析其在设计、施工和运行过程中遇到的关键技术问题。因此，建立在分析这些关键问题的基础上的材料选择和结构设计的新解决方案应该继续跟进。通过综合文献研究，可以发现环境变化、隧道封闭、结构差异沉降和膨胀变形是跨海通道路面面临的关键技术问题。针对环

2、境变异性，创新性地提出了GMA-IODSMA-13的钢桥面铺装材料和结构设计。对于浸入管隧道的封闭，采用热拌阻燃沥青混合料，通过温度、极限氧指数等关键指标来控制路面设计。针对浸没管接头的变形，介绍了BJ200沥青无缝伸缩缝材料，有效地满足了管接头之间的多向变形，保证了路面的光滑性和驾驶舒适性。节段缝采用双层防水卷曲材料，有效保证沥青混凝土路面的连续性，防止路面反射裂缝。因此，本文为同类跨海通道的路面设计提供了一系列的思路和方法。关键词：港珠澳大桥钢桥面铺装浸入式隧道路面GMA阻燃剂、防烟剂无缝伸缩缝1、介绍交通便利性影响着区域经济的发展。随着陆路交通技术的不断改善，海运不便已成为海运邻国经济协

3、调发展的约性瓶颈。近年来，随着海上桥梁施工技术的改进和浸泡在隧道中，更多的国家和地区开始修建跨海通道。港珠澳大桥(HZMB)是全球最具代表性的海上航道之一，以其超大规模、前所未有的施工难度和顶级施工技术而闻名。HZMB穿过珠江口的灵丁阳。它是世界上最长的海上大桥(55公里)，连接香港特别行政区、广东省珠海市和澳门特别行政区。由于香港大屿山国际机场航空高度限制要求、桥区通航密度高、航道等级高，HZMB主要工程采用桥洞组合方案，隧道采用浸没管方案(LiandChen,2011)o项目方案如图所示。跨海桥隧道路面质量保证了驾驶舒适性和稳定性。如此大型基础设施的建设主要面临以下技术问题：环境变化、隧道

4、封闭、结构差异沉降和伸缩变形。Macau图LgB计划早CB日报，2019年.1.1、 钢桥面铺装结构及材料钢桥面铺装是桥梁驱动系统的重要组成部分。其质量直接影响到驾驶的安全、舒适性、桥梁的耐久性和整体经济性。目前，沥青混合料基本采用钢桥面路面，主要单独使用或与热拌沥青、环氧沥青和高斯沥青混凝土结合使用，形成多种路面结构。环氧沥青混合料具有良好的高温稳定性，特别是在高温条件和重载交通条件下。然而，在环氧沥青混合料的抗酸盐干扰能力和大规模施工组织的可行性方面，都存在着明显的不足。浇注型属于悬浮室结构，具有沥青消耗量高、矿粉高、骨料含量细、混合温度高等特点。它具有较强的适用性和响应能力；与环氧树脂相

5、比，在公海复杂的气候条件下的能力。它是在施工过程中由流动形成的，无需碾压。它可以用特殊的摊铺机铺平。中国典型的钢桥面铺装结构见表1(ZhuandLi,2019)。1我CE要型钥的壬诺茨方案的比数.M*-.ae.oo3M?.7办6.ooMa95ca.zswrxF费用供江大，虎。弱二大一.*供*为门长薜台州攵UK肺.WWW大正，傻子次“力IK复事分工a能把ms收.总可恰好.立公除力好我，泉工箕”力好.注，CAAit斯汤*cJLiiJWsu三三Si5WBA为环徽近官GA起源于德国，广泛应用于欧洲、日本和中国。MA起源于英国，在中国香港被广泛使用。GA采用集中搅拌和连续施工，施工效率高。但在配合比设计

6、中，湖沥青用量较小，细骨料级配要求较宽松，其稳定质量不如MA。MA具有天然湖沥青含量高、细骨料分级严格、道路性能稳定的特点,但施工效率低，不能满足钢桥面铺装施工规模大、工期紧的工程项目o为了充分利用GA和MA的优点，在HZMB的方案设计中提出了一种采用GA工艺生产MA混合料的高斯-乳胶沥青（GMA）工艺方案。最后的方案包括以下内容。路面下层采用水沥青混合料GMA-10浇筑，厚度为30mm,路面上层采用改性沥青SMAT3,厚度为38mmo香港珠海澳门大桥GMA沥青混合料钢桥面铺装为中国乃至世界积累了宝贵的工程经验，进一步推动了钢桥面铺装技术的创新和发展。1.2、 隧道路面结构及材料由于不同的技术

7、和经济条件和再生由于用户对路面的需求，不同国家在不同发展阶段选择的隧道路面结构存在差异。表2给出了典型隧道的路面结构。在公路建设初期，水泥路面结构及其使用寿命相对较长，具有耐水性高、使用寿命长的特点。然而，随着人口数量的增加，近年来，隧道内的交通流量、重量增加和车辆速度不稳定，制动和启动时间更加频繁，加速了隧道路面的磨损。特别是水泥混凝土路面的抗滑性能迅速下降，路面容易在较短的时间内变得光滑。此外，在隧道路面上过往车辆的尾气中沉积小颗粒，以及车辆行驶过程中泄漏的燃料、油等物质，会在湿态下在隧道路面上形成一层油腻膜层，显著降低水泥混凝土路面的附着力系数。因此，水泥混凝土路面抗滑性能的下降直接导致

8、了隧道内交通事故发生率的增加。鉴于此，考虑到降低路面噪声，提高驾驶舒适性，沥青混凝土己成为国内外隧道路面的路面。水泥混凝土覆盖沥青路面的复合路面结构是近年来路面结构的首选选择，因为它充分利用了水泥混凝土层的承载力强、耐久性好的优点。这种路面结构在重型交通条件下可以提供更好的道路性能，并且在较长的使用寿命内不会造成结构破坏。只需要对沥青混合料表面进行适当的维护，具有路面寿命长的特点。随着道路等级标准的逐步提高，以及隧道设计理论和施工技术的不断完善，隧道的开挖范围也已从跨界山脉向海床、河底等地下空间转移O由于水下隧道避免了桥梁跨径或水深造成的桥梁施工困难，在一定程度上解决了桥梁安全较差、干扰原有自

9、然景观的诸多问题。更重要的是，它具有不影响水空间的使用、对运输影响小、运行能力稳定等优点。因此，一旦使用了水下隧道，它就会迅速发展。不同的国家往往有不同的结构，不同的气候条件和车辆组成。例如，挪威的气候寒冷，冬季大多数隧道都会结冰。因此，其规范要求在隧道工程中应优先考虑水泥混凝土路面。随着复合路面理论和实验研究的不断深入，世界上许多国家主要采用复合路面构造世界上正在运行的典型水下隧道见表3。浸没式隧道路面的沥青混凝土配合比设计的设计指标和设计方法主要参照隧道外普通路面的材料设计，提高了保温、热拌等路面的性能要求。0resund桥隧道沉入段长3560m,共设有20个管缝，横截面尺寸为38.8mX

10、8.6m。路面采用双层高斯沥青混合料混凝土路面方案，管段采用预置的应力缝处理工艺，分段缝连续铺设。韩国釜山-Geoje固定连接隧道全长3283m,管接头18个，截面尺寸26.46mx9.97mo隧道的路面结构为4Cin沥青混合料路面下层加上3Cln聚合物改性沥青(PMA)沥青混合料路面上层。管接头采用金属伸缩缝，段间采用沥青接缝填料。青岛胶州湾隧道长6170米(其中海底段约3950米),为岩石基础钻孔和爆破隧道。路面采用混凝土面板路面结构加沥青混凝土路面层O沥青混凝土路面层采用双层改性沥青SMA结构，上层为4CIn阻燃热混改性沥青SMA-10,下层为6Cnl热混改性沥青SMA-13,隧道内全纵

11、、横缝粘贴50Cln宽道路专用防水螺旋材料。目前，国际上对海底隧道的研究主要集中在隧道的勘探、施工、渗漏、防水和排水等方面。对海底隧道路面材料和结构设计的研究较少，对海底隧道特殊环境路面的研究成果尚未成熟。本文首先介绍了HZMB的具体工程环境，并提出了HZMB在路面设计中遇到的问题和解决方案(第2节)o第三节详细介绍了钢桥面的三种铺装结构和材料。第四节介绍了浸没式隧道的路面材料。最后，介绍了沉水隧洞管段接头的结构和材料。表2公方建：1%工正而：It/叁零、44长，.AH大乳，场道u.e、2建十1分5年,在：999*其生火灾6于282年拜茨5wms具二怎己公务/型.4.三riT5.19W*AX三

12、T)WSA二开St-iSWMX典/克应尔三o%/a139.197B.三n三i3M，16.9.190.日NUtS-10.9、.4.IWT.*MX:a”*UM、L2.2W3.x#x聿工餐H天/篁.l.a.zm.复总工牛，冷牛GSK1B.0水准AX3片具上具叁的水下麋琉，,*篁4女ta、坛行打用”府年M年BMl大符彳理，3.6”2OS9，OMXS132.20.XMXtx父/寝.60”.,2010.x*x,MW山岁-20X0.复第工24.5g，280，复合0r.riexr三.W燹.次A.4.Oc，ZCCo，复*总工次K夕三支应电匿理2.3001992、复会男工HX季寿N/&.：.10.g、l*r2.设

13、计条件分析环境影响路面施工和驾驶安全。作为与环境直接接触的界面，进行了全面的调查在设计过程中，该区域的环境条件是必要的，以满足路面施工质量和效率、道路性能和耐久性的要求。HZMB位于亚热带海洋性季风气候区，年平均气温为22.3度oC,多年来记录的极端最高和最低温度为38.9OC和-1.8oC,分别。年平均降雨量为1800-2300mm,多年降水量主要集中在汛期，约占83%和86%o桥区年降雨量达到140天，其中85%以上的年平均湿度达到188天(Wangetal.,2019a)。此外，由于海上天气的变化，阵雨和阵风将对桥梁路面施工产生很大的影响。因此，钢铺应充分考虑施工质量、可靠性、效率和耐久

14、性HZMB的方案。由于隧道空间狭窄，相对封闭，沥青在高温施工环境中容易产生浓烟，不利于路面施工。因此，有必要采用温混技术。隧道内空间狭窄，会给消防工作带来巨大的隐患。例如，累积的热量会使沥青到达点火点并燃烧，并释放出大量的烟雾和有毒气体。阻燃路面技术的研究对隧道安全具有重要意义。此外，HZMB浸没隧道的年温差略有变化。根据现场监测数据，隧道内的温度变化量为19oC27oC.降雨对隧道内路面的影响不如隧道外路面的影响大。隧道位于深海和海中。每年4月至9月，隧道外的空气湿度均大于90%,有时甚至超过100%(Wangetal.,2019b)0由于隧道外高温，隧道内部低温，水膜容易在隧道路面上凝结，

15、使其表面更加湿润，每年超过5个月。因此，HZMB浸没式隧道路面材料和结构设计的关键技术问题是防滑、防烟和阻燃。浸没式隧道中管节接头和管接头的错位和连续变形要求对沥青路面的变形具有较高的抗裂适应性。HZMB的隧道长约5664米，由34个巨大的浸没管接头和219个节段接头组成。在管缝处断开祚混凝土和找平层混凝土，在节段缝处设置接缝。根据初步计算统计，管接头膨胀量约为3.0cm,差沉降0.51.0cm,节段接头膨胀量为2.03.0mm。因此，管道和节段接头需要设计特殊的材料和结构，以满足变形性能和耐久性，而不影响施工的连续性和驾驶舒适性。本文着重针对大型海上桥梁隧道路面施工过程中需要解决的关键技术问题，以HZMB为典型项目，总结了这些关键问题的材料方案和结构设计。为未来类似桥梁隧道工程的路面设计提供思路和方法。/-Upperlayer:modifiedSMA-13(38mm)LBondinglayer:modifiedemul*iedasphalt1.owerlayer:GMA-10(30mm)