东南里隧道进口路面热雪防滑系统浅谈

【摘要】我国北方气侯严寒，积雪不化，高速公路路面结冰湿滑，极易发生交通事故。本文主要介绍图珲高速公路第02合同段东南里隧道进口路面发热电缆热雪防滑系统的设计原理、施工及其它领域的应用。通过介绍东南里隧道进口试验段路面防滑系统，进一步阐述应用于我国严寒地区的路面、桥面、其他领域等等。

【关键词】 严 寒发热电缆路 面热雪防滑施 工

中图分类号：U416文献标识码： A

1工程概况

图们至珲春段高速公路02合同段起讫桩号为K352+800～K369+700,全长16.87597Km，跨图们、珲春两市，区内属于内陆近海型气候，冬季严寒，初雪发生于10月中旬，终雪在翌年4月，日极端最低气温分别是：图们-27.2℃、珲春-32.5℃，历年最大积雪深：图们48cm、珲春53cm。工程项目主要有东南里隧道、黄家店隧道、板石隧道、黄家店沟高架桥、板石沟高架桥、羊草甸子沟高架桥、凉水互通、石头河大桥、小桥、涵洞、通道、改河改路及路基挖填方、路面底基层、基层、面层等。

东南里隧道左幅中心桩号LK363+140，长1410m；右幅中心桩号RK363+205，长1290m，为双幅分离式隧道。洞内路面采用水泥混凝土路面和复合式路面。

2 路面热雪防滑系统浅谈

2.1出发点

全球气侯变化无常，极端天气极易发生。冬天可能瞬间就鹅毛飞雪，此时行驶在高速公路上的司机的视线清晰度降低，车辆从外面进入隧道后导致视觉由明到暗的变化，加上积雪压实不化，假设车距控制不好，刹车不及时，很容易发生侧滑、追尾、撞车等交通事故，严重影响行车安全。高速公路上人工清理积雪的难度大，安全系数低，时效低。所以在严寒地区推广路面热雪防滑系统很有必要。

2.2 施工原理

发热电缆系统由发热电缆、温度感应器（温控探头）和温度控制器三部分组成。本项目是以隧道的永久电为能源、发热电缆为发热体，将全部的电能转换为热能，安装温控器来控制温度。当温度达到设定值后，温控器停止工作，断开发热电缆的电源，发热电缆停止加热，当路面温度低于温控器设定值时，温控器又开始启动，接通发热电缆的电源，开始加热，这样往复运行，将路面的积雪化解并从边沟排出。此系统是模拟地暖原理，进行融雪处理。

东南里隧道进口路面试铺了100m（洞内50m+洞外50m），加热电缆运行时电缆表面温度在40-60℃，不会造成沥青软化。电缆上面再铺一层φ1mm直径3×3cm的钢丝网，用来传递热量。

2.3 施工长度考虑因素

项目部在东南里隧道进口路面配合业主进行了发热电缆热雪防滑系统试验段的施工。施工前首先要确定铺设长度。既要考虑经济效益，又要能达到融化积雪的目的。铺设长度受环境温度、应急长度、3s车辆行程和“雪坎”效应的影响。现分析如下：

2.3.1环境温度影响

首先查阅图们、珲春常年不同时间段的温度变化资料。分析自开工到施工前隧道口内外温度的现场资料。见下图1～图4：

图1温湿度计布设断面图图2外界大气百叶窗布设图

图3隧道洞外大气温度曲线图

图4隧道洞内大气温度曲线图

根据数据分析得出：当进入隧道600m～800m时，低于零度的天数只有几十天。隧道外面的冷空气随车辆进入隧道，冷热空气对流，热量中和，车流量导致冷热交换频率加大，隧道内部的温度会有所降低，防滑长度应变长点。但是如果铺设了发热电缆，随着温度升高，防滑长度应变短些。

2.3.2 安全距离

由于雪天路滑，车辆刹车与路面的摩擦系数变小，隧道洞口段成为交通安全防范的重点，应该设置安全距离，计算公式如下：

V2=2asa=μg

式中：V是设计行车速度，本项目隧道内取80km/h,a为加速度，等于路面与轮胎摩擦系数μ乘以重力加速度g。查阅相关资料得到摩擦系数μ：干燥沥青路面摩擦系数是0.6，雨天是0.4，下雪后的路面降至0.28，结冰的路面则降低至0.18。使用加热电缆系统，路面积雪融化而变得干燥，则摩擦系数变大，为安全起见，摩擦系数μ取干燥与雨天的中间值（0.6+0.4）/2=0.5，重力加速度取10m/s2。这样计算出的安全距离：

S=（80×103×80×103）/（2×0.5×10×3600×3600）=49.38 m

2.3.3 3s车辆行程

根据《公路隧道设计规范》中第4.3.5条规定：设计高速公路隧道时，考虑停车视距，隧道洞内外各3s设计速度行程长度范围平面线形一致。则东南里隧道内3s行车速度行程为：80×103×3/（60×60）=66.67 m

2.3.4“雪坎”效应

通过对图珲三个标段的隧道调查发现：雪天在风的影响下，会有一部分雪刮入洞内，形成一道坎；或者是由于行驶的车辆进入隧道时车轮所夹带的部分积雪掉落导致，成为“雪坎”。此现象基本在进洞内30m-40m范围内有。

综合上面四种因素，得知隧道洞内负温长度和发热电缆的铺设长度关系并不大。发热电缆是为了融雪化冰，隧道洞内深处虽然温度低，但是不存在积雪，就不会出现结冰，不需要做加热防滑处理。所以分析得出：

东南里隧道进口路面试验段发热电缆铺设长度为100m（其中洞外50m+洞内50m），完全满足隧道口路面热雪防滑的需求。

2.4 施工及注意事项

2.4.1在水泥混凝土路面上用混凝土切缝机在表面刻1.5cm宽×1cm深的小槽，这样做的目的是为了把电缆卡在固定的位置，热量分散均匀，且电缆不会因车辆的辗压而受到破坏。东南里隧道进口段设计为复合式路面：4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+水泥混凝土。发热电缆寿命约在50年左右，沥青路面的寿命约15年就需要翻修。故本项目的发热电缆铺在水泥混凝土上是最佳方案。

2.4.2将提前准备好的电缆依次在小槽里铺满。如果施工天气很冷，可将电缆适时加热后施工，保证不低于-5℃。注意别把电缆线拉的太紧，因为路面施工完后年复一年的受外界温度、车流量等的影响，会发生变形而使电缆线受力过大影响到其使用寿命。本项目发热电缆加热功率每平方200瓦、300瓦可自主选择，洞口重要地段的纵向5m范围内采取单、双向回路控制使每平方增加至600瓦，见下图5、图6：

图5隧道外铺设发热电缆图6隧道内铺设发热电缆

2.4.3 铺好的电缆线用线卡和水泥钉固定在小槽内。同样，温控器/温控电缆与测温元件/测温电缆的铺设方法同发热电缆。

2.4.5 为了更好的保护发热电缆，在铺好的电缆上面搭接并绑扎固定一层直径为φ1mm间距是3×3cm的钢丝网。钢丝网上面的施工同其他复合路面施工工艺一样。

2.4.6 在隧道洞口外铺设发热电缆时，应将其和温控电缆一同从路面板的边缘进入路肩部分，用PVC管包裹起来引入隧道内。隧道里面，是从路面板边缘进入边沟，从底下绕过去后进入电缆槽接控制器。见下图7～图9：

图7隧道洞外发热电缆铺设示意

图8隧道洞内发热电缆铺设示意

图9铺好后的纵向剖面图

2.4.7 发热电缆在整个施工过程应做到“三检两测”。第一次检测是在电缆安装前请专业人士进行电阻和绝缘检测，冷线与发热线一定要用接线盒连接，整根电缆之间接头部分最易出问题，接头部分采用铆接、刷锡连接后分别隐藏在凹槽内，再用耐温绝缘密封胶灌实，保证接头部分的牢固和抗压；第二次检测是请专业人士在发热电缆安装完成后再次检测下。因施工现场人员复杂，不规范的操作、行为等都会损坏电缆；第三次检测是在钢筋网铺好后再请专业人士检测下是否有损坏；第一次自测是在钢筋网铺好后，清理现场并接通电源，运行10分钟左右，看是否存在安装或质量问题；第二次自测是在路面彻底施工完毕后看是否运行正常。

3路面热雪防滑系统性价比

采用此系统预算对比：隧道增加约2496元/m，路面增加约2896元/m。隧道部分的铺装功率是每平方100W, 铺设长度50m，面积1570m2，，总功率为100W×1570m2,即157KW；路面部分的铺装功率是每平方300W，本项目为双向四车道，单洞车道总宽度7.5m(3.75m×2)，铺设面积为700m2，总功率为300W×700m2,即210KW。隧道与路面总功率合计157+210=367KW，电费按0.5元/KW・h计算，整个系统每小时用电费用：367×0.5=183.5元，每年电费约183.5×24×30×6=79.27万元（东北地区按6个月，180天考虑）。

此系统有效地节省了大量的人力、机械施工，又避免了铲雪车、化冰盐对路面的影响，每年减少损失约600万元。可见此系统值得借鉴。使用系统后现场实际温度的测试如图10、图11：

图10洞外加热温度测试图11洞内加热温度测试

4其他领域的应用

热雪防滑系统在我国其他领域也被应用，可见其有很大的潜在提升空间。比如严寒地区的路面、桥面、机场等等都有所应用。

4.1 严寒地区路面

乌鲁木齐市徽商酒店附近快速通道铺设了发热电缆，路面雪融化快，还防止了路面的结冰。此技术既可以人工控制也可以自动控制。人工控制就是当地面气温达到结冰的温度时，工作人员去现场勘察后打开安装在桥柱上的开关，雪化后再关上开关；自动控制就是将发热电缆调试到最节能的状态，在每年第一场雪时做一次维护，就可以开启自动模式了。

4.2严寒地区桥面

哈尔滨文昌立交桥是我国第一座铺设了“电加热温控融雪技术”的桥梁，并取得了良好的效果。铅笔粗细的发热电缆“弓”字形结扎在直径8~10毫米的钢筋网上。系统可通过人工或者自动控制电路的接通，自动控制时，系统通过铺设在路面的探头获取环境温度、湿度信息，判断是否需要接通电路。同时，也可以设成常开、常关状态。故障根源查找很便捷，通过先进的仪器可以探测到地下电缆的损坏点，把损坏点圈定在0.3平方米的范围内，挖开地面就能快速找到故障并解决。

4.3机场屋面

沈阳桃仙国际机场扩建工程新航站楼屋面天沟融雪工程二期扩建工程采用的就是单导可裁式发热电缆，运行效果良好。

如果能将发热电缆热雪防滑系统应用于光能源或风能源丰富的严寒地区，不仅充分利用了资源，还可以快速融化冰雪、减少交通事故、降低成本并达到预期的效果，非常值得借鉴。

5 总结与体会

通过对图珲高速公路02合同段东南里隧道进口路面热雪防滑系统的介绍，让我们深入了解了其施工原理、具体施工方案、经济效益性。图珲高速公路自通车至今四年多，此段路面没有发生积雪冰冻，有效地保证了高速公路行车安全。

总之，随着我国经济的发展，发热电缆热雪防滑系统已经在办公楼、学校、酒店、体育馆、道路、桥梁、机场等各各领域有所应用。因此，发热电缆热雪防滑系统技术有着很广泛的应用前景。

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