隧道路面的工作環(huán)境與噪聲研究

隧道路面的工作環(huán)境與噪聲研究

隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，公路隧道的距離逐年增加。第二次全國(guó)公路普查數(shù)據(jù)顯示,到2000年底我國(guó)公路隧道建設(shè)總長(zhǎng)為627.7km。隧道是道路的咽喉,對(duì)交通有控制作用。而隧道路面狀況對(duì)隧道內(nèi)的交通舒適性和安全性影響較大。相對(duì)公路一般路段來(lái)講,隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)有其特殊的工作環(huán)境。隧道路面相對(duì)處于較為封閉的環(huán)境內(nèi),受陽(yáng)光、雨水等因素影響較少。而且隧道內(nèi)水溫變化、基礎(chǔ)狀況也與一般路段不同。因此,隧道路面的使用性能以及在汽車荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)有其自身的特點(diǎn)。簡(jiǎn)單按照一般路段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一定適應(yīng)隧道路面的實(shí)際情況,可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)保守或不安全。因此,需要對(duì)現(xiàn)有隧道路面的工作環(huán)境進(jìn)行調(diào)查、分析和研究。1關(guān)于隧道內(nèi)部環(huán)境目前國(guó)際上關(guān)于隧道的研究主要集中在兩方面,一方面是隧道洞體本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù),主要涉及地下工程和巖土工程;另一方面是隧道自身的環(huán)境,包括隧道通風(fēng)和照明等方面。在隧道的防災(zāi)方面,針對(duì)隧道中出現(xiàn)的濃煙、火災(zāi)等事故,國(guó)際上對(duì)隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),比如通風(fēng)設(shè)備的安裝、出入口的設(shè)置位置和數(shù)量等進(jìn)行了研究,也提出了一些設(shè)計(jì)上的推薦值。對(duì)隧道內(nèi)部環(huán)境的考慮主要在噪音、污染性氣體和照明3個(gè)方面。對(duì)噪音的研究始于1976年維也納世界道路會(huì)議,報(bào)告中專門安排了一章來(lái)討論輪胎與道路噪音問(wèn)題。研究說(shuō)明了輕型、重型車輛的噪音來(lái)源,但卻未能闡述噪音的主要機(jī)理及路表特性與所產(chǎn)生的噪音之間的關(guān)系。在1983年悉尼會(huì)議上,對(duì)輪胎道路的噪音予以了較多關(guān)注,肯定了噪音與路面結(jié)構(gòu)的明確關(guān)系,機(jī)理也更為明確。對(duì)降低噪音的研究主要集中在公路、高速公路及城市道路上,常用的方法是綠化林帶、聲屏障、低噪音路面和主動(dòng)降噪音屏障。在隧道通風(fēng)方面,第十八屆道路會(huì)議上專設(shè)的道路隧道技術(shù)委員會(huì)考慮到各國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、車輛的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和排放污染的規(guī)則不同,提出了涉及隧道通風(fēng)不同種類的規(guī)定的報(bào)告。人們普遍認(rèn)為隧道交通排出的廢氣不可避免地會(huì)造成局部的嚴(yán)重污染。在隧道照明方面,世界道路協(xié)會(huì)與國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)合作。第十八屆世界道路會(huì)議以1979年維也納會(huì)議上提出的“設(shè)計(jì)者指南”以及1983年悉尼會(huì)議采用的關(guān)于隧道照明的適宜亮度報(bào)告為基礎(chǔ),提出了隧道的引道和入口的照明指南。1.2隧道路面抗滑性能國(guó)內(nèi)關(guān)于隧道工程的研究也主要集中在隧道洞體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù),以及隧道通風(fēng)、照明等方面,隧道路面的研究對(duì)隧道工程和道路工程來(lái)說(shuō)都較少涉及,隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)沒有對(duì)應(yīng)的規(guī)范和指南,在隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常套用公路或城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范。在現(xiàn)行的《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026-90)中,對(duì)于隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有做任何規(guī)定,對(duì)于路面材料僅提到應(yīng)符合現(xiàn)行公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范對(duì)養(yǎng)護(hù)階段隧道內(nèi)的排水、消音等做出了一些定性規(guī)定。當(dāng)前公路隧道內(nèi)多采用水泥混凝土路面,現(xiàn)行公路隧道施工規(guī)范亦只談及水泥混凝土路面,僅從洞內(nèi)路面亮度而言,這無(wú)疑是正確的。但是這種路面的抗滑性能并不好。例如,貴州省某隧道內(nèi)水泥混凝土路面運(yùn)營(yíng)兩年后,路表構(gòu)造深度衰減為0.1mm。雖然隧道內(nèi)路面不直接經(jīng)受雨水的作用,但當(dāng)雨天汽車車輪將水帶入隧道,可引起隧道內(nèi)數(shù)十米段落路面濕滑;如隧道處于下地段,或有一定的縱坡,則路面表面水可流入隧道內(nèi)。因此必須從根本上改善路面抗滑性能。在水泥混凝土路面板上加鋪抗滑性能優(yōu)良的瀝青罩面形成復(fù)合式路面,是改進(jìn)隧道路面抗滑性能的有效措施,在這方面已有一些工程實(shí)踐。建議采用OGFC多孔防滑磨耗層罩面,這種瀝青面層具有粗糙均勻的表面,不僅抗滑性能很好,而且具有防火和降低交通噪聲的作用,行車的明視性也不錯(cuò)。2隧道環(huán)境調(diào)查本次調(diào)研目的是了解和獲取現(xiàn)有隧道路面結(jié)構(gòu)的特殊工作環(huán)境資料,從而為研究隧道路面結(jié)構(gòu)、材料和隧道路面養(yǎng)護(hù)、修復(fù)提供依據(jù)。調(diào)研工作根據(jù)西部地區(qū)的氣候特征,在地理上分為西南多雨地區(qū)和西北干旱地區(qū)進(jìn)行。調(diào)研內(nèi)容主要是對(duì)比隧道內(nèi)不同位置與隧道外一般路段的溫度、濕度、噪聲、照明和煙氣濃度等環(huán)境指標(biāo)。調(diào)查的隧道路面概況見表1所列。2.1通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)空氣溫度的分析大氣溫度周期性的變化直接影響隧道內(nèi)空氣的溫度,進(jìn)而影響隧道路面的溫度。對(duì)隧道內(nèi)空氣溫度的調(diào)查主要采取以下方法。(1)數(shù)據(jù)采集方法用多功能環(huán)境儀在隧道入口、1/4處、1/2處、3/4處、隧道出口以及隧道出口外50m處測(cè)量空氣溫度。(2)表2列出了研究數(shù)據(jù)(3)隧道內(nèi)外溫度。根據(jù)初7月份調(diào)查數(shù)據(jù)顯示:隧道內(nèi)溫度比隧道外溫度偏低,并且隧道越長(zhǎng),天氣越炎熱,隧道內(nèi)外溫度差異越明顯。例如:2002年7月29日測(cè)得重慶的中梁山隧道內(nèi)外溫差達(dá)2.5℃。2.2通過(guò)隧道內(nèi)的空氣濕度分析由于隧道的封閉作用,隧道內(nèi)一般陰冷潮濕?？諝獾臐穸葘?duì)于路面材料的性能有一定的影響。(1)數(shù)據(jù)采集方法用多功能環(huán)境儀測(cè)量空氣濕度。測(cè)量位置同空氣溫度測(cè)量位置。(2)表3列出了研究數(shù)據(jù)(3)濕度及噪聲源晴天隧道內(nèi)的濕度通常比隧道外濕度更大。雨天的濕度大于晴天的濕度。西南地區(qū)貴州省老貓沖隧道7月份的平均濕度為81.65%,高家?guī)r隧道7月份的平均濕度為78.15%,西北地區(qū)青海省大坂山隧道10月份的平均濕度為57.4%。噪音影響到隧道的運(yùn)行環(huán)境。就噪聲源的產(chǎn)生類型可以分為氣體噪聲和固體噪聲。氣體噪聲主要來(lái)源于汽車與路面作用產(chǎn)生的泵氣效應(yīng)。固體噪聲主要來(lái)源于路面不平整而引起的輪胎和車體的震動(dòng)。噪聲大小與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型、車速、隧道內(nèi)空氣、路面的表面構(gòu)造、路面材料及汽車輪胎相關(guān)。(1)數(shù)據(jù)采集方法用多功能環(huán)境儀測(cè)量大貨車駛過(guò)時(shí)的噪聲。測(cè)量位置同空氣溫度測(cè)量位置。(2)表4列出了研究數(shù)據(jù)(3)隧道外部有噪音隧道內(nèi)的噪音要遠(yuǎn)高于隧道外的噪聲,而且隧道內(nèi)噪聲持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),不易消散。調(diào)查發(fā)現(xiàn),在隧道內(nèi)部噪音從90dB衰減到80dB約30s,而隧道外部?jī)H需2～3s。實(shí)際上,汽車進(jìn)入隧道后通常車速降低,噪聲理應(yīng)減小,但是由于隧道的封閉作用,噪聲在隧道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生共振、疊加現(xiàn)象,使得隧道內(nèi)噪聲更大。2.4隧道內(nèi)環(huán)境污染在汽車排放的氣體中,含有對(duì)人體有害的一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NO)、碳?xì)浠衔?HC)、亞硫酸氣體(SO2)化學(xué)成分和煙霧等游離粉塵,導(dǎo)致隧道內(nèi)空氣污染。通常情況下,造成身體危害的主要因素是一氧化碳,若能保證對(duì)于一氧化碳必要的通風(fēng)量,其他因素就可以處于安全濃度。所以調(diào)研時(shí),僅考慮一氧化碳的濃度。(1)數(shù)據(jù)采集方法用MultiGasMonitor在隧道入口、1/4、1/2、3/4、隧道出口以及隧道出口外50m處測(cè)量CO的濃度。(2)表5列出了搜索數(shù)據(jù)(3)co濃度的影響與隧道外相比,隧道內(nèi)CO濃度明顯更大。隧道中點(diǎn)到出口之間的CO濃度最大。有害物中一氧化碳等化學(xué)成分對(duì)人體生理產(chǎn)生重要的影響,而煙霧則使視野惡化,降低了車輛行駛時(shí)所需要的視距。為了保證這些物質(zhì)的濃度低于隧道在使用時(shí)的有害濃度,需要進(jìn)行通風(fēng)。2.5隧道的排水設(shè)施隧道路面不直接受降雨的影響。但是一旦有水滲入或滴落在路面,就難以干燥,影響路面的抗滑性能。隧道內(nèi)的水來(lái)自4個(gè)方面:拱頂、拱壁的滲水和滴水,雨水沿道路縱坡流入,地下水上涌,空氣中水分凝聚。由于原設(shè)計(jì)中防排水設(shè)計(jì)不完善,某些隧道拱頂?shù)嗡畤?yán)重,部分襯砌、水溝蓋板等水泥混凝土構(gòu)件嚴(yán)重腐蝕,其隧道路面長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)。另外,具有較大縱坡的高速公路或一級(jí)公路隧道或排水不暢的路段,路面范圍內(nèi)的降雨來(lái)不及排出公路兩側(cè)也會(huì)流進(jìn)隧道內(nèi)?？梢栽谒淼廊肟谇霸O(shè)置橫向蓋板截水溝解決該問(wèn)題。2.6隧道照明問(wèn)題照明是影響長(zhǎng)大隧道道路安全的重要因素。隧道照明與公路一般照明不同,要能保證白天習(xí)慣于外界高亮度、廣視野的駕駛員進(jìn)入隧道后仍能認(rèn)清行走方向,必須解決好隧道照明問(wèn)題。隧道照明由入口部照明、基本部照明和出口部照明構(gòu)成,并設(shè)置輔助的道路接續(xù)照明。隧道照明所用的光源有低壓鈉燈、日光燈、水銀燈等,但從經(jīng)濟(jì)和煙霧影響觀點(diǎn)出發(fā)多數(shù)采用低壓鈉燈。在城市隧道,從色調(diào)方面考慮,使用日光燈的例子較多。(1)研究段及地質(zhì)對(duì)照用多功能環(huán)境儀在隧道引入段(距入口10m)、適應(yīng)段(距