1、旧沥青路面再生研究的现状与工艺杨建明,杨仕教,熊韶峰,何建(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001)摘要:旧沥青路面再生利用是一项新的沥青路面修筑技术,它具有节约材料、降低沥青路面造价及保护资源,可以减少废旧沥青路面对环境的污染与破坏作用. 目前世界各国都非常重视,我国也是如此,随着我国首条高速公路(沈大高速公路,1988 年建成) 即将进入维修时期,废旧沥青路面再生利用日益迫切. 文章分析了国内外旧沥青路面再生研究的现状与工艺,分析了旧沥青路面再生混合料的设计及施工工艺,提出我国实行旧沥青路面再生工作的迫切性和意义.关键词:旧沥青路面;沥青混合料;再生剂;再生沥青中图分类号:U
2、416. 217 文献标识码:ATechnology and Actualities of Recycled Mixture forOld Asphalt PavementYANG Jian - ming ,YANG Shi - jiao ,XIONG Shao - feng ,HE Jian(School of Architectural Engineering ,Resource and Environment ,Nanhua University ,Hengyang 421001 ,Hunan ,China)Abstract : The technology of recycling o
3、ld asphalt pavement is new ,which sawes raw materials ,cut down the cost and reduce pollution and destruction of environment . Nowadays foreign coun2tries value it very much ,so does china. The first highway (shenyang - Dalian ,built in 1988)ofour country will enter its maintenance period. The recyc
4、ling of old asphalt pavement is urgentlyneeded. In this paper the actualities of recycled mixture of old asphalt pavement ,the designand construction technology of reclaimed mixture of old asphalt pavement are analyze. The ur2gency and significance of the recycling work are persented.Key words :old
5、asphalt pavement ; asphalt mixture ; recycling agent ; reclaimed asphalt前言旧沥青路面再生利用,是上世纪70 年代发展起来的路面修复与修筑新技术,它具有节约材料,降低路面造价及保护资源,减少废旧沥青路面对环境污染,具有明显经济效益和社会效益. 近年来世界各国相继开展了广泛的沥青路面再生试验研究,如美国80 %废旧沥青路面得到重复利用,而日本70 %路面采用旧沥青路面再生技术修筑. 我国也从上世纪70 年代以来开始先后对旧沥青路面再生利用技术的可行性、经济合理性和实际应用方面进行了大量的试验研究,山西、湖南、湖北、甘肃省相继
6、开始旧沥青路面再生试验路的铺筑,上世纪90 年代以来由于大规模公路建设,旧沥青路面再生工作处于停滞状态. 2000 年又在沈大高速公路营口段开展旧沥青路面再生试验1 ,东南大学等针对我国沥青路面状况试制A 型再生剂23 ,在沥青再生剂、再生沥青路面修筑方面取得大量成果. 随着我国高等级公路相继进入维修期,旧沥青路面再生试验研究非常迫切.1 旧沥青路面再生机理分析旧沥青路面的再生利用,是将旧沥青路面经过加热、翻挖、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺. 旧沥青路面在车轮荷载作用下,承受着压应力、剪应力、拉应力等动
7、静荷载,并且沥青路面长期暴露于自然,因此受到各种自然因素如氧、阳光、温度、水、风等自然力的作用,致使混合料中的沥青、骨料的性能发生物理、化学变化,并最终表现为沥青混合料内沥青粘度增大、老化和集料的细化作用.沥青在路面中受到自然因素作用后,就会导致沥青组分“移行”,即沥青质相应增加,从而导致沥青老化、粘度增加,而随着粘度的增长,沥青的针入度、延度及软化点也会发生有规律的变化,同时导致沥青性能下降. 旧沥青再生的机理研究目前有两种理论4 ,一种理论是“相容性理论”,该理论从化学热力学出发,认为沥青产生老化的原因是沥青胶质物系中各组分相容性降低,导致组分间溶度参数差增大. 如能掺入一定的再生剂使其再
8、生技术有必要进行深入、系统研究. 如2000 年沈大高速公路营口段再生试验1 ,黄晓明等23 针对克拉玛依AH - 70 沥青研制出A 型再生剂(轻油与增粘树脂的混溶物) 等,表明我国公路科研、生产单位也开始重视高等级公路旧沥青路面再生技术的研究.随着我国沥青路面高等级公路的发展,特别是许多高等级路面已经或即将进入维修改建期,大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃,一方面造成环境污染,另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏国家来说是一种资源的浪费,而且大量的使用新石料,开采石矿会导致森林植被减少,水土流失等严重的生态环境破坏,因此,对沥青路面旧料再生技术有必要进行深入、系统的研究.3 旧沥青路面再生技
9、术研究与工艺3. 1 沥青再生剂研究国内外大量资料显示,降低沥青粘度有效的方法是向其中加入低粘度的油分. 我国80 年代初期所使用的再生剂就是石油工业生产出来的轻质油如润滑油、柴油、机油、减压油等或者它们的混合物,当时主要是针对我国渣油路面或中轻交通量公路而言,再者加入的轻质油在自然环境容易产生共聚、缩分,从而导致沥青路面的老化. 针对这种情况,东南大学黄晓明等23 针对克拉玛依AH- 70 沥青研制出A 型再生剂(轻油与增粘树脂的混溶物) ,使旧沥青的粘度降低,针入度、延度提高. 改善了老化沥青的路用性能. 国外的再生剂的主要采用石油工业生产低粘度油分和树脂.3. 2 阳离子乳化沥青应用研究
10、阳离子乳化沥青在旧沥青路面再生过程中主要作为再生剂使用,在我国应用广泛,主要适用中轻交通沥青路面再生改造,如云南省、甘肃省、湖北省、江苏淮阜路都是采用乳化沥青冷法再生沥青路面工艺58 ,都获得成功.3. 3 再生沥青混合料设计再生沥青混合料主要由旧沥青混合料、再生剂、新集料、新沥青按比例混合而成,因此其配合比设计与普通的新拌沥青混合料有所不同. 但其基本设计原理和思路与普通沥青混合料设计基本一致. 设计过程中首先要满足路用性能要求3. 3. 1 设计过程中要注意的问题1) 应具有抵抗施工过程中和自然困素引起老化的能力,具有较长的使用服务期;2) 应尽可能性地利用旧沥青、提高旧沥青掺配率,从而有
11、效地降低工程成本,产生显著的经济效益;3) 应考虑施工的方便性,易于生产、拌和以及摊铺压实.3. 3. 2 再生沥青混合料设计步骤设计时应根据交通量和道路等级、自然气候条件、旧沥青路面材料的现状、施工方法等要素确定混合料类型. 再生沥青混合料配合比设计步骤如图1 所示.图1 再生沥青混合料配合比设计过程示意图Fig. 1 Diagram of reclaimed asphalt mixture grade de2sign procedure1) 旧沥青混合料的评价通常包括:沥青含量;回收沥青的物理性能指标(粘度、针入度、延度、软化点等) ;回收沥青的化学组分;集料的级配.2) 再生沥青的标号选
12、择再生沥青标号的选择,应根据气候条件、再生混合料所处层位、施工方法、施工季节及各地经验等因素来确定,并满足公路沥青路面设计规范(JTJ014 - 97) 沥青标号的要求. 在已知再生沥青的粘度的情况下,可通过将回收的老化沥青与再生剂试配的方法来确定再生剂量的掺量,即将不同掺量的再生剂与老化沥青溶合,测得针入度、粘度,找到能满足再生沥青要求的掺量.再生沥青的性能应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ032 - 94) 中附录C 路用材料质量要求. 在控制再生沥青混合料中的沥青性能时应控制好再生剂加入到老化沥青中的性能2 . 如再生沥青混合料的沥青性能预期达到标号AH - 70的沥青性能,在考虑再
13、生剂加入到老化沥青中的性能指标时应以AH - 70 为标准. 同时加入新沥青的标号也以AH - 70 为宜.3) 新集料的级配再生沥青混合料集料级配组成与普通混合料不同,再生料的级配是由旧料和新料混合组成的,旧料级配是已知的,新料是未知的,可以用图解法、试算法、计算机程序法等计算掺配比例以确定新集料的级配.4) 再生混合料的最佳沥青用量再生沥青混合料的最佳沥青用量是保证混合料具有最好的路用性能的沥青用量. 普通沥青混合料最佳沥青用量的确定主要有经验公式法和马歇尔试验法. 再生沥青混合料的最佳沥青用量确定也可采用经验公式法和马歇尔试验法.5) 目标配合比验证按我国普通沥青混合料配合比设计规范要求
14、,在完成上述步骤后,还应进行水稳定性检验、高温稳定性检验. 对再生沥青混合料来说,还应增加低温性能检验9 . 因为再生沥青混合料的劈裂强度往往达不到要求,而劈裂强度在很大程度上反应了混合料的抗弯拉性能和低温性能.6) 生产配合比的调试通常热拌沥青混合料的设计包括三个阶段:目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段. 再生沥青混合料的室内试验和实际施工状况有很大的差异,路面品质好坏很大程度上还是取决于实际施工中的控制,所以在完成目标配合比设计后,还应认真进行生产配合比设计和验证工作.3. 4 再生沥青混合料施工工艺再生沥青路面的施工按温度可分为热法施工和冷法施工. 按施工工艺可分
15、为表面再生法、厂拌再生法和路拌再生法.表面再生法,是用红外线加热装置将原路面表面以下一定深度范围内的旧沥青混合料加热到一定温度,使混合料达到可塑状态后,用翻松机将混合料翻松,然后碾压机将混合料碾压成型. 这种方法施工简便,特别适于老化不太严重,但平整度较差的路面. 在美国广泛应用于路面养护.路拌再生法,是将路面混合料在原路面上就地翻挖、破碎,再加入新沥青和新骨料,用路拌机原地拌和,然后碾压机将混合料碾压成型. 这种方法主要应用于冷法施工中,且新添加的结合料是乳化沥青,这种方法对设施要求较低,生产成本不高,但同时再生路面的品质不是最好的,目前该方法使用较少,主要是用于等级低的道路或铺筑基层使用.
16、厂拌再生法,就是将旧沥青路面经过翻挖后运回拌和厂,再集中破碎,和再生剂、新沥青材料、新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的混合料,铺筑成再生沥青路面. 其中新加沥青、再生剂与旧混合料的均匀充分融合是关键问题,在设计施工工艺中应充分考虑拌和机械设备.除此外,美国Cyclean 公司在洛杉矶采用微波加技术,完全使用回收的旧沥青路面生产热拌混合料. 这种热拌混合料与新的沥青热拌混合料相比,质量相同,但费用却只有新混合料的2P3. 这种方法是使用微波. 当旧沥青路面经过破碎、筛分、预热去水分后,然后将旧沥青路面送入微波炉加热,使沥青加热到149 ,沥青结合料既不会燃烧也不会焦化,同时也可减少对环境
17、的污染. 加入再生剂使沥青恢复原来状态. 在拌和机内将再生剂、沥青和集料重新拌和得到在化学和物理性质上与新沥青混合料接近的热拌混合料. 实践证明是可行的. 上世纪70 年代在美国还发展起来的旧沥青路面的现场铣削再生工艺,即用撒料车将所需要的水泥均匀地撒布在待修的旧沥青路面,接着铣削机对旧沥青路面进行铣削,然后将它们加水捣碎、拌匀,平地机摊平沥青与水泥的混合料,使路面成型,再用压路机碾压. 根据英国、奥地利、德国的经验,利用掺水泥的旧沥青路面现场铣削再生利用来修复沥青路面,其造价比传统沥青铺筑方法低20 % - 30 %.4 展望随着我国高等级沥青路面维修量不断增加,对旧沥青路面再生技术有必要加
18、强理论研究,探讨适应高等级公路旧沥青路面再生技术与施工工艺,开发合适高等级公路用的再生剂和机械设备,从节约材料及资源、降低公路造价、保护环境,减少废旧沥青路面对环境的影响方面,旧沥青路面再生技术与工艺研究很有必要.参考文献:1 李建才. 沥青回收与再生J . 东北公路,2001 ,24 (3) :2223.2 黄晓明,赵永利,江臣. 沥青路面再生利用试验分析J . 岩土工程学报,2001 ,23(4) :468471.3 江臣,黄晓明. 高等级公路沥青路面再生剂的研制J . 江苏交通科技,2001 , (5) :8 - 10.4 严家亻及. 道路建筑材料M . (第三版) . 北京:人民交通出
19、版社,1999.5 解林. 旧路再生十五年的实践与认识J . 甘肃科技,1998 , (4) :3335.6 刘嘉棚,张贤康. 沥青路面旧料再生利用技术研究J . 云南公路科技,1995 , (3 ,4) :6669.7 张学刚,吕伟民. 冷法再生沥青路面的试验研究J .石油沥青,1993 , (1) :811.8 吕伟民,葛荣銮,倪云清,等. 冷法再生沥青路面结构与工艺的研究J . 华东公路,1998 , (5) :7174.9 刁文治,姚国强. 高等级沥青路面再生技术的研究J . 天津市政工程,2001 ,13(4) :16.10 Thomas W Kennedy , Weng O Tam
20、 , Mansour Solaimanian.Effect of reclaimed asphalt pavement on binder propertiesusing the superpave system research report 1250 - 1 R .U. S. A : center for transportation research , the universityof texas ,1998.X标题：隧道盾构叠交施工技术初探bonny 转载 隧道盾构叠交施工技术初探【摘要】上海外滩轨道观光隧道是第一条较长距离的水底观光游览隧道，采用国内直径最大的7.76m铰接式土压平
21、衡盾构掘进机施工，穿越黄浦江时与两条上海地铁二号线隧道相交，施工工况及其复杂和严峻。本文重点介绍隧道股份运用 构叠交施工领域的空白。【关键词】铰接式盾构 隧道施工 专家系统 叠交技术 实时监控1概述1.1工程概况 上海外难轨道观光隧道工程东起陆家嘴地区东方明珠电视塔西侧的浦东出入口竖井，西至南京路外滩(陈毅塑像北侧)绿化带内的浦东出入竖井，全长64670m(详见图1L隧道外径776m，内径676m，每环由6块钢筋混凝土管片组成，管片环宽为12m，每环管片中没标准块4块、拱底管片1块及封顶块1块，管片拼装形式采用纵向半插入式，管处接缝防水采用EPDM多孔型橡胶止水带和水膨性弹性密封垫。 图1 外
22、滩观光隧道纵剖面示意 隧道轴线为空间复合曲线：平面为U形曲线，隧道起始为186,872m的直线，经46478m的缓和曲线后，进入2400m，只二400m的平曲线，然后经113727m的缓和曲线回到59623m的直线；纵剖面是U型竖曲线，上下坡度均为48，坡段长度分别为113350m及233350m，黄浦江中设240m、半径R2 500m的竖曲线连接。 盾构掘进施工先后穿越浦东防汛墙、亲水平台、黄浦江江底、地铁二号线上下线隧道上部、浦西防汛墙及地下管线等。其中江底浅覆土仅为567m，在i甫西防汛墙19mx 39m箱体内与地铁二号线上下行线区间隧道成51度21分，斜交，并从其上部穿越，与上、下行线
23、净距分3，J为157m及218m(详见图2)，形成了盾构施工史上少有的“三龙过江”工况。盾构穿越地铁二号线的上、下行线，其施工难度极高： 图2 外滩观光隧道穿越地铁二号线示意 (1)采用7650mm铰接式土压平衡盾构施工，国内尚无铰接式盾构施工先例； (2)隧道轴线为空间曲线，其坡度达到48(地铁隧道最大坡度为32）。同时，轴线要求控制在50mm以内； (3)外滩观光隧道与地铁二号线上行线隧道的最小间仅为157m，且滞后地铁二号线隧道施工仅3个月左右，隧道尚处于稳定状态。12地质情况况 沿线隧道将穿越三种不同的地段；浦东岸边段越1层渴黄色粘土、1-1层灰色粘土、1-2层灰色粉粘土；江中段穿越1
24、-1层灰色粘土、1-2层灰色粉质粘土；浦西岸边段穿越层灰色淤泥质粘土、1-1层灰色粘土、1-2层灰色粉质粘土。隧道大部分下卧层为灰色粉质粘土，各土层主要物理力学性质指标详见表1。 表1 各土层主要物理力学性质指标2 7650mm铰接式土压平衡盾构21 主要技术参数 外滩观光隧道首次采用法国FCB土压平衡式铰接盾构掘进施工，与地铁中使用的法国FCB盾构的区别是增加了铰接部分。盾构的主要技术参数详见表2。 表2盾构的主要技术参数 盾构机中部的铰接部分为盾构机关键部位。盾构总长8935m，其中切口至铰接为4900m，铰接至盾尾为4035m，盾构前后段采用12台千斤顶铰接连接，是一种道轨式铰接，机身一
25、侧为铰接的阳部，另一侧为铰接的阴部，上下最大伸出距离为667mm，左右最大伸出距离为267mm。铰接机构所允许的最大角向移动为：水平方向20度，垂直方向105度。22盾构铰接部分对轴线控制和管片拼装的作用 铰接盾构是自前国际上先进的盾构机械设备，它能方便地控制盾构掘进轴线。通常盾构由于受到盾构总体长度、切口支承环、盾尾、千斤顶伸出长度及管片形式的影响，使盾构的直径、长度比例受到限制，这对中小型盾构的影响特别明显，因为盾构的长度和直径比越大，灵敏度蹬，对盾构高程及平面控制难度越高，并使盾构对周边扰动范围扩大，但采用铰接盾构就能比较容易克服以上困难，因为盾构切口至支承环、支承环至盾尾都是活体，它能
26、根据掘进轴线、管片与盾尾的四周空隙来调整切口至支承环和支承环至盾尾的夹角，从而达到控制盾构的高程及平面，并使盾构对周围的扰动范围大大减少。 铰接盾构容易保护管片并防止碎裂。盾构掘进中，管片碎裂和漏水是比较常见的通病，主要原因是盾构掘进与管片夹角过大。如掘进过程中盾构、管片轴线偏高时，盾构向下掘进很容易拉坏上部管片外弧，如外弧拉坏、止水槽损坏，橡胶止水带就起不了止水效果，管片就容易滴水和渗水。但采用了铰接盾构，就能克服以上困难，因为铰接盾构的盾尾是一个活体，在掘进过程中能根据盾尾和管片四周间隙不断调整它们之间的间隙，并根据高程和平面的测量报表和这片间隙，最大限度地使盾构调整到轴线位置。 铰接是一
27、个活体，在进过程中与刀盘联锁，当刀盘转动时，铰接千斤顶锁定，当刀盘停止转动时，铰接千斤顶呈自由体，管片对盾尾的应力释放，使盾尾改善受力状态，从而使管片不被挤压坏，以达到保护管片，减少漏水的目的。3盾构出洞施工技术3.1地基加固 隧道出洞口中心标高为-1168m，隧道断面所处地层为砂质粉土。出洞时在深层搅拌桩隔水帷幕的前提下，采用拉森钢板桩结合分层注浆，且在原隔水帷幕外增加9排深层搅拌桩加固的方法进行地基加固(详见图3)，以避免呈流性砂质粘土在凿除洞门混凝土时涌人工作井内。另外，为防止在洞门混凝土块吊除时产生水土大面积流失现象，在洞门混凝土凿除的位置打人侧向管子并注入适量聚胺酯。图3 盾构出洞地
28、基加固示意32 土舱内充填粘土 为防止盾构出洞时正面土体的流失，在盾构切口前端距离钢板桩10cm处，利用螺旋机反转法向盾构的正面土舱灌注粘土，使土压力达1kPa/cm平方米。33 完善盾构后盾支撑体系 当第一环闭口环管片脱出盾尾后，立即进行后盾支撑的安装。用56#工字钢设置型支撑，并用中609mm的钢管支撑轴向传力至井壁。这样，盾构出洞推进时千斤顶的油压及区域有较大的选择范围，以控制盾构出洞时的轴线。后盾支撑完善后，在盾构推进时，密切观察后靠的变形情况，防止变形过大而造成的破坏。 铰接式土压平衡盾构在国内属首次应用，对此种盾构轴线控制的标准尚无成文规定。外滩观光隧道属国内第一条观光隧道，为确保
29、其使用功能，对其轴线控制提出了高程平面均需控制50mm以内的严格要求。34 注浆量控制 观光隧道管片在脱出盾尾后存在着上浮现象，从而引起隧道轴线上浮，其上浮量与同步注浆量有直接关系，管片脱出盾尾后的上浮量随着注浆量的增加而增加，反之，上浮量则减少并出现下沉现象。浆液在某种程度上对上述土体2的损失率有一定的互补性，但要经过一个阶段后才能体现出来，在同样注浆量的情况下，管片上浮量与盾构掘进中土体扰动有很大关系，扰动范围越大，上浮量越大(详见图4)。 图4 注浆量与隧道轴线波动关系35 土压力设定 管片脱出盾尾后的上浮量达到一定值后开始稳定，这点可以从连通管测量中看出(详见图5).但当时的注浆量还不
30、能控制地面沉降，其主要原因为土压力设定值过低。 图5 46环高速连通管监测变化曲线 观光隧道盾构不同于地铁隧道盾构，其刀盘开口率要比地铁盾构大，观光隧道盾构开口率为63(地铁盾构为35)。因此，在设定土压力时接近主动土压力，并通过地面测量的及时反馈来调整土压力，一般将盾构切口前方的地面隆起量控制在4-6mm左右。4 盾构穿越叠交点施工技术 浦西防汛墙施工时考虑到地铁两条隧道穿越防汛墙，故留有一条39m宽循构穿越孔，其外侧为桩，39m范围内为12m短桩。而观光隧道在浦西防汛墙施工时并没设置预留孔，因此必须在地铁隧道上部152m、短旺底部15-16m的范围内穿越，此范围土层已受地铁隧道穿越扰动而处
31、于非稳定状态。为此，在施工中采取如下措施：41地基加固 在整个施工过程中，先对二号线上下行线底部进行加固，使其能够承受观光隧道盾构进入时的压及盾构向下的侧向分力对上下行线的影响。42盾尾注浆 盾构穿越过程中及时注浆并加固脱出盾尾4环后的管片上部，通过注浆使其固结，从而克服因观光隧道上浮及地铁隧道上部负载不够而造成的地铁隧道上浮。 当观光隧道上部有一定的承受力后，可利用注浆加固克服地铁隧道的上浮情况，使其受扰动的土体得到改良并增加承载力。43 外滩观光台的沉降监测 根据外滩观光平台的实际情况，分别布置沉降监测点(详见图6）。 图6 外滩观光平台沉降监测点布示意图 盾构在施工过程中，依据观光平台的
32、沉降监测数据，及时优化调整各类施工参数，最终将观光隧道沉降控制在30mm以内。5 盾构进洞施工技术 盾构进洞盾构逐渐靠近洞门混凝土上开设观察孔，以加强对其变形和土体的观测；并控制好推进时的土压力设定值。在盾构切口距洞门2050cm处停止盾构推进，同时尽可能掏空土仓内的泥土，使切口正面的土压力降到最低值，从而确保封门混凝土吊除的施工安全。在洞门混凝土吊除后，在洞口安装一套止水环板和止水条，以减少水的流失和浆液从洞口流出，同时，盾构掘进采取连续推进和管片拼装，大大缩短了盾构进洞时间，实现了洞门土体不坍方。 由于工作井尺寸的限制，长约89m的盾构进洞不能一次完成，要分两步进行。盾构工作井底层沿隧道轴线线长78m，当盾构切口环(包括大刀盘及其驱动装置)进人工作井后，将切口环与支撑环分离，吊出切口环后，采取措施恢复盾构的推进功能，将盾构全部推人工作井。 盾尾脱出洞圈后及时封闭洞门，用弧形钢板将其与洞圈焊接成一个整体，洞门封好后立即用双液浆和聚胺酯将管片和洞圈
