随着世界经济的快速发展,我国交通基础设施的建设规模日益扩大,国内公路隧道的数量、长度不断增加,长大跨江海公路隧道的建设也开始大规模投入建设。如上海、南京、武汉、重庆等城市的长江隧道,厦门海底隧道,青岛海底隧道,大连海底隧道都已相继开工,这类工程建设技术难度大、投资成本高,其建设水平与运营质量对我国交通基础设施建设领域的发展影响深远。其中隧道大纵坡沥青路面结构特性分析与研究是跨江海隧道工程建设的关键技术之一,而国内外专家对隧道大纵坡沥青路面的研究甚少,多数还仅局限于小坡度沥青路面的结构设计、材料组成范围,并且有很多的实体工程表明现有研究成果在高速公路越江隧道长大纵坡路段并不合适,尤其是在交通量大,重超载繁多的地段。亟待研究长大纵坡隧道沥青路面结构受力性能演变规律,实现隧道路面结构性与功能性的一体化设计,提高隧道路面结构耐久性、安全性和舒适性,对加快跨江海隧道路面结构设计科技化进程具有重要的推动作用。论文以国家863项目为支撑,以武汉长江隧道工程为背景,根据长江隧道路面交通流量大、坡陡路滑的特点和钢筋混凝土路面板为基层的沥青路面结构形式,系统研究了温度变化、坡度大小、荷载速率、刚度值突变及层间粘结条件等因素对隧道路面结构剪应力、弯拉应力和结构变形的影响规律,确定了路面结构性能指标及材料参数的最佳控制范围,提出了大纵坡、刚性基层条件下隧道沥青路面的典型结构形式。本研究成果是国家863项目“抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术”的研究内容之一。本文各项研究工作及成果整理如下:1.本文调查分析了国内外隧道路面的气候环境、交通条件、路面结构形式、材料组成与道路服役性能等资料,重点阐述了大型跨江海隧道路面材料、结构特点及其存在的问题,提出跨江海隧道路面结构使用性能与功能要求。2.以武汉长江隧道工程为背景,根据现有环境气候、交通流量,建立大纵坡、刚性基层条件下的隧道路面结构非线性三维有限元模型,研究温度条件、坡度大小、刚度值突变、荷载速率、层间粘结条件等因素对隧道路面结构剪应力、弯拉应力分布及结构变形的影响规律,优化了隧道路面结构组合层次,提出典型隧道路面结构及其相关性能指标与材料参数的取值最佳范围;3.本文提出的隧道大纵坡典型路面的沥青面层既是保证隧道路面结构抗滑、阻燃、降噪的功能层,还是增大路面结构刚度,提高路面抗车辙能力的重要结构层;4.研究表明大型跨江海隧道大纵坡沥青路面结构及材料应满足如下条件:1)隧道路面沥青面层的合理厚度应在7～15cm范围内,其中沥青上面层厚度h₁≥4cm,弹性模量E₁≥800MPa;2)要求坡度为6%及以上的隧道大纵坡沥青复合路面上面层沥青材料抗剪强度应大于1.0MPa,下面层沥青材料的弹性模量E₂≥2000MPa;3)对沥青面层较薄的长江隧道大纵坡刚性基层沥青路面复合结构层间,应采用均匀撒布高粘性沥青油的粘结方式,以提高路面结构整体性和结构传力的均匀性。