包家山隧道洞周濕滑返潮機制及防治對策

朱緒飛，雷 甲，胡 平

(陜西省交通建設集團公司，西安 710075)

0 引言

包家山特長公路隧道投入運營后，每到夏秋季節(jié)，隧道內(nèi)洞壁及路面上便會出現(xiàn)水汽凝結現(xiàn)象，形成一層薄薄的水膜，直接影響到高速公路行車安全，同時對隧道內(nèi)機電設施運行及結構混凝土耐久性也會產(chǎn)生不良影響。隧道濕滑返潮現(xiàn)象涉及到氣象學、水文地質及交通安全工程等相關學科，國內(nèi)外學者對此問題的研究尚未真正開始，相關的基礎理論尚未建立。隨著我國隧道工程的迅猛發(fā)展，隧道安全運營將被提上議事日程。該課題的研究及應用旨在分析洞周濕滑機制，提出對策。

1 工程概況

包家山特長隧道為包茂高速公路小(河)至(安)康段的控制工程，全長11.2 km，穿越了南秦嶺山脈的青山和玉皇山，地形崎嶇、地勢險要、山高溝深、植被茂密。全隧共穿越斷層37條、大型褶皺帶3處、涌水段25處，地質構造復雜、地層巖性多變、洞身巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育、富水性較強。隧道圍巖以片巖、千枚巖為主，在隧道中段有層狀灰?guī)r分布。工程地理位置見圖 1［1］。

包家山隧道進口標高為539.7 m，出口標高為677.4 m。受青山、玉皇山(海拔1 361 m)影響，進出口氣候差異較大。區(qū)內(nèi)氣候為涼亞熱帶山地氣候，1月平均氣溫0.6℃，7月平均氣溫 23.7℃，年平均氣溫12.2℃，極端最高氣溫37.4℃，極端最低氣溫 －12.6℃。年降水量為800～950 mm，雨季一般集中在7—9月，具有春寒、伏旱、夏洪、秋澇的特點。

圖1 包家山特長隧道地理位置Fig.1 Profile of Baojiashan extra-long tunnel

該隧道進出口位于圓曲線上，線路縱斷面為人字坡，進口坡度為1.95%，出口坡度為0.6%。隧道凈寬10.25 m，隧道限高 5.0 m，設計速度為 80 km/h。隧道設置了總長3 883m(含3座斜井、1座豎井及相應的送排風道等)的通風工程。隧道于2006年4月30日開工建設，2009年5月28日建成通車。

2 洞周濕滑情況

包家山特長隧道通車后，隨著炎熱夏季的來臨，洞內(nèi)空氣濕度趨向飽和。洞外氣溫不斷升高，隧道洞壁出現(xiàn)雨露狀水滴(見圖2)，混凝土路面返潮濕滑，部分路面出現(xiàn)水汽凝結現(xiàn)象，形成一層薄薄的水膜，給正常運營管理帶來很大隱患，嚴重影響道路行車安全。

圖2 隧道洞壁水滴Fig.2 Dews on the tunnel wall

通過觀察，隧道洞周濕滑多發(fā)生在每年的6月上旬至9月上旬。洞外溫度達到40℃、洞內(nèi)相對濕度達到92%以上時，除兩端洞口各有300～400m路段比較干燥外，其余路段均出現(xiàn)濕滑返潮現(xiàn)象，且越接近隧道中部，濕滑返潮現(xiàn)象越劇烈。發(fā)生時段一般為13:00—16:00比較嚴重。從洞外氣候條件分析，在晴天天氣愈炎熱，洞內(nèi)濕滑現(xiàn)象愈嚴重。

3 返潮機制分析

2009年8 月，在隧道內(nèi)外安設了7個溫度計和濕度計并進行全年不間斷觀測;同時，委托專業(yè)氣象部門，在隧道內(nèi)外建立5個自動氣象觀測站，每小時自動采集溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降雨等氣象數(shù)據(jù)。所采集到的溫度年變化記錄見圖3。從圖3中可以看出:洞外溫度越高、洞內(nèi)相對濕度越大，隧道內(nèi)濕滑返潮現(xiàn)象越嚴重。在濕滑最嚴重地段做覆蓋實驗(將濕滑段用噴燈烤干，用棉被覆蓋)，2 d后，覆蓋部位未返潮。由此初步判斷:特長隧道內(nèi)出現(xiàn)的路面濕滑現(xiàn)象，是由于洞外濕熱空氣進入洞內(nèi)冷卻后“結露”所致。影響洞周濕滑主要因素分析如下。

1)該隧道為超長隧道，洞內(nèi)通風指標偏低。包家山隧道單洞長11.2 km且進出口均處于曲線段，目前尚未實施原設計的縱向分段式抽排通風，僅依靠射流風機縱向接力式完成。

2)該隧道為富水隧道，自身濕度過大。包家山隧道地處陜南秦巴山區(qū)，年降水量為800～950 mm，加之巖體構造發(fā)育、地表水與地下水聯(lián)系緊密。根據(jù)地下水流量觀測，本隧道地下水日排泄量高峰值可達10萬m3，為隧道洞周濕滑提供了基本條件。

3)洞內(nèi)擁有的泄水沉砂池加劇了濕滑程度。包家山隧道在建設后期，為了治理巖溶地段發(fā)生的涌泥涌沙地質災害，在隧道中部2個主洞間設置了3處泄水沉砂池，總長1 100 m，貯藏水體12 007 m3。根據(jù)觀察，該路段也是包家山隧道發(fā)生返潮濕滑最嚴重路段，說明泄水沉砂池的存在加劇了主洞返潮濕滑。

4)結構設計對隧道濕滑返潮具有不利影響。該隧道拱墻為模筑混凝土襯砌，底部為混凝土路面，隧道兩側邊墻鋪設了3m高的裝飾磁磚，這些都限制了隧道自身的吸濕能力。對隧道內(nèi)有無襯砌以及水泥混凝土路面與瀝青混凝土路段進行比較，顯示裝飾磁磚、水泥混凝土襯砌及混凝土路面對隧道濕滑返潮具有不利影響。

圖3 包家山隧道溫度年變化記錄Fig.3 Annual fluctuation of temperature of Baojiashan tunnel

4 處治對策

經(jīng)過2年多的不間斷氣象觀測和分析研究，初步認為包家山特長隧道內(nèi)出現(xiàn)的洞周、路面濕滑現(xiàn)象是由于洞外濕熱空氣進入洞內(nèi)冷卻后“結露”所致。據(jù)此，提出以下措施，以減輕洞周路面濕滑程度，減少行車安全事故的發(fā)生。

1)加強隧道通風，改善洞內(nèi)空氣濕度，防止或減輕洞周濕滑現(xiàn)象的出現(xiàn)。依據(jù)包家山隧道返潮濕滑的實際情況，在隧道中增加射流風機數(shù)量，在豎(斜)井中配置射流風機引自然風，同時開啟所有橫洞卷閘門，使2個主洞內(nèi)風流自然循環(huán)，實現(xiàn)“以自然風為主、機械風補充”的通風模式，提高通風、換氣標準，最大限度排除洞內(nèi)濕氣。

2)在混凝土路面刻槽，及時引流路面積水，提高路面抗滑能力。隧道返潮濕滑的最大危害是路面濕滑引起交通事故，針對混凝土路面抗滑能力不足的情況，分路段對原混凝土路面進行了刻槽處理、增加振動標線，對保證行車安全效果明顯。

3)實行必要的交通管制以減少交通事故的發(fā)生。在道路通行條件不良(濕滑、隧道進口光線不足)的前提下，絕大部分交通事故是由超速超載造成的，所以通過在隧道內(nèi)利用可變情報板、設置減速振蕩標線、隧道內(nèi)道路狀況提示及減速指示牌等措施進行必要的交通管制，能有效降低交通事故的發(fā)生概率。

5 結束語

包家山隧道洞周、路面濕滑現(xiàn)象是由于洞外濕熱空氣進入洞內(nèi)冷卻后“結露”所致。經(jīng)過多次研究論證并采取有效處治措施，效果初步顯現(xiàn)。隨著我國隧道工程的迅猛發(fā)展，類似的問題將會愈來愈突出，其成因、預防和處治措施仍需要進一步研究探索。

［1］ 陜西省交通建設集團公司.關于包家山隧道涌水處治及路面濕滑治理專家咨詢會議紀要［R］.西安:陜西交通建設集團公司，2009.