陶瓷刀具仿形造紋技術在提高隧道水泥路面抗滑性能中的應用研究

展宏圖， 劉亮

(1.廣東華路交通科技有限公司， 廣東 廣州 510420； 2.公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心；3.河南省高遠公路養護技術有限公司)

隨著高速公路建設逐漸向山區和丘陵地區延伸，隧道工程在高速公路中所占的比例越來越高。由于長大隧道內溫差小、濕度大、地下水和地表水豐富，中國國內高速公路長、特長隧道路面常采用水泥混凝土路面結構。隧道路面最突出的問題是路面抗滑性能衰減快、抗滑耐久性差，極大地影響了高速公路隧道的行車安全性和舒適性。因此，如何改善水泥混凝土路面抗滑性能，一直是人們關注的焦點。

目前用于改善隧道水泥路面抗滑性能的措施主要有：常規銑刨、精銑刨、加鋪罩面等。常規銑刨和精銑刨均屬于剛性刻紋，對路面結構強度造成不利的影響，易引起斷板等結構性病害，且對隧道路面抗滑性能改善效果不理想，一般處治后約1.5年，路面橫向力系數(SFC)將衰減到工前水平。加鋪罩面可明顯提高隧道路面的抗滑性能，但受到隧道凈空以及處治費用等條件的制約。

1 HOG紋理化技術簡介

水泥混凝土路面HOG紋理化技術(圖1)是河南高遠公路養護技術有限公司(以下簡稱河南高遠)從加拿大引入的飛機跑道高仿形紋理化技術，其原理是通過作用在刀頭上的恒定壓力，高強度陶瓷刃具的刀頭可沿行車方向轉動，具有獨特的無沖擊方式，可在水泥混凝土表面層削出0.5～1.0 cm深的波浪形紋理(圖2)。HOG紋理化可避免旋轉刀具對路面造成的沖擊和損傷。具體特點如下：

(1) 提高水泥混凝土路面抗滑性能：HOG處理后的水泥混凝土路面具備豐富的宏觀紋理以及微觀紋理，微觀紋理可增大輪胎與地面的接觸面積，宏觀路面紋理可及時排除輪胎與路面間的水分，保持輪胎與路面間處于“干燥接觸”狀態，提高路面抗滑性能。

圖1 HOG技術處理后與開槽機形成的路面紋理對比

圖2 波浪形淺紋理路面輪胎變形(左)普通鋸片刻槽紋理路面輪胎變形示意圖(右)

(2) 路面處治深度均勻，對原路面耐久性影響小：銑刨機為“剛性切削”方式，該種銑刨方式銑刨深度固定，路面低凹位置會出現無法銑刨到的“漏刻留白”，在路面凸起位置會出現銑刨較大，造成混凝土骨料脫落損傷路面，銑刨機銑刨的紋理深度深淺不一(圖3)。HOG水泥混凝土路面紋理化技術采用高強度陶瓷刃具，其刀頭可沿行車方向轉動，并且作用于刀頭上的壓力恒定，刀頭可隨著路面的高低起伏而做出相應升降調整。通過作用在刀頭上的壓力恒定這一特有的作業方式實現紋理深度一致，同時也避免旋轉刀具對路面造成沖擊，導致路面出現小裂痕，影響路面耐久性。

圖3 銑刨機與HOG水泥混凝土路面紋理化技術仿形對比示意圖

2 工程應用

2.1 工程概況

采用HOG紋理化技術對4條高速公路上13條隧道總計19 380 m的水泥路面進行處治，改善隧道路面抗滑性能。概況見表1。

表1 HOG紋理化隧道路面情況匯總

2.2 施工工藝

HOG紋理化設備左右各50 cm作業寬度，間隔140 cm，車道寬度3.75 m，需4次往復作業。紋理化設備50 cm作業寬度范圍內共由4排刀頭(圖4)，每排有12個(圖5)。

圖4 紋理化設備作業寬度刀頭分布圖

HOG紋理化對水泥路面抗滑性能的改善效果與紋理間距和紋理稀疏有較大關系，在紋理化施工過程中，需密切關注紋理寬度以及紋理深度。當紋理間的寬度增大，紋理深度達不到要求時，需調整作用在刀頭上的恒定壓力值或者更換刀頭。

圖5 紋理化設備用刀頭

一代紋理機(一代機)是2009年引進加拿大HOG型飛行跑道紋理化處理技術結合北方奔馳底盤進行安裝改造而成，工作原理采用“按壓拖動”的方式工作，每個刀頭接觸點均可隨路面高低不同做出相應變化。經過5年的工程應用，于2014年推出河南高遠完全自主研發的二代處理機車，二代紋理機(二代機)采用"分段"式旋轉臥銑方式，把作業寬度分成若干小段，每個分段上的每個刀頭接觸點不但可以隨路面高低不同做出相應變化，并且可以在小幅范圍內左右變化，刻出更為致密的紋理。

EG高速和HMDQ高速上隧道未進行過銑刨處置，水泥漿體對刀頭接觸點影響較小，刻出的紋理均勻致密。

JZB高速上隧道進行過銑刨處置，面板表面水泥漿已被銑刨，水泥面板上裸露的粗集料以及小損傷，對刀頭接觸點分布的均勻性影響較大，僅采用一代機難以刻出均勻致密紋理。采用二代紋理機在一代紋理化的基礎上加密了JZD高速上YP隧道、WKB隧道、WQ隧道、PSO隧道、SMA隧道共5個隧道的紋理。

2.3 抗滑性能評價

根據JTG E60-2008《路基路面現場測試規程》要求，采用SCRIM型橫向力系數檢測車對EG高速、HMDQ高速和JZB高速隧道主車道進行SFC檢測，每20 m輸出一個數據，計算SFC百米均值，并按照JTG H20-2007《公路技術狀況評定標準》進行評定，具體情況見表2～5，其中表4、5為JL高速隧道跟蹤工后和工后1年的檢測數據。

表2 紋理化隧道路面主車道SFC均值統計

表3 隧道路面主車道抗滑性能指數(SRI)各評定等級長度統計表(工后)

由表2～5可知：

(1) 采用一代機對未經過銑刨的水泥路面進行HOG紋理化處治，路面抗滑性能有明顯提高，SFC均值提高6～26，各路段均能達到優良等級；采用一代紋理化經過銑刨的水泥路面，路面抗滑性能雖有所提高，但個別位置仍處于中等級。

表4 JL高速隧道路面主車道SRI各評定等級長度統計

表5 JL高速紋理化隧道路面SFC均值統計

(2) 采用二代紋理機在一代紋理化的基礎上加密經過銑刨的水泥路面，隧道路面抗滑性能有顯著提高，二代紋理機處治后，SFC均值較未處治前(工前)提高20以上。按照百米均值進行評定，各路段抗滑性能指數SRI均評定為優等級。

(3) JL高速工后SFC均值均在63以上，工后1年SFC均值雖有所衰減，仍能保持優良等級。

2.4 行駛質量評價

由表6可知：采用HOG紋理化處治后，路面IRI值有所降低，路面行駛質量有所改善。

3 經濟效益分析

將HOG紋理化與其他改善隧道水泥路面抗滑性能的措施如：常規銑刨、精銑刨、加鋪4 cm AC-16以及2 cm Novachip罩面等的直接工程費進行對比(直接工程費主要參考市場價格)。各項措施直接工程費及特點如表7所示。

表6 紋理化隧道路面主車道IRI均值統計

表7 各措施直接工程費及特點統計

4 結論

(1) HOG水泥混凝土路面紋理化技術處理后路面具備良好鑲嵌性的波浪形淺紋理，可明顯改善水泥路面的抗滑性能。

(2) 一代紋理化機對未經過銑刨的水泥路面抗滑性能改善效果較為明顯；經過銑刨的水泥路面可采用一代紋理化處理后，接著采用二代紋理機加密紋理的組合方式，效果較佳。采用HOG紋理化處治后，可改善水泥路面行駛質量。

(3) HOG紋理化技術經過多條高速公路應用表明，對隧道水泥路面抗滑性能改善明顯，耐久性良好。工程造價低,經濟效益明顯。