富水黄土隧道水泥混凝土路面工作环境调查分析

崔 亮

（山西省临汾高速公路有限公司，山西 临汾 041000）

0 引言

水泥混凝土路面由于具有较强的承载能力，在20世纪末取得了广泛的应用。随着沥青混凝土的大力推广，良好的行车舒适性、维修方便等特点使其逐渐替代水泥混凝土路面，并冠名为“万能的沥青路面”。目前，水泥混凝土路面在高等级公路中的比例不足5%，且主要应用于乡村道路和部分高速公路隧道路面中，水泥混凝土的推广应用面临着“推光”的危险[1-2]。水泥混凝土路面应用逐渐减少的主要原因之一在于其养生期的收缩开裂，致使其在裂缝附件产生“断板”等重大病害[3]。在隧道路面中，水泥混凝土所处的环境较为稳定，按照常规方法的设计路面板厚度较为保守[4-5]；尤其在特殊地质条件的隧道内，其特殊的环境条件对水泥混凝土面板的设计将产生巨大的影响。

为此，本文将吉河高速公路的乔原隧道（典型的富水黄土隧道）作为依托工程，采用速读温、湿度计对水泥路面施工现场进行监测，明确富水黄土隧道内水泥混凝土路面工作环境的温、湿度场的分布特点。为隧道内水泥混凝土路面的设计、研究提供理论基础。

1 工程概况及监测方案

乔原隧道位于吉河高速公路（K9+160—K10+770），南北走向，线型范围内地质条件复杂，针对富水黄土隧道存在的隐患，在施工过程中对隧道围岩等进行了综合处理，而隧道路面仍依据现行《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40—2011）》进行设计，隧道内的路面结构为（15 cm贫混凝土+28 cm水泥混凝土板），隧道出入口处的路面结构为（15 cm贫混凝土+18 cm水泥混凝土板+6 cm中粒式改性沥青混凝土+4 cm细粒式改性沥青混凝土），其外观如图1所示。

图1 乔原隧道实体

本文采用了JI-2B型湿度计对路面表面湿度进行监测，采用S300-EX温度记录仪收集隧道路面及环境温度，每隔10 m布置温、湿度检测设备，隧道内温、湿度计布设位置如图2所示。温、湿度监测从隧道路面施工完成之日开始记录。

图2 温、湿度计布设位置示意图

2 不同位置温、湿度分析

为直观地分析隧道内部温、湿度的变化情况，分别分析施工完成初期、施工完成90 d后的隧道温、湿度数据，并绘制数据图进行分析，如图3～图6所示。

图3 施工初期隧道内温度监测

图4 施工初期隧道内湿度监测

图3为施工完成初期隧道内的温度分布情况，可以看出隧道内环境温度高于水泥混凝土路面的温度。同时，随着隧道口距离的增加隧道内环境温度逐步降低，路面温度逐渐升高，两者的温度差逐渐缩小，当距离隧道口位置大于100 m内时，温度变化逐渐不明显。图4为施工完成初期隧道内的湿度分布情况，可以明显地看出随着隧道口距离的增加隧道内环境湿度明显增加，隧道内部环境湿度比隧道口湿度增加了40%左右。同样，在距离隧道口位置大于100 m时，湿度逐渐稳定在36%Rh左右。由此可见，施工初期隧道内部的环境参数在距离隧道口位置大于100 m时基本一致。在隧道水泥混凝土路面设计过程中，可以将100 m定位为环境参数影响明显的界限，若采用同样的结构、材料进行设计将造成保守设计或路面结构性能不足。

图5 90 d后隧道内温度监测

图6 90 d后隧道内湿度监测

图5、图6为施工完成90 d后隧道内的温、湿度情况。由图5可以发现，在隧道口处环境温度和路面温度相差不大，随着距离隧道口位置的延伸，环境和路面温度差逐渐减小，在距离隧道口位置大于120 m时，两者的差距维持在某一水平，大约5℃～7℃。同时，环境温度随着距离隧道口位置的延伸而下降；而路面温度在距离隧道口位置0～30 m时降低，而后呈现升高的趋势。对比图3可知，施工初期隧道内环境与隧道口环境温差为10℃～12℃，隧道内与隧道口路面温差为5℃～7℃；施工完成90 d后隧道内环境与隧道口环境温差为3℃～5℃，隧道内与隧道口路面温差为5℃～7℃。由此可推断，隧道口与隧道内部环境温差随时间推移其值变化不大，而隧道口与隧道内部路表温度随时间推移其值逐渐减小。

3 洞口光照对隧道内温、湿度影响

乔原隧道为南北走向，两侧隧道口外围环境截然不同，为进一步明确隧道口附近太阳光照对隧道环境的影响，对施工完成90 d后南北隧道口范围内的环境温、湿度进行对比分析，位置1为向阳一侧，位置2为背光一侧，如图7所示。

图7 隧道向阳与背光侧示意图

向阳一侧位置1的温、湿度数据如图5、图6，将向背光位置2的温湿度数据绘制曲线图如图8、图9所示。

图8 背光侧90 d后隧道内温度监测

图9 背光侧90 d后隧道内湿度监测

从图8、图9可以看出，在背光一侧，隧道内随着隧道口距离的增加环境温度逐渐降低，路面温度和环境湿度均逐渐升高，在距离隧道口大于110 m时，逐渐趋于稳定。对比图5、图6，背光侧隧道环境温度、路面温度均小于向阳一侧，而环境湿度明显高于向阳一侧。同时，环境温度、湿度以及路面温度的变化率更小。可以推断，在背光一侧隧道口的环境因素变化较小，对隧道内部的环境因素影响较为不明显。

4 外界环境对隧道内温、湿度影响

多项研究认为，影响隧道内环境的因素包括外界环境、隧道内通风条件等[6-7]。隧道路面的冬季施工和夏季施工将出现不同的温、湿度变化规律。为此，选取距离隧道口50 m（位置3）和500 m（位置4）作为隧道口和隧道内的代表位置，在夏热和冬寒代表性时间段进行监测。对比结果如表1所示。

表1 不同外界环境的隧道环境参数

从表1可以看出，隧道口附近在不同的外界环境下，环境温度具有明显的温度差，路面温度相差不大，而环境湿度相差更小。而在隧道内部，环境温度、路面温度和环境湿度在外界环境的影响下都没有明显的变化。因此，在隧道内部水泥混凝土路面设计过程中，可不考虑外界环境对其温、湿度的影响。

5 结论

本文通过对富水黄土隧道在不同位置、环境外界等影响因素下的温、湿度进行监测，对此分析了施工完成后水泥混凝土路面工作环境中的温、湿度分布情况，主要结论如下：

a）随着距离隧道口的增加湿度增加，环境温度下降，而路面温度升高，最终两者的温度差维持在某一稳定水平。

b）向阳一侧，隧道口附近的环境温度、路面温度均高于背光一侧，外界环境对其内部的温、湿度影响不明显。

c）距离隧道口100 m，可以作为隧道内和隧道口环境参数影响的界限，分段进行路面结构设计。