2.隧道路面沥青混合料温拌施工工法

隧道路面沥青混合料温拌施工工法

大庆油田路桥工程有限责任公司

缪吴军张勇林向军贾蕾陈颖

1 前言

隧道内沥青混合料热拌施工散发的气体和烟雾不易散发，易出现有毒有害气体中毒、机械噪声危害、高温伤害、火灾、能见度低等现象，影响周围的环境质量和施工人员的身体健康，施工现场存在很大的安全隐患，并且在隧道的低温环境下混合料无法达到规定的压实度。因此，沥青混合料热拌在隧道内路面施工需要投入大量的通风设施，且压实效果不理想、存在很多安全隐患。

采用沥青混合料温拌可保证压实度，可基本消除沥青烟和气味，改善施工环境，减少对现场人员健康危害，大大提高隧道摊铺施工的质量和安全性。该工法在丹海高速公路韩宝寺隧道、阜盘高速公路海棠山隧道、阜盘高速公路北延伸线低温环境下路面施工中取得了成功应用，在保证施工质量的同时，安全环保。

2 工法特点

本工法与沥青混合料热拌相比具有以下6个特点：

1．工艺：所需设备和施工工艺与热拌沥青混合料基本相同；

2．质量：混合料拌和、摊铺及碾压温度可比沥青混合料热拌温度降低30-50℃，减少拌和过程中的沥青老化，易于压实，提高路面铺筑质量；

3．安全：沥青烟减少，增加隧道内能见度，方便施工管理；

4．效益：降低矿料加热温度，节约燃料油。减少沥青老化，延长道路使用年限，降低路面维修费用。沥青混合料施工环境温度降低，可延长年有效施工天数，提高设备利用率，减少企业设备冬季闲置时间；

5．进度：施工温度降低，消除机械设备因隧道内通风差、温度高而出现故障，施工作业连续，缩短施工工期；

6．环保：混合料摊铺温度降低，消除沥青烟雾，减少有毒有害气体排放量，改善施工环境。

3 适用范围

本工法适用于隧道内、地下结构工程等通风条件差、环保要求高的沥青路面

及城市道路的施工，也适用于道路维修养护中的沥青混凝土薄层罩面工程和东北较低环境温度条件（2-10℃）的沥青混凝土路面工程施工。

4 工艺原理

沥青混合料温拌基于表面活性平台法，在拌合站拌锅内安装喷洒杆件将温拌剂直接加入搅拌锅。温拌剂的主要成分是表面活性剂，其分子结构由长碳链的亲油基团（尾部）和亲水的极性基团（头部）组成，在溶液状态下，表面活性剂首先向水和空气界面富集，头部指向非极性的空气，当达到临界状态后，表面活性分子的尾部发生聚集，形成球状的分子胶团（见图1），在拌和过程中，胶团周围的水分迅速蒸发，亲油尾部接触沥青的机会加大，胶团发生反转，亲水头部朝内，尾部融入沥青中，将未蒸发的水分包裹在胶团内部（见图2），在胶结料内部形成临时性水膜结构。水膜润滑作用能够很大程度抵消沥青粘度增大的作用，避免混合料的团聚，增加混合料的和易性，从而实现温拌施工。

图1 浓缩液状态图2 混合料状态

5 施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程（见图3）

沥青混合料温拌施工工艺流程如图3所示。

图3 施工工艺流程图

5.2 操作要点 5.2.1施工准备

1) 温拌剂添加设备的安装与标定

将添加设备的信号线一头联接在拌合站沥青称的活塞开启信号线上，另一头联接在温拌剂添加设备泵机组的配料计算机上（见图4）。在拌合缸观察口附近开个直径约4cm 的圆孔，将温拌添加剂的喷洒管（管径约3cm ）放进去，固定在靠近沥青喷管约10cm 处（见图5）。泵机组的进口处用另一软管连接，放到添加剂储罐中。在生产之前，对流量进行标定，严格按照规定的数量添加。

图4 温拌剂添加设备 图5 温拌剂喷洒杆

2）拌合缸排气口的设置

气体的反冲力会影响到矿料的计量，在拌合缸中设置排气口，以消散气体。

温拌剂

添加设备

排气口直径为50～60mm，外接排气管，排气管的长度为1.5m，排气口的设置高度稍大于混合料拌和区高度，以便气体顺利排出。也可将拌和缸观察口打开，以便气体顺利排出。

3）混合料配合比设计

配合比设计采用马歇尔试验方法，经过目标配合比、生产配合比及配合比验证三个阶段。

根据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度和流值与油石比的关系曲线。经反复校验，得出最佳油石比。

4）混合料拌和前检查

拌料之前需确保拌和站运转正常，温拌剂浓缩液输送设备必须安装和调试到位，并且运转正常，排气口设置到位，热料仓比例以及加料顺序确认，确保矿粉延时5s以上添加，出料温度根据不同的要求进行调整。

5.2.2混合料拌和

（1）按照试拌试铺建立的皮带转速、料门高度和冷料供给量之间的关系上料，热料仓比例遵循生产配合比比例，同时按照规定的温度进行矿料加温拌和。

（2）温拌剂作为外加剂按沥青用量的5%同步喷入拌缸。

（3）拌和时间以混合料拌和均匀、纤维均匀分散和所有矿料颗粒全部裹覆沥青为准。集料与纤维干拌时间不少于10秒，喷入沥青和温拌剂控制在13秒以内，在沥青喷洒结束后延时5～6秒添加矿粉，再继续湿拌30秒，每盘总拌和时间不少于60秒。热拌沥青混合料与温拌沥青混合料对比见图6、图7。

图6 热拌沥青混合料图7 温拌沥青混合料

5.2.3混合料运输

（1）运输前汽车车厢清扫干净，为防止沥青与车箱板粘结，在车箱及底板上涂刷一层隔离剂，但不得有余液积聚在车厢底部。

（2）采用数字显示插入式热电偶温度计检测沥青混合料的出厂温度和运到现场温度，插入深度要大于15cm。在运料卡车侧面中部设专用检测孔，孔口距车厢底面约300mm。

（3）拌和机向运料车放料时，汽车应前后移动，分3次以上堆装料，以减少粗细集料的离析现象（见图8）。

（4）运料车在运输过程中用蓬布覆盖，以保温，防止混合料降温超标和结壳，并可防雨和防污染环境。

图8 装料

5.2.4混合料摊铺

（1）摊铺机的摊铺速度根据拌和机的产量，配套施工机械情况及摊铺厚度、宽度决定，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。不得随意变换速度或中途停顿，应做到每天收工停机一次。摊铺平均速度为3m/min，摊铺速度控制在2-4m/min范围内（图9）。

（2）摊铺采用自动平衡梁控制厚度和平整度，采用1台摊铺机全幅摊铺。

（3）摊铺前提前0.5～1h预热熨平板，熨平板温度不低于100℃，并检查熨平板的拱度，预热接缝的原铺层后方可起步行驶。

（4）摊铺时调整摊铺机夯锤的振动、频率，初定夯锤4级，熨平板4级，使铺筑层经过摊铺机自身夯实后达到85％以上压实度。

（5）螺旋布料器调整到保持一个稳定的速度均衡地转动，两侧应保持有不少于送料器2/3高度的混合料，以减少在摊铺过程中混合料的离析。

（6）用机械摊铺的混合料未碾压前，施工人员不得进入踩踏。一般不用人工整修，只有在特殊情况下，需在现场主管人员指导下，允许用人工找补或更换混合料，缺陷较严重时应予铲除，并调整摊铺机或改进摊铺工艺。

（7）局部出现离析后，立即人工将离析部位铲除，换填新料，人工整平。

（8）横向接缝采用垂直的平接缝，上下层横缝应错开2米以上。隧道施工时，争取一次性连续摊铺完成，不留接缝，避免隧道空间狭窄，接缝困难。

图9 隧道内摊铺

5.2.5混合料碾压

（1）压路机紧跟摊铺机进行碾压（图10），碾压组合见表1

图10 碾压

表1 碾压组合

（2）碾压纵向进行，由低向高慢速均匀地进行，相邻碾压带应重叠至少1/3轮，碾压时压路机不得中途停留、转向或制动。压路机压不到的地方，用小型机具进行充分压实。

（3）初压、复压、终压段落设置明显标志，便于操作手辨认，松铺厚度、

碾压顺序、碾压遍数、碾压速度及碾压温度设专人专岗检查与管理。

（4）安排专人用拖布沾隔离剂擦拭胶轮压路机。

5.2.6中间交工检测

沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于5O℃后，方可开放交通，并在各施工段进行交通管制，做好保护。交工检测按照《公路沥青路面施工技术规范》和交工验收文件要求检测。（见图11、12、13、14）。

图11 弯沉检测图12 厚度检测

图13 平整度、构造深度检测图14 摩擦系数检测

6 设备和材料

6.1 材料要求

温拌添加剂益路（Evotherm DAT）属于皂液浓缩液，由美德维实伟克公司生产，该产品是黄绿色液体，沸点约为100℃，25℃密度1.03 g/cm3。配制浓缩液的固化物(乳化剂)含量不应低于7%，PH值一般以2.5 ~ 4为宜。

中面层采用SBS改性沥青，表面层采用阻燃SBS改性沥青（阻燃改性沥青是通过在改性沥青中添加阻燃剂，制备成的沥青材料）,主要材料统计见表2

表2 主要材料统计表

表3 阻燃改性沥青燃烧性能指标

6.2工程设备

主要机械设备配置见表4

表4 主要机械设备配置表

7．1原材料质量控制

进场原材料严格按照要求的试验项目、检测频率进行检测，合格后方可进场使用。

7.2温拌剂加入时间、数量控制

施工时温拌剂在拌合站沥青开始喷洒后延时2～3秒开始喷入，喷入时间控制在8～10秒以内，保证在沥青喷洒结束之前完成温拌剂的喷洒，确保添加数量。

7.3施工温度控制

面层沥青混合料的施工温度见表5

表5 面层沥青混合料的施工温度

7.4混合料质量控制

沥青混合料质量按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求执行。

7.5检查验收

中间交工验收按照《公路工程质量检验评定标准》和招标文件要求执行。

8 安全措施

隧道施工严格遵守《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）、《防止沥青中毒办法》、《使用有毒物品作业场所劳动保护条例》、《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076—95）

8.1安全技术对策与预防措施

（1）施工过程中现场设立交通指示标牌、指路标牌。隧道口设立“隧道施工，车辆慢行”及进入隧道限速标牌等，隧道内对车辆、行人道进行分离，中间设立反光锥进行分离，夜间设红灯警示。运输车辆进行统一编号，施工现场人员统一服装，现场悬挂标语。隧道摊铺示意图见图15。

图15 隧道摊铺示意图

（2）对参加施工的人员进行安全技术教育和应急救援演练，熟知和遵守隧道沥青砼施工各项安全技术操作规程。每层施工前进行岗前安全知识培训和安全技术交底，让员工深刻认识到安全的重要性和必要性。所有施工人员必须经体检合格后方可上岗,穿戴耐高温皮鞋及工作服。同时, 配戴好防毒口罩和护目镜。

（3）隧道内作业严禁吸烟用火, 隧道内摊铺施工时，凡进入隧道内的施工人员不得吸烟，不得使用点火器材。洞内作业3小时换班一次, 轮流作业, 轮流休息。建立完善的交接班制度，并将施工、安全等情况记载于交接班记录内。

（4）在洞口设专人进行交通管制，洞内外指挥人员配备对讲机，加强洞内外联系，料车一律在洞口等待，摊铺机前留3辆料车，待一辆料车摊铺完出洞后，

紧急停车带

交通管制人员 摊铺机 反光锥 压路机

水罐车

横向连接通道

下一辆料车进洞。与施工无关的车辆一律禁止通行。

（5）现场指挥员与作业人员在施工作业前确定好手势指挥信号, 避免误指挥和误操作。

（6）隧道内汽车和行走机具控制在10-20km/h, 以保证交通安全，车辆行驶中严禁超车，所有运载车辆不准超载、超宽、超高运输。禁鸣高音汽笛, 以减少噪声。

（7）运输车辆从摊铺另一端洞口进入隧道，在离摊铺最近的紧急停车带调转车头，缓慢退至摊铺机前20-30cm时放空档、靠摊铺机推动前进。

（8）摊铺机、压路机上配备一定数量的干粉灭火器,洞口外停放满载水车2台备用,停车待料时预留消防通道，并保持通道畅通。

（9）施工现场配置足够的消防设备。施工人员必须熟悉消防设备的性能和使用方法，现场准备足量氧气袋，防止缺氧事件的发生，现场准备2辆应急车辆，一旦事故发生，第一时间将事故人员运出隧道救治，严重者应该立即送往医院救治。

（10）现场专门设立二名专职安全员，专门负责发现和消除施工现场的安全隐患，保证施工人员的安全和正常施工。

（11）根据现场实际情况，在摊铺机安装照明灯，同时施工机械全部开启灯光，能够满足现场施工照明要求。

9环保措施

（1）拌合站采用水车洒水，减少车辆行驶过程中所产生的粉尘对周边环境的不良影响。

（2）在拌合站粉尘排放出口处安装水管，减轻粉尘对环境的污染。

（3）温拌剂储罐联系供应厂家进行回收再利用。

（4）加强沥青混合料运输车辆的苫盖，避免沥青混合料的遗撒。

（5）隧道内沥青面层施工前，配备足够清扫人员配合水罐车对隧道进行清扫洒水，减少灰尘，提高隧道内能见度。

（6）隧道内摊铺采取顺风向铺筑, 以减少碾压作业场所的沥青废气量和烟雾, 增加能见度, 清新空气, 保证施工人员作业健康。

（7）隧道内配备必要的空气质量检测仪器，设专人随时检测空气质量：风流中（按体积计）：氧气（O2）不得低于20%；二氧化碳（CO2）不得超过0.5%。

洞内每立方米空气中，粉尘最高容许浓度：含10%以上游离二氧化硅（SiO2）的粉尘为2mg；含10%以下游离二氧化硅的粉尘为10mg；含10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg。洞内有害气体最高容许浓度：一氧化碳不超过30mg/m3；氧化物换算二氧化氮不超过5mg/m3。

（8）施工中产生的沥青混合料废料，运送到指定地点进行掩埋或销毁。10资源节约

沥青混合料温拌比沥青混合料热拌施工温度降低30-50℃，燃料消耗可减少30-40%。每拌和1吨沥青混合料，可节约燃油1.5kg,可节约燃料费6.6元。

11效益分析

11.1经济效益

11.1.1由于混合料温度降低，减小沥青在生产过程中的老化，延长道路使用年限，降低路面维修费用。

11.1.2对于隧道沥青路面施工，可以减少通风设备的投入费用。

以阜盘高速公路海棠山隧道为例，单幅长3.5公里，采用热拌沥青混合料施工，必须投入三台大型射流风机进行通风，采用沥青混合料温拌施工，混合料温度降低，沥青烟减少，安全环保，减少通风设备投入约30万元。

11.1.3沥青混合料温拌可以在较低环境温度条件（2-10℃）下施工，可延长施工季节，缩短工程施工年限，缩短企业设备冬季闲置时间，提高设备利用率，提高年产值，降低工程施工成本。

以阜盘高速公路北延线工程为例，辽宁省阜新市9月下旬早晚气温0℃，沥青路面施工还有2/3未施工，热拌沥青混合料无法摊铺碾压，只能待第二年再施工。采用沥青混合料温拌施工有效延长施工时间一个月，10月底顺利交工通车，避免了人员、场地、设备延期半年的费用预计上百万元（见表6），同时提高了设备利用率。

表6 工程延期半年预计费用表

11.2社会效益

采用温拌沥青混合料能减少二氧化碳排放60%（以10万吨沥青混合料为例，可减少二氧化碳排放450吨），减少氮氧化物排放70%，减少沥青烟排放90%，改善施工环境，减少对现场人员和周边环境的危害。

12应用实例

12.1实例一

辽宁丹东至海城高速公路路面工程，韩宝寺分离式隧道，左线

K89+980-K91+480，单幅长1.5公里，右线YK89+880-YK91+530，单幅长1.65公里，隧道内摊铺采用沥青混合料温拌工艺，改善了施工环境，提高了工程质量，取得了很好的施工效果，2011年9月交工检测各项指标均符合设计要求。

12.2实例二

辽宁阜新至盘锦高速公路项目路面工程，海棠山隧道起始桩号为

Z2+075-Z5+600、Y2+095-Y5+603.897，单幅全长3.5公里，主要施工内容为SBS 中粒式改性沥青混凝土(LAC-20)中面层、SBS改性沥青玛蹄脂碎石混合料表面层(SMA-13L)，采用沥青混合料温拌工艺，改善了施工环境，节省了通风设备的投入，提高了施工效率，取得了很好的施工效果，2013年7月交工检测各项指标均符合设计要求（见图16）。

图16 阜盘高速公路海棠山隧道施工

12.3实例三

阜新至盘锦高速公路北延伸线路面工程，设计桩号K0+000～K15+430.112，北延伸线南环互通立交、北环互通立交、阜新镇枢纽,主要施工内容为粗粒式沥青混凝土下面层（LAC-25），SBS中粒式改性沥青混凝土(LAC-20)中面层、SBS 改性沥青玛蹄脂碎石混合料表面层(SMA-13L)，由于9月下旬和10月份气温较低，为保证工程质量，延长有效施工时间，采用沥青混合料温拌工艺，有效延长施工一个月，压实效果显著（见图17、18），取得了很好的施工质量，避免了工程跨年交工和延期增加的费用，2013年10月底交工检测各项指标均符合设计要求。

芯样很多针眼

图17 热拌沥青混合料芯样图18 温拌沥青混合料芯样