第1章　緒論

1.1　課題的提出及研究意義

20世紀90年代后，我國道路交通建設進入了高速發展時期，高速公路、隧道、橋梁等工程不斷增多，截至2011年，我國公路、鐵路隧道共計9000多座，總長度8000多km，居世界第一位。隨著我國快速發展的公路建設從平原逐漸向山區轉移，山嶺公路隧道的建設規模越來越大，如2011年3月東北地區最長的公路隧道海棠山隧道全線貫通，2010年4月我國第一條海底隧道全長為8.695km的廈門翔安海底隧道建成通車，2007年1月建成亞洲第一、世界第二全長為18.02km的秦嶺終南山隧道，還有如中梁山隧道、大溪嶺隧道、二郎山隧道、華鎣山隧道、九頂山隧道、飛鶯嶺隧道等著名的山區隧道。世界最長的公路隧道為挪威萊爾多隧道，全長為24.5km。另外，我國也是一個多河流國家，為減少橋梁對航運的干擾，減少氣候對通行的干擾，現在我國越江跨海工程越來越多地采用水底公路隧道方案，尤其在大城市表現得尤為突出，典型代表如1994年通車的全長1.238km的廣州珠江隧道，2003年通車的全長2.66km的南京玄武湖隧道，2005年通車的全長2.2km的上海翔殷隧道，2006年通車的全長3.09km的深港西部通道深圳隧道，2011年9月湘江建成總長8.5km首條過江隧道。

隨著公路隧道的不斷涌現和隧道交通量的增大，隧道火災發生的頻率也逐漸增大。據國外統計，公路火災發生頻率約為0.71107輛/公里，隧道內火災發生頻率約為0.331107輛/公里。隧道中的火災是一個國際性難題，在世界上許多國家均發生過非常嚴重的隧道火災事故。隧道火災造成隧道設施和隧道整體結構的嚴重毀壞，引起短則數小時、長則幾天甚至更長時間的道路交通中斷，并嚴重威脅人們的生命和財產安全，造成無法估計的經濟損失。當隧道內發生火災時，大量的煙、熱不易排出去，洞內煙霧彌漫，照明也遭到破壞，能見度下降；同時伴有高溫和毒氣，給安全疏散和救援工作帶來很大困難；隧道火災同時也給路面帶來很大的破壞。

公路隧道內路面處于一個相對封閉的環境中，因而外界大氣環境的變化對其影響并不顯著，但隧道內半封閉的環境又對路面的建設和使用提出了其他特殊要求，歸納起來有以下幾方面。

（1）要求具有一定的耐油性和阻燃性，避免交通及火災事故損失的增加。

（2）要求施工性能良好，施工環境溫度不宜過高，有毒氣體排放少。

（3）要求抗滑性能好，防止交通事故的發生。

（4）要求噪聲低、灰塵小，提高行車舒適性，并防止交通事故的發生。

（5）要求適應于隧道內潮濕的使用環境，防止因地下水的上侵而導致的路面結構破壞與防滑性能降低。

（6）要求具有優良的耐久性能，盡量減少隧道內路面的維修，同時，還應要求隧道路面鋪裝具有快速修復能力。

歐洲大多數國家的公路隧道采用瀝青路面，日本大多數公路隧道采用水泥路面，我國《公路隧道設計規范》（JTG D70—2014）規定各級公路隧道路面可采用水泥混凝土路面，有條件時，可采用瀝青混合料上面層與水泥混凝土下面層組成的復合式路面，必要時可采用阻燃性良好的瀝青路面類型。相對于水泥混凝土路面，瀝青路面屬于柔性路面，抗壓彈性模量約為水泥混凝土路面的一半，具有一定的吸收汽車動荷載產生的振動，無伸縮縫，行車相對平穩，噪聲小，以及良好的抗滑性能、快速修復等特點，因而在國內許多高速公路隧道中得到廣泛的應用。但是瀝青混凝土也有其缺點，主要體現在以下兩個方面：

第一，施工時能源消耗高，廢棄物排放多。特別是近年來為了進一步提高路面性能，大量使用改性瀝青，在進行隧道（特別是長隧道）熱拌瀝青混合料施工過程中，使瀝青混合料的拌和及壓實溫度大大提高，從而導致能源消耗更多，煙塵等廢棄物排放更多。據試驗測試：在生產瀝青混合料的過程中，溫度每升高10℃，每1t混合料將多產生0.9kg的CO2排放量。這些煙塵在隧道相對封閉的環境下很難有效排放，不僅會增加施工難度，還會對施工人員的身體健康造成不良影響。如何保留熱拌瀝青混合料良好性能，克服其施工時的環境污染重、能耗大、瀝青老化等問題，一直是道路工程師想要解決的問題。

第二，混凝土中的瀝青作為一種有機高分子材料，具有明顯的可燃性。瀝青的燃燒同樣是一個放熱、分解的復雜物理化學過程，燃燒中分解出氫、甲烷、苯及烷烴類易燃氣體。這些氣體的燃燒又進一步加快了瀝青的熱分解，所以瀝青火災來勢猛、擴展快、范圍廣、損失大。當半封閉性的隧道內發生重大交通事故時，瀝青可溶解于或部分溶解于露出的汽油、煤油、柴油或其他有機溶劑中而參與燃燒過程，隨即產生的大量煙霧（圖1.1和圖1.2）嚴重影響救援，加劇了人民生命財產損失。由于瀝青具有可燃性，在隧道工程中，特別是大型公路隧道中使用存在一定的火災安全隱患。

為解決瀝青混合料上述缺點，溫拌技術和阻燃技術應運而生。近年來，溫拌技術發展迅速，產品種類繁多，但從其實現原理來看主要有3類（化學添加劑、有機添加劑、泡沫體系），它們的代表性產品分別為表面活性劑法（Evotherm）、有機添加劑法（Sasobit）、瀝青-礦物法（Aspha-min），國外較為廣泛地應用這3種溫拌技術[1，2]，國內研究較多的是基于表面活性劑法的溫拌技術，但是，總的來說國內對于3種溫拌技術還處于研究階段，沒有廣泛應用。我國對于瀝青混合料的阻燃性能研究很少，目前有一些瀝青阻燃劑專利，因此研發用于隧道路面的溫拌阻燃改性瀝青混合料，對改善隧道瀝青路面材料路用性能、改善施工環境、保障施工人員身體健康、節能環保、提高隧道交通安全性能、消除交通事故隱患具有重要的現實意義。