漫談礦山法隧道技術(shù)第十六講
——建立“預(yù)防管理”為主的綜合維修管理體制

關(guān)寶樹(shù)

(西南交通大學(xué)， 四川 成都 610031)

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漫談礦山法隧道技術(shù)第十六講
——建立“預(yù)防管理”為主的綜合維修管理體制

關(guān)寶樹(shù)

(西南交通大學(xué)， 四川 成都 610031)

強(qiáng)調(diào)隧道維修管理的基本原則——“早期發(fā)現(xiàn)，預(yù)防維護(hù)”，會(huì)取得事半功倍的效果。指出為了建立預(yù)防管理體制，必須解決3個(gè)問(wèn)題： 1)明確維修管理中對(duì)隧道性能的要求，建立性能管理目標(biāo)； 2)確立能夠獲得準(zhǔn)確情報(bào)的檢查、調(diào)查方法； 3)建立模式化的隧道變異原因推定方法，確立變異基準(zhǔn)。結(jié)合日本的經(jīng)驗(yàn)，分別闡述了上述3個(gè)問(wèn)題： 1)維修管理中對(duì)隧道性能的要求——確保能夠安全通行的空間，應(yīng)控制變異在結(jié)構(gòu)物剩余壽命容許范圍之內(nèi)。2)確立能夠獲得準(zhǔn)確情報(bào)的隧道檢查、調(diào)查方法，目前日本隧道檢查、調(diào)查方法正向著省力化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化和電子化等“四化”方向發(fā)展； 介紹了表面劣化、表面缺陷、內(nèi)部缺陷、襯砌背后空洞、凈空位移和形狀變化等的調(diào)查及量測(cè)技術(shù)，例如隧道檢測(cè)車、隧道襯砌連續(xù)打擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高速鉆孔系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)和3D激光掃描等設(shè)備及技術(shù)； 同時(shí)介紹了利用這些檢查結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)物的耐久性進(jìn)行診斷，決定是否采取對(duì)策及采取什么對(duì)策的系統(tǒng)。3)隧道變異的類型及變異強(qiáng)度的判定基準(zhǔn)及判定模型。以日本石川縣隧道維護(hù)管理為例，介紹其基本觀點(diǎn)： 1)在隧道中不考慮壽命； 2)劣化預(yù)測(cè)主要是對(duì)采取對(duì)策前壽命的預(yù)測(cè)； 3)介紹預(yù)防維護(hù)管理的方法、健全度評(píng)價(jià)及對(duì)策標(biāo)準(zhǔn)。最后強(qiáng)調(diào)： 對(duì)我國(guó)而言，最重要的是徹底改變“重使用，輕維護(hù)”的事后管理方法和體制，建立起與“隧道大國(guó)”相適應(yīng)的管理體制和方法。

隧道； 礦山法； 預(yù)防管理； 維修管理； 隧道性能； 變異； 調(diào)查； 判定基準(zhǔn)

0 引言

目前高速鐵路修建了大量的隧道工程應(yīng)該接受既有隧道的修建經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真總結(jié)已運(yùn)營(yíng)隧道中存在的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)開(kāi)始就應(yīng)把隧道的維修管理問(wèn)題考慮在內(nèi)，確立“最低限度維修”或“少維修”的設(shè)計(jì)原則，在施工中切實(shí)做到“技術(shù)到位”不留下潛在的缺陷，在運(yùn)營(yíng)中建立“預(yù)防管理”的維修管理體制。本文重點(diǎn)說(shuō)明“預(yù)防管理”中的一些問(wèn)題。

這里所謂的“預(yù)防管理”，就是以預(yù)防為主的管理體制。以前的隧道維修管理，幾乎都是采取事后對(duì)策，即事故發(fā)生后或變異發(fā)生后才采取對(duì)策進(jìn)行管理的方法。以預(yù)防為主的維修管理體制，就是一邊進(jìn)行檢查，一邊針對(duì)可能發(fā)生的變異進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，預(yù)防變異發(fā)生的管理體制。隧道維修管理的一個(gè)基本原則就是： 早期發(fā)現(xiàn)、預(yù)防維護(hù)，這會(huì)取得“事半功倍”的效果。但在隧道這樣黑暗、潮濕的環(huán)境條件下，早期發(fā)現(xiàn)隧道變異是極為困難的。

1)早期發(fā)現(xiàn)。隧道變異的發(fā)生一般都是有前兆的，早期發(fā)現(xiàn)這些前兆，并做出正確的判定，及時(shí)處理可能發(fā)生的變異，是當(dāng)前各國(guó)進(jìn)行隧道維修管理的基本前提，這一點(diǎn)對(duì)我國(guó)隧道維修管理具有重要的意義。早期發(fā)現(xiàn)—正確診斷—推定變異發(fā)生的原因應(yīng)該成為我國(guó)進(jìn)行隧道維修管理的重要內(nèi)容。

2)預(yù)防管理。包括2個(gè)方面： ①判斷如果不進(jìn)行處理可能發(fā)生變異的情況； ②變異已經(jīng)發(fā)生的情況。對(duì)于前者，應(yīng)立即采取預(yù)防變異發(fā)生的維護(hù)對(duì)策防止其發(fā)生； 對(duì)于后者，應(yīng)毫不遲疑地采取對(duì)策進(jìn)行處理，拖延處理只會(huì)使變異繼續(xù)發(fā)展，最后可能導(dǎo)致隧道各種事故的發(fā)生。實(shí)踐證明： 出現(xiàn)了變異，就要及時(shí)處理，會(huì)收到事半功倍的效果。隧道是修筑在地下的線狀結(jié)構(gòu)物，也是以隱蔽工程為特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)物，周邊圍巖動(dòng)態(tài)及環(huán)境條件十分復(fù)雜，即使進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，有時(shí)也很難充分掌握隧道的變異狀態(tài)。當(dāng)變異有發(fā)展趨勢(shì)或在變異發(fā)生的初期階段，只要采取一些簡(jiǎn)單的措施就可解決問(wèn)題，但如果變異在發(fā)展過(guò)程中，就必須采取強(qiáng)有力的措施了。

為了建立預(yù)防管理體制，必須從根本上解決以下3個(gè)問(wèn)題： 1)明確維修管理中隧道性能的要求，建立性能管理目標(biāo)； 2)確立能夠獲得準(zhǔn)確情報(bào)的檢查、調(diào)查方法； 3)建立模式化的隧道變異原因推定方法，確立變異基準(zhǔn)。

1 維修管理中對(duì)隧道的性能要求

近年來(lái)，以國(guó)際化為背景，基于性能規(guī)定的設(shè)計(jì)體系化得到很大發(fā)展，其中維修管理階段的綜合型管理方法也在開(kāi)展之中。以下說(shuō)明針對(duì)隧道結(jié)構(gòu)物長(zhǎng)壽命化進(jìn)行的性能核查型管理方法在隧道中的應(yīng)用情況。

隧道維修管理的目標(biāo)和功能見(jiàn)表1。目標(biāo)主要有2點(diǎn)： 1)確保能夠安全通行的空間，即使發(fā)生變異也要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和不發(fā)生危害使用者安全的事態(tài)； 2)應(yīng)控制變異在結(jié)構(gòu)物剩余壽命容許范圍之內(nèi)。

表1 隧道結(jié)構(gòu)物的目標(biāo)和功能

為了能夠進(jìn)行精細(xì)化的預(yù)防管理，日本把基本性能與施工方法聯(lián)系在一起，對(duì)礦山法隧道的性能進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化，結(jié)果見(jiàn)表2。這種細(xì)化實(shí)質(zhì)上也是對(duì)隧道設(shè)計(jì)、施工和維修管理的基本要求。

2 檢查、調(diào)查方法的確立

進(jìn)行維修管理必須以運(yùn)營(yíng)中獲得的“情報(bào)”為基礎(chǔ)。因此，需要什么樣的情報(bào)、如何獲取和利用這些情報(bào)、并把它反饋到隧道維修計(jì)劃中是非常重要的。我國(guó)與國(guó)外其他國(guó)家在維修管理方面的差距，主要表現(xiàn)在這方面。日本在鐵路隧道維修管理中規(guī)定的調(diào)查項(xiàng)目和方法見(jiàn)表3。

一般來(lái)說(shuō)，過(guò)去都是利用高空作業(yè)車用人力目視或錘擊的方法進(jìn)行的隧道檢查，雖然實(shí)用，但效率低、情報(bào)質(zhì)量差，特別是難以獲得襯砌背后圍巖狀況的情報(bào)。因此，目前在一些國(guó)家，特別是隧道比較多的日本，隧道維修管理的檢查、調(diào)查方法正向著四化(省力化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化、電子化)方向發(fā)展。即： 1)在黑暗、潮濕的環(huán)境中減輕作業(yè)強(qiáng)度和提高安全性的技術(shù)(省力化)； 2)降低因檢查人員能力差而引起檢查精度離散的技術(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化)； 3)迅速恢復(fù)運(yùn)營(yíng)限制的技術(shù)(高速化)； 4)提高調(diào)查情報(bào)共享、保存效率的技術(shù)(電子化)。我國(guó)也正在著力解決以上問(wèn)題，但力度不足。

表2 細(xì)化后隧道的基本性能(礦山法、公路)[1]

表3 鐵路隧道的變異調(diào)查項(xiàng)目和方法[2]

2.1 表面劣化的調(diào)查技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，調(diào)查表面劣化狀況可采用目視素描、表面攝影等方法。最近幾年通過(guò)連續(xù)對(duì)襯砌表面進(jìn)行攝影，并用畫像處理方法提煉出變異展開(kāi)圖的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。測(cè)定方法已經(jīng)從過(guò)去的激光方法發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)方法。激光測(cè)定是把激光光線照射到隧道壁面，利用其反射光的強(qiáng)弱，獲得捕捉襯砌表面狀況的畫像，可在比較暗的條件下攝影。而數(shù)碼相機(jī)是采用輸入相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)(CCD)電子畫像的方法進(jìn)行攝影的，攝影時(shí)一般需要照明； 此技術(shù)是把量測(cè)器和微機(jī)等數(shù)據(jù)處理裝置搭載在專用檢測(cè)車上，這在鐵路隧道、公路隧道和水工隧道等工程中都已經(jīng)得到應(yīng)用。圖1示出日本公路隧道采用的檢測(cè)車，圖2示出日本鐵路隧道采用的檢測(cè)車。獲得的襯砌展開(kāi)圖是掌握隧道襯砌表面狀況和評(píng)價(jià)健全度的基本情報(bào)，過(guò)去都是由觀察者從遠(yuǎn)處觀察襯砌表面或者靠近相關(guān)部位目視觀察繪制的。從襯砌表面攝影方法(表4為一實(shí)例)獲得的襯砌展開(kāi)圖見(jiàn)圖3。

圖1 激光法檢測(cè)車(公路隧道)

圖2 攝像法隧道檢測(cè)車(鐵路隧道)

測(cè)定概況規(guī)格和特性車輛 質(zhì)量4000kg，全長(zhǎng)6．9m、全寬2．2m、高度3．2m激光類型 激光束，最大輸出4W適用對(duì)象 頂高5m以上的各種隧道量測(cè)精度 開(kāi)裂寬度的量測(cè)精度在0．5mm以上量測(cè)速度最大60km/h量測(cè)條件 因在洞口附近和照明燈附近光量變化顯著，為獲得良好的畫像，選擇在夜間關(guān)閉車道側(cè)的照明進(jìn)行測(cè)定特征 因?yàn)椴捎眉す夥瓷洳?，與襯砌表面污染程度無(wú)關(guān)，能夠檢測(cè)出開(kāi)裂

圖3 襯砌狀況圖

2.2 表面近旁缺陷調(diào)查技術(shù)

針對(duì)襯砌混凝土劣化、材料不均質(zhì)等引起的浮動(dòng)、剝離和剝落等，近年無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到隧道檢查中。表5是各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的概況。其中遠(yuǎn)紅外線法曾用于鐵路全線隧道的檢查。此外，探查技術(shù)的機(jī)械化、自動(dòng)化研究也取得了一定進(jìn)展，從作業(yè)效率和成本方面看，也開(kāi)始進(jìn)入調(diào)查襯砌內(nèi)部狀態(tài)階段。

表5 檢測(cè)襯砌浮動(dòng)、剝離和剝落等技術(shù)概要

調(diào)查襯砌表面存在的缺陷(浮動(dòng)、剝離、剝落等)時(shí)，一般采用錘擊襯砌表面的方法，以其音色推定內(nèi)部是否存在缺陷。以隧道為對(duì)象開(kāi)發(fā)的裝置主要有熱紅外線法和打擊聲法。熱紅外線法是測(cè)定從隧道襯砌放出的紅外線量來(lái)檢測(cè)內(nèi)部缺陷，在不能利用太陽(yáng)輻射熱的隧道中應(yīng)用較少。但最近開(kāi)發(fā)出強(qiáng)制地給混凝土熱負(fù)荷、利用健全部位和缺陷部位產(chǎn)生的溫度差推定內(nèi)部缺陷的方法，見(jiàn)圖4。用加熱裝置對(duì)壁面加熱，壁面冷卻時(shí)，因?yàn)榻∪糠窒蛩淼酪r砌背后的熱傳導(dǎo)性好，襯砌表面溫度會(huì)急劇下降； 而剝離部分有一層薄的空氣層，遮擋了向襯砌背后的熱傳導(dǎo)，襯砌表面溫度降低要慢一些。此健全部分和缺陷部分可用紅外相機(jī)檢測(cè)，以判斷有無(wú)剝離。

圖4 搭載紅外相機(jī)的隧道檢測(cè)車

采用打擊聲法的隧道檢查裝置各式各樣，圖5示出隧道襯砌連續(xù)打擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但無(wú)論哪一類都是用沖擊輸入裝置使內(nèi)部產(chǎn)生彈性波，而后用表面麥克風(fēng)的聲音測(cè)定其表面振動(dòng)從而推定其內(nèi)部缺陷。這種方法近些年發(fā)展極為迅速，精度和量測(cè)速度都有顯著提高，但還需在其實(shí)用性上下功夫。

圖5 隧道襯砌連續(xù)打擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.3 內(nèi)部缺陷、襯砌背后空洞調(diào)查技術(shù)

在襯砌深層內(nèi)部的缺陷及背后空洞狀況的調(diào)查中，一般多采用雷達(dá)法。雷達(dá)法是利用向混凝土輸入電磁波的反射特性來(lái)推定內(nèi)部缺陷、襯砌厚度和襯砌寬度變化位置的方法。在公路、水路等工程中開(kāi)發(fā)的隧道專用測(cè)定車已經(jīng)投入使用； 但量測(cè)結(jié)果的判識(shí)需要高度的專業(yè)知識(shí)水平，在有鐵構(gòu)件和水存在的場(chǎng)合，測(cè)定比較困難，在實(shí)用上還有一些不足。最近，又開(kāi)發(fā)出在混凝土襯砌上高速鉆孔調(diào)查襯砌、空洞和圍巖的方法(見(jiàn)圖6)，可以與雷達(dá)法配合，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

圖6 高速鉆孔系統(tǒng)

圖7為利用電磁波頻率為400～800 MHz的地質(zhì)雷達(dá)探查隧道襯砌厚度和背后空洞的結(jié)果實(shí)例。地質(zhì)雷達(dá)探查，一般沿隧道縱向設(shè)置3～4條測(cè)線進(jìn)行，能夠檢測(cè)出襯砌厚度不足、襯砌背后大規(guī)模的空洞等。在圍巖表面凹凸不平的場(chǎng)合，測(cè)得的空洞誤差比較大，因此與鉆孔并用確認(rèn)實(shí)際的空洞大小可以提高探查的精度。

2.4 凈空位移、形狀量測(cè)技術(shù)

近年主要采用光波測(cè)距儀和激光距離計(jì)進(jìn)行洞內(nèi)凈空位移量測(cè)。前者能夠進(jìn)行任意測(cè)線的測(cè)定，后者的精度比前者高。但從設(shè)置和維持成本，后者適用于緊急性高、期間限定的特定區(qū)間進(jìn)行自動(dòng)量測(cè)的場(chǎng)合。3D激光素描技術(shù)是從隧道洞內(nèi)用激光照射隧道全周、掌握三維襯砌形狀的裝置。在因滑坡等引起的隧道襯砌產(chǎn)生三維位移的場(chǎng)合和變形比較大的場(chǎng)合能夠確認(rèn)隧道的變形狀況，圖8是一個(gè)實(shí)例。

(a) 襯砌診斷車外觀

(b) 襯砌厚度及背后空洞分布圖

(c) 襯砌裂縫、層厚和背后空洞圖

圖8 3D激光素描技術(shù)測(cè)定的隧道形狀實(shí)例

2.5 診斷技術(shù)

基于上述的檢查及調(diào)查結(jié)果，邀請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員和專家對(duì)結(jié)構(gòu)物的耐久性進(jìn)行診斷，決定是否采取對(duì)策，這是一般的做法。近年通過(guò)把檢查結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)化建立了能夠代替熟練技術(shù)人員的專家系統(tǒng)，即利用解析技術(shù)支援診斷、判定的系統(tǒng)，圖9是其中一例。

3 隧道變異的判定

3.1 隧道變異的類型、原因、特征及監(jiān)測(cè)

隧道變異和變異的原因是多種多樣的，而且多數(shù)是不確定的，很難做出明確的判斷。因此可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)的模型判斷和推定變異的原因。

圖9 水工隧洞管理支援系統(tǒng)

3.1.1 隧道變異的類型

一般，把隧道變異分為構(gòu)造變異和影響第三者的變異2大類。其中構(gòu)造變異是指受到外力影響，隨著開(kāi)裂而造成結(jié)構(gòu)體的變形、下沉等。此外，材料劣化、施工不良等引起的局部浮離、剝落和剝離等是影響通行者、司機(jī)等第三者的變異。

3.1.2 隧道變異的原因

從變異和變異原因的關(guān)系來(lái)看，多數(shù)變異與材料劣化、漏水、施工不良有關(guān)，而真正與地壓有關(guān)的并不多。因此，設(shè)計(jì)施工中應(yīng)在材料選定、防止漏水和提高施工質(zhì)量上下功夫。

3.1.3 隧道變異的特征及監(jiān)測(cè)

構(gòu)造變異的特征是： 構(gòu)造變異發(fā)生前，可以對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)控，可以進(jìn)行預(yù)測(cè)。而影響第三者的變異，幾乎都是突然發(fā)生的，監(jiān)控和預(yù)測(cè)都很困難。因此，對(duì)構(gòu)造變異要求充分利用量測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 而對(duì)影響第三者變異，要利用畫像處理技術(shù)，定期調(diào)查開(kāi)裂情況，察知突發(fā)的剝落，或在施工縫處用簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行預(yù)防維護(hù)。構(gòu)造變異示意圖見(jiàn)圖10。

圖10 構(gòu)造變異示意圖

總的來(lái)說(shuō)，構(gòu)造變異的特征為： 1)可以模擬； 2)可以預(yù)測(cè)； 3)事前有變形發(fā)生； 4)利用量測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。影響第三者變異的特征為： 1)模擬困難； 2)預(yù)測(cè)困難； 3)變異發(fā)生較突然； 4)利用畫像處理技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。開(kāi)裂是能夠從襯砌觀察到的現(xiàn)象之一，以開(kāi)裂判斷隧道變異原因的模型見(jiàn)圖11。把實(shí)際的開(kāi)裂狀況與圖11對(duì)照，就能夠推定襯砌的健全度和引起變異的外力的狀態(tài)。

3.2 隧道變異程度判定

3.2.1 判定基準(zhǔn)

在推定變異程度時(shí)，需要明確一些判定基準(zhǔn)，以下是日本采用的一些基準(zhǔn)。

3.2.1.1 變異程度

變異程度中的“大壓潰、特大開(kāi)裂、大開(kāi)裂、中開(kāi)裂”的標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)大壓潰，裂縫的長(zhǎng)度≥3 m；

2)開(kāi)裂，依據(jù)裂縫長(zhǎng)度和寬度的開(kāi)裂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)圖12。

圖11 襯砌開(kāi)裂的模型圖

圖12 依據(jù)裂縫寬度和長(zhǎng)度的開(kāi)裂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1.2 變異的發(fā)展性

用隧道凈空位移速度(u/t)評(píng)價(jià)變異發(fā)展性的標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)發(fā)展性非常大，12 mm/年≤u/t或2 mm/月≤u/t；

2)發(fā)展性大，3 mm/年≤u/t<12 mm/年；

3)發(fā)展性小，1 mm/年≤u/t<3 mm/年。

3.2.1.3 結(jié)構(gòu)缺陷的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1)厚度不足(模筑混凝土)。存在襯砌材料劣化和厚度不足等初期缺陷時(shí)，襯砌承載力會(huì)降低，根據(jù)缺陷程度不同，襯砌的承載力變化很大，可根據(jù)有效厚度對(duì)判定結(jié)果進(jìn)行修正，見(jiàn)表6。

表6 按有效厚度對(duì)結(jié)構(gòu)健全度等級(jí)進(jìn)行修正

注： 有效厚度率r=有效厚度ts/施工時(shí)的設(shè)計(jì)厚度； 有效厚度ts為抗壓強(qiáng)度15MPa以上部分襯砌的厚度。

2)錯(cuò)縫(砌體襯砌)。磚和混凝土砌塊等的錯(cuò)縫，會(huì)降低襯砌的承載力，要對(duì)拱部錯(cuò)縫有可能出現(xiàn)的掉塊等加以注意。應(yīng)根據(jù)表7的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其評(píng)定結(jié)果進(jìn)行修正。

表7 砌體襯砌錯(cuò)縫的修正

3.2.2 變異的判定

過(guò)去對(duì)隧道變異的判定，多數(shù)是定性的。近幾年對(duì)變異定量化判定的研究有了一定的發(fā)展。例如： 目前日本采用位移速度、最大開(kāi)裂寬度、縱向開(kāi)裂長(zhǎng)度、開(kāi)裂密度、錯(cuò)縫、剝離和漏水噴出共7個(gè)指標(biāo)(分別用A、B、C、D、E、F和G表示)對(duì)變異定量化進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，現(xiàn)僅舉例說(shuō)明。

首先由專家采用一對(duì)一方法比較哪一個(gè)項(xiàng)目對(duì)隧道的影響大，比較結(jié)果見(jiàn)表8。用此方法，可獲得一對(duì)一比較的結(jié)果，見(jiàn)表9。

表8 一對(duì)一比較值

表9 權(quán)值計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果

用此隧道檢查方法、健全度評(píng)價(jià)卡求出的點(diǎn)數(shù)被定義為DI(deterioration index： 劣化度數(shù))值。點(diǎn)數(shù)越大，劣化越在發(fā)展。為此，若能在DI值和健全度等級(jí)之間建立一定的關(guān)系，任何人都能正確地進(jìn)行變異(健全度)判定。

4 日本石川縣隧道維護(hù)管理實(shí)例

4.1 基本觀點(diǎn)

4.1.1 在隧道中，不考慮壽命

對(duì)隧道性能的要求，是確保車輛能夠安全通行的空間。不滿足的情況，多數(shù)是圍巖擠入、侵入凈空斷面的狀態(tài)和拱頂崩塌的狀態(tài)。襯砌混凝土剝落等是能夠補(bǔ)修的，并不是壽命終止的狀態(tài)。隧道與橋梁等不同，是基本上不考慮更換的結(jié)構(gòu)物。因此，只考慮進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修管理就能夠繼續(xù)永久使用，其使用年限是永久的，是不考慮壽命的結(jié)構(gòu)物。

4.1.2 劣化預(yù)測(cè)方法——對(duì)策前剩余壽命預(yù)測(cè)

如前所述，隧道劣化與橋梁等不同，不是在通行車輛荷載作用下發(fā)展的，所以，用計(jì)算和解析進(jìn)行劣化預(yù)測(cè)是很困難的。同時(shí)，到目前為止盡管進(jìn)行定期的檢查，也沒(méi)有充足的數(shù)據(jù)推定隧道的劣化發(fā)展，在現(xiàn)階段設(shè)定劣化曲線也是不可能的。因此，到目前為止可以以專家設(shè)定何時(shí)采取對(duì)策的判斷基準(zhǔn)的方法，來(lái)決定需要采取對(duì)策的時(shí)期和預(yù)測(cè)采取對(duì)策前剩余的壽命。

4.2 預(yù)防管理方法

石川縣管理的80座隧道(2005年4月1日現(xiàn)狀)，按以下原則進(jìn)行隧道的預(yù)防管理：

1)以每1澆筑環(huán)節(jié)為最小單位；

2)根據(jù)檢查結(jié)果，構(gòu)建可能進(jìn)行健全度評(píng)價(jià)的系統(tǒng)；

3)對(duì)外力產(chǎn)生的變異，個(gè)別處理；

4)求出今后120年間對(duì)策的費(fèi)用。

在預(yù)防管理中，把檢查置于最重要的位置，應(yīng)以最短的時(shí)間間隔，進(jìn)行定期檢查，捕捉變異和劣化的征兆，規(guī)劃對(duì)策時(shí)期和對(duì)策方法，在最適合的階段加以實(shí)施。檢查間隔對(duì)舊隧道(30年以上)來(lái)說(shuō)每2年進(jìn)行1次，新隧道每5年進(jìn)行1次，檢查結(jié)果記入檢查卡。石川縣采用的檢查卡見(jiàn)圖13。

檢查卡的項(xiàng)目是供隧道專家進(jìn)行健全度判定時(shí)，賦以權(quán)值的，在檢查中合計(jì)權(quán)值的點(diǎn)數(shù)求出隧道健全度指數(shù)THI(tunnel health index)。石川縣隧道的健全度等級(jí)劃分見(jiàn)表10。

圖13 石川縣隧道檢查卡

健全度THI值對(duì)策前剩余壽命狀態(tài)、定義 對(duì)應(yīng)不良地質(zhì)其他1小于201年以內(nèi)立即采取對(duì)策220～403年以內(nèi)及早采取對(duì)策進(jìn)行調(diào)查設(shè)計(jì)、實(shí)施對(duì)策340～6012年以內(nèi)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視，必要時(shí)有計(jì)劃地采取對(duì)策460～8060年以內(nèi)以后采取對(duì)策580以上無(wú)變異，即使有，也沒(méi)有影響實(shí)施調(diào)查監(jiān)視量測(cè)定期檢查定期檢查定期檢查定期檢查定期檢查

5 結(jié)語(yǔ)

毋容置疑，預(yù)防管理是確保和延長(zhǎng)隧道結(jié)構(gòu)物壽命的最佳方法。尤其是日本石川縣隧道維護(hù)管理案例中提出的觀點(diǎn)： “只考慮進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修管理就能夠繼續(xù)永久使用，其使用年限是永久的，是不考慮壽命的結(jié)構(gòu)物?！比绻@種觀點(diǎn)成立，預(yù)防管理的重要性是不言而喻的。目前對(duì)我們來(lái)說(shuō)，最重要的是： 徹底改變“重使用、輕維護(hù)”的事后管理方法和體制，建立起與“隧道大國(guó)”相適應(yīng)的管理體制和方法。

[1] 日本土木學(xué)會(huì). 性能規(guī)定に基づくトンネルの設(shè)計(jì)とマネジメント[S].東京： 日本土木學(xué)會(huì)，2009. (Japan Society of Civil Engineering. Design and management of tunnel based on performance regulation[S]. Tokyo: Japan Society of Civil Engineering, 2009. (in Japanese))

[2] 日本土木學(xué)會(huì). トンネルの維持管理[S].東京： 日本土木學(xué)會(huì)，2005. (Japan Society of Civil Engineering. Maintenance and management of tunnel[S]. Tokyo: Japan Society of Civil Engineering, 2005. (in Japanese))

Tunneling by Mining Method: Lecture ⅩⅥ: Establishment of“Preventive Management” Predominated Comprehensive TunnelMaintaining and Management System

GUAN Baoshu

(SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,Sichuan,China)

The tunnel maintaining and management basic principle of early discovery and preventive maintaining, which can achieve good results with less work, is emphasized. In order to establish the preventive management system, 3 issues, i.e. requirements for tunnel functions and tunnel function management target establishment, checking and investigation methods for accurate information and determination of modeled tunnel variation causes and standards. Based on the experience of tunnel maintaining and management in Japan, the above-mentioned 3 issues are introduced as follows: 1) For requirements for tunnel functions, safe transit should be guaranteed and the variation should be controlled within the service life of tunnel structures. 2) For checking and investigation methods for accurate information, the developing directions of checking and investigation methods for accurate information are less labor, standardization, high speed and electronization; the investigation and measuring methods, i.e. tunnel measuring trolley, monitoring system, high-speed borehole drilling system, ground penetrating radar and 3D laser scanning device, for tunnel surface degradation, surface defect, internal defect, hollows behind lining, clearance displacement and deformation are introduced. The checking results are regarded as estimation of structure durability. 3) For determination standards and models of tunnel variation types and variation strength, the basic views of unconsideration of tunnel service life, service life prediction before carrying out treatments and methods, integrity estimation and countermeasures for preventive management, are introduced. It is emphasized that the tunnel maintaining and management methods and system in China should be removed; and a new type of tunnel maintaining and management system for China should be developed.

tunnel; mining method; preventive management; maintaining management; tunnel function; variation; investigation; judge standard

2015-08-10

關(guān)寶樹(shù)(1932—)，男，遼寧人，西南交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，從事隧道及地下工程教學(xué)和科研50余年，隧道與地下工程資深專家。E-mail: guanbaoshu@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.03.002

U 455.1

A

1672-741X(2017)03-0264-11