陶瓷刀具仿形造纹技术在提高隧道水泥路面抗滑性能中的应用研究

展宏图， 刘亮

(1.广东华路交通科技有限公司， 广东 广州 510420； 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；3.河南省高远公路养护技术有限公司)

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中所占的比例越来越高。由于长大隧道内温差小、湿度大、地下水和地表水丰富，中国国内高速公路长、特长隧道路面常采用水泥混凝土路面结构。隧道路面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。因此，如何改善水泥混凝土路面抗滑性能，一直是人们关注的焦点。

目前用于改善隧道水泥路面抗滑性能的措施主要有：常规铣刨、精铣刨、加铺罩面等。常规铣刨和精铣刨均属于刚性刻纹，对路面结构强度造成不利的影响，易引起断板等结构性病害，且对隧道路面抗滑性能改善效果不理想，一般处治后约1.5年，路面横向力系数(SFC)将衰减到工前水平。加铺罩面可明显提高隧道路面的抗滑性能，但受到隧道净空以及处治费用等条件的制约。

1 HOG纹理化技术简介

水泥混凝土路面HOG纹理化技术(图1)是河南高远公路养护技术有限公司(以下简称河南高远)从加拿大引入的飞机跑道高仿形纹理化技术，其原理是通过作用在刀头上的恒定压力，高强度陶瓷刃具的刀头可沿行车方向转动，具有独特的无冲击方式，可在水泥混凝土表面层削出0.5～1.0 cm深的波浪形纹理(图2)。HOG纹理化可避免旋转刀具对路面造成的冲击和损伤。具体特点如下：

(1) 提高水泥混凝土路面抗滑性能：HOG处理后的水泥混凝土路面具备丰富的宏观纹理以及微观纹理，微观纹理可增大轮胎与地面的接触面积，宏观路面纹理可及时排除轮胎与路面间的水分，保持轮胎与路面间处于“干燥接触”状态，提高路面抗滑性能。

图1 HOG技术处理后与开槽机形成的路面纹理对比

图2 波浪形浅纹理路面轮胎变形(左)普通锯片刻槽纹理路面轮胎变形示意图(右)

(2) 路面处治深度均匀，对原路面耐久性影响小：铣刨机为“刚性切削”方式，该种铣刨方式铣刨深度固定，路面低凹位置会出现无法铣刨到的“漏刻留白”，在路面凸起位置会出现铣刨较大，造成混凝土骨料脱落损伤路面，铣刨机铣刨的纹理深度深浅不一(图3)。HOG水泥混凝土路面纹理化技术采用高强度陶瓷刃具，其刀头可沿行车方向转动，并且作用于刀头上的压力恒定，刀头可随着路面的高低起伏而做出相应升降调整。通过作用在刀头上的压力恒定这一特有的作业方式实现纹理深度一致，同时也避免旋转刀具对路面造成冲击，导致路面出现小裂痕，影响路面耐久性。

图3 铣刨机与HOG水泥混凝土路面纹理化技术仿形对比示意图

2 工程应用

2.1 工程概况

采用HOG纹理化技术对4条高速公路上13条隧道总计19 380 m的水泥路面进行处治，改善隧道路面抗滑性能。概况见表1。

表1 HOG纹理化隧道路面情况汇总

2.2 施工工艺

HOG纹理化设备左右各50 cm作业宽度，间隔140 cm，车道宽度3.75 m，需4次往复作业。纹理化设备50 cm作业宽度范围内共由4排刀头(图4)，每排有12个(图5)。

图4 纹理化设备作业宽度刀头分布图

HOG纹理化对水泥路面抗滑性能的改善效果与纹理间距和纹理稀疏有较大关系，在纹理化施工过程中，需密切关注纹理宽度以及纹理深度。当纹理间的宽度增大，纹理深度达不到要求时，需调整作用在刀头上的恒定压力值或者更换刀头。

图5 纹理化设备用刀头

一代纹理机(一代机)是2009年引进加拿大HOG型飞行跑道纹理化处理技术结合北方奔驰底盘进行安装改造而成，工作原理采用“按压拖动”的方式工作，每个刀头接触点均可随路面高低不同做出相应变化。经过5年的工程应用，于2014年推出河南高远完全自主研发的二代处理机车，二代纹理机(二代机)采用"分段"式旋转卧铣方式，把作业宽度分成若干小段，每个分段上的每个刀头接触点不但可以随路面高低不同做出相应变化，并且可以在小幅范围内左右变化，刻出更为致密的纹理。

EG高速和HMDQ高速上隧道未进行过铣刨处置，水泥浆体对刀头接触点影响较小，刻出的纹理均匀致密。

JZB高速上隧道进行过铣刨处置，面板表面水泥浆已被铣刨，水泥面板上裸露的粗集料以及小损伤，对刀头接触点分布的均匀性影响较大，仅采用一代机难以刻出均匀致密纹理。采用二代纹理机在一代纹理化的基础上加密了JZD高速上YP隧道、WKB隧道、WQ隧道、PSO隧道、SMA隧道共5个隧道的纹理。

2.3 抗滑性能评价

根据JTG E60-2008《路基路面现场测试规程》要求，采用SCRIM型横向力系数检测车对EG高速、HMDQ高速和JZB高速隧道主车道进行SFC检测，每20 m输出一个数据，计算SFC百米均值，并按照JTG H20-2007《公路技术状况评定标准》进行评定，具体情况见表2～5，其中表4、5为JL高速隧道跟踪工后和工后1年的检测数据。

表2 纹理化隧道路面主车道SFC均值统计

表3 隧道路面主车道抗滑性能指数(SRI)各评定等级长度统计表(工后)

由表2～5可知：

(1) 采用一代机对未经过铣刨的水泥路面进行HOG纹理化处治，路面抗滑性能有明显提高，SFC均值提高6～26，各路段均能达到优良等级；采用一代纹理化经过铣刨的水泥路面，路面抗滑性能虽有所提高，但个别位置仍处于中等级。

表4 JL高速隧道路面主车道SRI各评定等级长度统计

表5 JL高速纹理化隧道路面SFC均值统计

(2) 采用二代纹理机在一代纹理化的基础上加密经过铣刨的水泥路面，隧道路面抗滑性能有显著提高，二代纹理机处治后，SFC均值较未处治前(工前)提高20以上。按照百米均值进行评定，各路段抗滑性能指数SRI均评定为优等级。

(3) JL高速工后SFC均值均在63以上，工后1年SFC均值虽有所衰减，仍能保持优良等级。

2.4 行驶质量评价

由表6可知：采用HOG纹理化处治后，路面IRI值有所降低，路面行驶质量有所改善。

3 经济效益分析

将HOG纹理化与其他改善隧道水泥路面抗滑性能的措施如：常规铣刨、精铣刨、加铺4 cm AC-16以及2 cm Novachip罩面等的直接工程费进行对比(直接工程费主要参考市场价格)。各项措施直接工程费及特点如表7所示。

表6 纹理化隧道路面主车道IRI均值统计

表7 各措施直接工程费及特点统计

4 结论

(1) HOG水泥混凝土路面纹理化技术处理后路面具备良好镶嵌性的波浪形浅纹理，可明显改善水泥路面的抗滑性能。

(2) 一代纹理化机对未经过铣刨的水泥路面抗滑性能改善效果较为明显；经过铣刨的水泥路面可采用一代纹理化处理后，接着采用二代纹理机加密纹理的组合方式，效果较佳。采用HOG纹理化处治后，可改善水泥路面行驶质量。

(3) HOG纹理化技术经过多条高速公路应用表明，对隧道水泥路面抗滑性能改善明显，耐久性良好。工程造价低,经济效益明显。