中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
隧道在建成之后，在合適的設(shè)計、施工和維修管理條件下，應(yīng)具有良好的承載性、耐久性和使用壽命。但由于隧道結(jié)構(gòu)物自身的特殊性，在施工及營運(yùn)過程中受到諸如地質(zhì)條件、地形條件、氣候條件和設(shè)計、施工、營運(yùn)過程中各種因素的影響，致使其在長期的使用過程中出現(xiàn)各種各樣的病害。隧道病害不但使隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到一定程度的破壞，安全可靠性降低，影響隧道作為快速安全交通通道的使用功能，同時隧道結(jié)構(gòu)后期修復(fù)花費(fèi)了大量的資金，這顯然與建設(shè)隧道的初衷相違背。
當(dāng)前，許多已建隧道出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)裂損、空洞、變形、錯臺、滲漏水等病害，大大降低了隧道的使用功能，威脅到其在運(yùn)營中的安全。
據(jù)對6000多座公路隧道的統(tǒng)計資料發(fā)現(xiàn)，約占總數(shù)1/3的隧道已存在著襯砌結(jié)構(gòu)裂縫和滲漏水等病害，出現(xiàn)的病害問題更多、更嚴(yán)重，病害產(chǎn)生原因更復(fù)雜。隧道襯砌裂損將使整個隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不同程度的破壞，使襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性降低。而隧道滲漏水則會造成襯砌開裂并使原有裂縫發(fā)展變大，加速襯砌的損壞。這些損傷如果不能及時得到檢測和維修，輕則影響行車安全和縮短隧道的使用壽命，重則導(dǎo)致隧道突然破壞和坍塌。一旦發(fā)生安全事故，會造成很大的輿論壓力和社會壓力，后果非常嚴(yán)重。因此，建立隧道病害安全監(jiān)測和健康評估體系必要且緊迫。
運(yùn)營隧道健康評價體系
隧道健康評價是指通過運(yùn)用系統(tǒng)工程的基本思路與原理，對存在的有害、有風(fēng)險的因素以及可能導(dǎo)致的危險后果及危害程度進(jìn)行尋找、判斷、解析、預(yù)警，預(yù)測和綜合評價系統(tǒng)或工程中存在的危險性，并根據(jù)風(fēng)險等級，提出科學(xué)合理的安全對策措施，并指導(dǎo)建議對危險源進(jìn)行監(jiān)控，預(yù)防事故發(fā)生，從而有效地降低事故率、減少損失以及獲得最優(yōu)的安全投資效益。
評價指標(biāo)直接影響評價體系的準(zhǔn)確性，指標(biāo)太多，干擾評價結(jié)果；指標(biāo)過少，缺乏足夠的代表性，帶來片面性影響。通過對隧道結(jié)構(gòu)病害檢測資料的統(tǒng)計，依據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計各種影響因素引起襯砌損傷的數(shù)量以及襯砌病害的分布特征，獲得各主要影響因素引起襯砌病害的比重。也可運(yùn)用層次分析法原理，將運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價體系，自下而上地分解為若干個層次，形成一個包含多個評價子項目多級評價指標(biāo)的分層次評價系統(tǒng)（圖1）。
隧道營運(yùn)期間結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)是一個外延清楚、內(nèi)涵模糊的“灰色系統(tǒng)”，影響因素眾多，即包含定性因素，又包含定量因素，各因素相互聯(lián)系、相互影響。綜合考慮隧道的自身模糊性，對隧道營運(yùn)期間結(jié)構(gòu)的安全性評價體系宜采用多級模糊綜合方式來評判（圖1）。
運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)
我國《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（J T GH12-2015）規(guī)定：經(jīng)常檢查/定期檢查是指一般性定性檢查，按規(guī)定頻率對土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況進(jìn)行全面檢查；專項檢查/長期監(jiān)測是指對嚴(yán)重不良地質(zhì)地段、重大結(jié)構(gòu)病害或隱患處，開展運(yùn)營期長期監(jiān)測，對其結(jié)構(gòu)變形、受力和地下水狀態(tài)等進(jìn)行長期觀測。
經(jīng)常檢查/定期檢查 經(jīng)常檢查內(nèi)容主要包含隧道襯砌的裂縫、錯臺、起層、剝落以及排水設(shè)施的破損、堵塞、積水和結(jié)冰等。而定期檢查是系統(tǒng)掌握隧道的基本技術(shù)狀況，采取徒步的目視檢查為主，配備必要的檢查工具或設(shè)備。
專項檢查/長期監(jiān)測 根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H12-2015）中對專項檢查內(nèi)容的規(guī)定如表1所示，而運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)安全的主要監(jiān)測項目有：圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、初支鋼拱架應(yīng)變監(jiān)測、二襯結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測和錨桿軸力監(jiān)測。
監(jiān)測設(shè)備與技術(shù)
監(jiān)測儀器 如圖3所示，目前隧道運(yùn)營監(jiān)測中采用的傳感器系統(tǒng)：差動電阻式傳感器系統(tǒng)；振弦式傳感器系統(tǒng)；光纖光柵傳感器系統(tǒng)。對于特殊地質(zhì)條件、復(fù)雜環(huán)境、潛在災(zāi)害源等方面的原因（如地裂縫、斷層、巖溶等），荷載將逐漸向二襯轉(zhuǎn)移，二襯也由隧道建成之初的安全儲備逐漸過渡為承載單元。
故對特殊地段，隧道長期安全性監(jiān)測的重點(diǎn)應(yīng)放在隧道的主體支護(hù)結(jié)構(gòu)（圖4），即二襯來判斷隧道在營運(yùn)期間的安全狀況。接觸壓力和二襯內(nèi)力，對于巖溶隧道，襯砌所受水壓力也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。同時，選擇少量斷面布置錨桿軸力計和多點(diǎn)位移計。
光纖傳感技術(shù) 該技術(shù)比傳統(tǒng)方法更適合在惡劣的隧道環(huán)境下工作和進(jìn)行長距離、大面積的遠(yuǎn)程監(jiān)測（圖5），正逐漸發(fā)展成一個貫穿隧道施工與運(yùn)營兩大階段的、長短期相結(jié)合的科學(xué)監(jiān)測手段。
石梯溝隧道健康評價
京昆高速公路綿廣段石梯溝隧道于2002年竣工，經(jīng)過幾年的運(yùn)營，存在多種病害：襯砌背后空洞、襯砌裂縫、滲漏水等問題，為確保隧道結(jié)構(gòu)安全，對隧道進(jìn)行健康評估。
襯砌裂縫病害評價 裂縫寬度采用D J C K-2智能裂縫測寬儀進(jìn)行測量，測量位置選取裂縫最寬處，如果目測不出，則多測幾次取最大值。測量時將顯微探頭掃描裂縫，儀器屏幕即顯示寬度數(shù)值，數(shù)值精確到0.01毫米，現(xiàn)場檢測如圖6所示。
檢測得出結(jié)果：右線裂縫共計56條，分別分布在左襯砌、右襯砌及隧道拱部，裂縫寬度主要分布在1毫米＜b≤2毫米之間，占總量的62%（圖7）；左線裂縫共計51條，分別分布在左襯砌、右襯砌及隧道拱部，所有裂縫寬度經(jīng)統(tǒng)計在0毫米＜b≤1毫米之間的為21條，占總量的41%，裂縫寬度在1毫米＜b≤2毫米之間的為22條，占總量的43%。左、右線隧道裂縫病害判定等級為1A，即結(jié)構(gòu)存在破壞，可能會危及行人、行車安全，應(yīng)準(zhǔn)備采取對策措施。
為了準(zhǔn)確地探明隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，采用鉆芯取樣的方法對隧道襯砌、路面及隧道基礎(chǔ)進(jìn)行抽樣評估。鉆芯取樣布置如圖8所示（CQ代表襯砌、LM代表路面、SJ代表隧道基礎(chǔ)；綿陽側(cè)為起始點(diǎn)、廣元側(cè)為終點(diǎn)；綿陽→廣元方向隧道記為右線，廣元→綿陽方向隧道記為左線）。
隧道路面及右線襯砌強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，但隧道基礎(chǔ)及右線襯砌抽樣點(diǎn)強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求。抽樣點(diǎn)隧道基礎(chǔ)、襯砌及路面厚度均滿足設(shè)計要求如圖9。
隨后，又采用地質(zhì)雷達(dá)對石梯溝隧道進(jìn)行了探測，根據(jù)隧道現(xiàn)場實際情況，在石梯溝隧道內(nèi)左右拱腰（距路面約6米）、邊墻（距路面約1.36米）、拱頂共布設(shè)8條測線，其中，左線布置L Z-1、L Z-2、L Z-3、L Z-4測線，右線布置LY-1、LY-2、LY-3、LY-4測線。雷達(dá)時間剖面可以真實、全面地反映地下介質(zhì)的變化情況，保證資料的質(zhì)量。經(jīng)檢測，隧道8條測線均存在不同程度的襯砌背后脫空情況。
對各測線的脫空區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計分析，脫空區(qū)的分布情況如圖10所示。統(tǒng)計各部位脫空情況如圖12所示。石梯溝隧道襯砌脫空長度分布情況如圖11中散點(diǎn)所示。
一些建議
筆者認(rèn)為，建立隧道運(yùn)營期間的實時監(jiān)測及評價體系，能及時高效保證隧道營運(yùn)期間結(jié)構(gòu)的安全；長期進(jìn)行安全性監(jiān)測，重點(diǎn)應(yīng)為隧道主體支護(hù)結(jié)構(gòu)，即二襯來判斷隧道在營運(yùn)期間的安全狀況；充分運(yùn)用光纖傳感技術(shù)，特別是在惡劣的隧道環(huán)境下遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測；考慮隧道自身模糊性，對運(yùn)營隧道健康評價體系采用多級模糊綜合方式。
在安全監(jiān)測方面應(yīng)做到設(shè)計可行、安全檢查合理化、長期監(jiān)測全面化和監(jiān)測技術(shù)智能化；在健康評價方面應(yīng)做到病害判斷科學(xué)化、評價指標(biāo)多級化、模糊綜合化和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化；
在病害處治方面應(yīng)做到精準(zhǔn)發(fā)力、高效便捷和持久耐用。( 來源: 《中國公路》 作者：文/ 圖 長安大學(xué) 謝永利 王亞瓊 )
