中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。
隧道在建成之后，在合適的設計、施工和維修管理條件下，應具有良好的承載性、耐久性和使用壽命。但由于隧道結構物自身的特殊性，在施工及營運過程中受到諸如地質(zhì)條件、地形條件、氣候條件和設計、施工、營運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構的穩(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，同時隧道結構后期修復花費了大量的資金，這顯然與建設隧道的初衷相違背。
當前，許多已建隧道出現(xiàn)了結構裂損、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構裂縫和滲漏水等病害，出現(xiàn)的病害問題更多、更嚴重，病害產(chǎn)生原因更復雜。隧道襯砌裂損將使整個隧道結構的穩(wěn)定性造成不同程度的破壞，使襯砌結構的可靠性降低。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。
運營隧道健康評價體系
隧道健康評價是指通過運用系統(tǒng)工程的基本思路與原理，對存在的有害、有風險的因素以及可能導致的危險后果及危害程度進行尋找、判斷、解析、預警，預測和綜合評價系統(tǒng)或工程中存在的危險性，并根據(jù)風險等級，提出科學合理的安全對策措施，并指導建議對危險源進行監(jiān)控，預防事故發(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。
評價指標直接影響評價體系的準確性，指標太多，干擾評價結果；指標過少，缺乏足夠的代表性，帶來片面性影響。通過對隧道結構病害檢測資料的統(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。也可運用層次分析法原理，將運營隧道結構健康安全評價體系，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的分層次評價系統(tǒng)（圖1）。
隧道營運期間結構的安全狀態(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，對隧道營運期間結構的安全性評價體系宜采用多級模糊綜合方式來評判（圖1）。
運營隧道結構安全監(jiān)測技術
我國《公路隧道養(yǎng)護技術規(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)定頻率對土建結構的技術狀況進行全面檢查；專項檢查/長期監(jiān)測是指對嚴重不良地質(zhì)地段、重大結構病害或隱患處，開展運營期長期監(jiān)測，對其結構變形、受力和地下水狀態(tài)等進行長期觀測。
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、剝落以及排水設施的破損、堵塞、積水和結冰等。而定期檢查是系統(tǒng)掌握隧道的基本技術狀況，采取徒步的目視檢查為主，配備必要的檢查工具或設備。
專項檢查/長期監(jiān)測 根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護技術規(guī)范》（JTG H12-2015）中對專項檢查內(nèi)容的規(guī)定如表1所示，而運營隧道結構安全的主要監(jiān)測項目有：圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、初支鋼拱架應變監(jiān)測、二襯結構應力監(jiān)測和錨桿軸力監(jiān)測。
監(jiān)測設備與技術
監(jiān)測儀器 如圖3所示，目前隧道運營監(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、復雜環(huán)境、潛在災害源等方面的原因（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)測的重點應放在隧道的主體支護結構（圖4），即二襯來判斷隧道在營運期間的安全狀況。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重點關注。同時，選擇少量斷面布置錨桿軸力計和多點位移計。
光纖傳感技術 該技術比傳統(tǒng)方法更適合在惡劣的隧道環(huán)境下工作和進行長距離、大面積的遠程監(jiān)測（圖5），正逐漸發(fā)展成一個貫穿隧道施工與運營兩大階段的、長短期相結合的科學監(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，為確保隧道結構安全，對隧道進行健康評估。
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，即結構存在破壞，可能會危及行人、行車安全，應準備采取對策措施。
為了準確地探明隧道支護結構的施工質(zhì)量，采用鉆芯取樣的方法對隧道襯砌、路面及隧道基礎進行抽樣評估。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；綿陽側為起始點、廣元側為終點；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度滿足設計要求，但隧道基礎及右線襯砌抽樣點強度不滿足設計要求。抽樣點隧道基礎、襯砌及路面厚度均滿足設計要求如圖9。
隨后，又采用地質(zhì)雷達對石梯溝隧道進行了探測，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中散點所示。
一些建議
筆者認為，建立隧道運營期間的實時監(jiān)測及評價體系，能及時高效保證隧道營運期間結構的安全；長期進行安全性監(jiān)測，重點應為隧道主體支護結構，即二襯來判斷隧道在營運期間的安全狀況；充分運用光纖傳感技術，特別是在惡劣的隧道環(huán)境下遠程結構安全監(jiān)測；考慮隧道自身模糊性，對運營隧道健康評價體系采用多級模糊綜合方式。
在安全監(jiān)測方面應做到設計可行、安全檢查合理化、長期監(jiān)測全面化和監(jiān)測技術智能化；在健康評價方面應做到病害判斷科學化、評價指標多級化、模糊綜合化和規(guī)范標準化；
在病害處治方面應做到精準發(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 謝永利 王亞瓊 )
