基于DERU評價(jià)方法的運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評價(jià)技術(shù)研究

蔣雅君, 陶雙江， ， 楊 露, 鄧 剛， 陳 鵬

(1. 西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610031；2. 四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610041)

基于DERU評價(jià)方法的運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評價(jià)技術(shù)研究

蔣雅君1, 陶雙江1， 2， 楊 露1, 鄧 剛2， 陳 鵬1

(1. 西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610031；2. 四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610041)

基于DERU評定方法建立改進(jìn)的DES綜合評價(jià)方法，主要用于運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)定期檢查的技術(shù)狀況評定。根據(jù)運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定的要求，構(gòu)建包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的評價(jià)指標(biāo)體系，其中以隧道構(gòu)件的D結(jié)構(gòu)劣化破損程度、E劣化范圍與S安全程度為指標(biāo)層評價(jià)指標(biāo)，并提出對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)權(quán)重。按照隧道分段、分幅、整體的次序，建立相應(yīng)步驟的評價(jià)方法，分別采用狀況指標(biāo)、優(yōu)選指標(biāo)、安全程度折算長度等指標(biāo)，在隧道定期檢查結(jié)果的基礎(chǔ)上對隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況進(jìn)行綜合評定，并給出評定結(jié)果的分析方法和等級劃分界限值。該方法能對運(yùn)營公路隧道的管理、檢測、養(yǎng)護(hù)等工作提供更為充分的信息，提高相關(guān)工作的效率。

運(yùn)營公路隧道； 土建結(jié)構(gòu)； 技術(shù)狀況； 綜合評價(jià)技術(shù)； DERU法

0 引言

目前我國運(yùn)營公路隧道結(jié)構(gòu)的病害檢測通過定期檢查等檢測工作獲取數(shù)據(jù)，對隧道結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況進(jìn)行等級評定，并依據(jù)評定結(jié)果開展后續(xù)的養(yǎng)護(hù)和管理工作。定期檢查的檢查項(xiàng)目包括隧道洞口、洞門、襯砌、路面、檢修道等9個(gè)分項(xiàng)內(nèi)容，之后對各分項(xiàng)技術(shù)狀況進(jìn)行評定，再進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評定，以決定是否進(jìn)行專項(xiàng)檢查及對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作方案[1]。雖然目前定期檢查已從定性評定方法轉(zhuǎn)向了定量、定性結(jié)合的評定方法[1]，但目前的評定方法仍然主要以局部嚴(yán)重病害表征隧道整體狀態(tài)[2]，評定結(jié)果所反映的信息有限，另外其他一些重要因素如隧道長度、重要性(養(yǎng)護(hù)等級)還無法得到體現(xiàn)。

目前其他一些評價(jià)方法也在隧道工程領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用，包括層次分析法[3]、模糊-綜合分析法[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5]、灰度理論[6]、熵權(quán)TOPSIS[7]等，但由于相關(guān)綜合評價(jià)方法的適用范圍、實(shí)際操作性等因素的影響，上述綜合評價(jià)方法大都未在運(yùn)營公路隧道的技術(shù)狀況評價(jià)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。為更好地充分利用運(yùn)營公路隧道的檢測數(shù)據(jù)信息、客觀全面地反映隧道的技術(shù)狀態(tài)，在運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評定技術(shù)上仍然需要做進(jìn)一步的研究和探索。

我國臺(tái)灣地區(qū)提出一種DERU的評定方法，并在臺(tái)灣地區(qū)的橋梁、隧道中進(jìn)行了應(yīng)用[8-9]。該方法對于數(shù)量龐大、同構(gòu)型高且可供檢查時(shí)間短的交通設(shè)施較為適合，適用于初步普檢與篩選評估。DERU評定方法在我國的橋梁養(yǎng)護(hù)工作中也已經(jīng)得到了一些應(yīng)用[10]，對于運(yùn)營公路隧道的技術(shù)狀況評定也有一定的借鑒意義。本文基于該方法，結(jié)合我國運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)的定期檢查工作內(nèi)容及特點(diǎn)，提出改進(jìn)的DES綜合評定技術(shù)，以豐富和促進(jìn)我國運(yùn)營公路隧道的檢測評定技術(shù)的發(fā)展。

1 評價(jià)指標(biāo)體系的建立

綜合評價(jià)的基礎(chǔ)在于評價(jià)的指標(biāo)體系(按照一定層次結(jié)構(gòu)組成的有機(jī)整體)，對分析對象和評價(jià)結(jié)果有重要作用和影響[11]，故該部分是建立本文所涉及的綜合評價(jià)技術(shù)中較為重要的內(nèi)容。

1.1評價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)

將復(fù)雜問題分解成各個(gè)組成因素，將這些因素按支配關(guān)系分組形成逐階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)成評價(jià)指標(biāo)體系。綜合評價(jià)模型的建立一般都是先確定準(zhǔn)則層，然后確定指標(biāo)層，建立指標(biāo)層評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)計(jì)算方法，最后確定目標(biāo)層標(biāo)準(zhǔn)。通過建立的評價(jià)模型來對實(shí)例進(jìn)行判定和分類，如圖1所示。

1.2準(zhǔn)則層評價(jià)指標(biāo)集確定

目前我國運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評定主要從病害的缺損程度、發(fā)展趨勢、對行人與行車安全的影響、對隧道結(jié)構(gòu)安全的影響共4個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮[1]。在確定準(zhǔn)則層指標(biāo)時(shí)，將以上4項(xiàng)準(zhǔn)則作為主要考慮因素，也可與現(xiàn)行的JTG H12—2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱為“隧規(guī)”)在評定原則上保持一致。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)示意圖[12]

在該層面的可操作指標(biāo)上，本研究選取了隧道狀況指標(biāo)CI、隧道狀況優(yōu)選指標(biāo)IP、安全程度折算長度S′L′作為判定準(zhǔn)則，具體將在后文中說明。

1.3指標(biāo)層評價(jià)指標(biāo)集確定

該層次指標(biāo)的確定主要思路為考慮隧道構(gòu)件的病害或缺損評價(jià)，故可將隧道土建結(jié)構(gòu)按構(gòu)件進(jìn)行分解，組合成相應(yīng)的指標(biāo)集。為與“隧規(guī)”中的檢測內(nèi)容及項(xiàng)目吻合，在指標(biāo)層指標(biāo)的選取時(shí)，選定隧道洞口、洞門、襯砌、路面、檢修道、排水系統(tǒng)、吊頂及預(yù)埋件、內(nèi)裝飾和交通標(biāo)志標(biāo)線這9項(xiàng)的病害或缺損程度作為具體的評價(jià)指標(biāo)。

在確定了這9項(xiàng)指標(biāo)以后，根據(jù)DERU法的思想，又可在每項(xiàng)指標(biāo)下選擇D結(jié)構(gòu)劣化破損程度(degree)、E劣化范圍(extent)與S安全程度(safety)這3個(gè)子指標(biāo)分別對這9項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評定，能較好地涵蓋“隧規(guī)”中的一些要求和目標(biāo)。其中D值、E值分別為反映構(gòu)件破壞的程度與范圍的指標(biāo)；S值主要考慮的影響因素為對隧道結(jié)構(gòu)安全、對行人及車輛安全的影響。

1.4目標(biāo)層評價(jià)指標(biāo)確定

對于隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評價(jià)問題而言，目標(biāo)層指標(biāo)即為隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評定等級(狀態(tài))。

2 評價(jià)指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)的確定

評價(jià)指標(biāo)體系確定以后，必須要建立指標(biāo)層各單項(xiàng)指標(biāo)的判定標(biāo)準(zhǔn)，為具體執(zhí)行過程中的各評價(jià)指標(biāo)的評定及最終的綜合評價(jià)分析提供基礎(chǔ)。本研究中也將對指標(biāo)層的9項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)的D、E、S值的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和研究。

2.1評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化

在確定單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須要解決指標(biāo)同向化、無量綱化及定性指標(biāo)的量化問題，才能具備綜合評價(jià)的可能。“隧規(guī)”中給出了所對應(yīng)的9項(xiàng)各分項(xiàng)項(xiàng)目的評定結(jié)果量化的措施和標(biāo)準(zhǔn)(均按照病害的嚴(yán)重程度分為0—4共5級，其中狀況值為0時(shí)表示無病害，狀況值為4時(shí)表示病害最嚴(yán)重)，并把一些定性指標(biāo)也做了量化處理，已經(jīng)較好地解決了評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化問題?？梢匝赜谩八硪?guī)”中的方法及評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本研究中評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，即可將各項(xiàng)指標(biāo)的判定標(biāo)準(zhǔn)也劃分為5級，并按照病害缺損程度或影響程度從低到高賦予對應(yīng)的分值。

在采用DERU法的思路進(jìn)行隧道檢查結(jié)果的綜合分析時(shí)，由于相關(guān)評分計(jì)算公式的限制，不宜采用分值為0的單項(xiàng)指標(biāo)評定結(jié)果，故本研究中將“隧規(guī)”中的等級分值上調(diào)1分，變?yōu)?—5分值制。

2.2各指標(biāo)D值的判定標(biāo)準(zhǔn)

在對D值(破損程度)進(jìn)行評分時(shí)，主要考慮隧道各構(gòu)件病害的破損程度。在隧道各構(gòu)件破損程度的等級劃分上，可按照“無病害”“輕微”“中等”“較嚴(yán)重”“嚴(yán)重”這5級程度進(jìn)行對應(yīng)等級的判定[1]。因此，可將隧道各構(gòu)件(指標(biāo))按照病害或破損的嚴(yán)重程度從低到高劃分為5級，分別對應(yīng)賦予1—5分的分值。各指標(biāo)的D值判定依據(jù)有所差異，如洞口主要判斷山體、支護(hù)結(jié)構(gòu)、地表植被等的穩(wěn)定性，襯砌則應(yīng)判斷變形、沉降、開裂、滲水等病害，故要對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)等級劃分。此項(xiàng)內(nèi)容可參照“隧規(guī)”中土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)的劃分等級執(zhí)行。

需要注意的是，“隧規(guī)”對一些構(gòu)件如檢修道、內(nèi)裝、交通標(biāo)志標(biāo)線這3項(xiàng)的技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)最高只分為4級(0—3分)，考慮以上構(gòu)件對隧道結(jié)構(gòu)安全的關(guān)聯(lián)性相對較小，對行人、行車的安全程度影響有限，將其最高評分等級進(jìn)行了限定[1]。而本研究認(rèn)為，這些構(gòu)件對安全程度的影響可通過S值進(jìn)行區(qū)分，而D值應(yīng)反映構(gòu)件的實(shí)際破損程度，故仍然將這3項(xiàng)指標(biāo)的D值等級劃分為5級。

2.3各指標(biāo)E值的判定標(biāo)準(zhǔn)

劣化范圍(E值)通過病害面積占有率進(jìn)行量化評定，即病害影響面積占隧道評定區(qū)段的面積百分比進(jìn)行分區(qū)間判定等級。臺(tái)灣隧道DERU評定分級表中E值分界點(diǎn)為10%、30%、60%共4個(gè)等級[8-9]，但是為與其他指標(biāo)等級數(shù)量保持一致，本研究中將E值分為5個(gè)等級，即應(yīng)存在4個(gè)分界點(diǎn)，可取為5%、15%、30%和60%，其E值評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

為了檢測記錄病害面積的方便，根據(jù)點(diǎn)線面維數(shù)不同對隧道病害進(jìn)行劃分，一共分為4類： 點(diǎn)狀病害、線狀病害、面狀病害和體狀病害[13]。根據(jù)檢測經(jīng)驗(yàn)，可選取點(diǎn)狀病害如襯砌局部剝落影響半徑為0.5 m，則其影響面積可按0.8～1 m2考慮；線狀病害如襯砌開裂主要考慮影響寬度，可取其影響寬度為0.5 m；面狀病害如襯砌滲漏水按實(shí)際病害區(qū)域面積計(jì)算；體狀病害如洞內(nèi)路面隆起開裂按病害區(qū)域的表面積計(jì)算。

表1 E值評分標(biāo)準(zhǔn)

2.4各指標(biāo)S值的判定標(biāo)準(zhǔn)

安全程度(S值)判定因素為對隧道結(jié)構(gòu)安全、對行人及車輛安全的影響，參照“隧規(guī)”對S值按照如表2所示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，也共分為5級[1]。

表2 S值評分標(biāo)準(zhǔn)

3 指標(biāo)權(quán)重的確定

為了體現(xiàn)各個(gè)評價(jià)指標(biāo)在評價(jià)指標(biāo)體系中的作用地位以及重要程度，在指標(biāo)體系確定后，必須對各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重系數(shù)。在現(xiàn)有評價(jià)模型研究中，權(quán)重的確定方法主要有2種： 一種是主觀賦權(quán)法，其源信息來自專家咨詢，即利用專家群的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，如專家咨詢法和層次分析法；另一種是客觀賦權(quán)法，其源信息來自統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身，如主成分分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

在“隧規(guī)”中給出了土建結(jié)構(gòu)各分項(xiàng)權(quán)重表，如表3所示，可以直接采用該權(quán)重值; 但由于各地條件有所差異，在具體執(zhí)行過程中也可以采用專家評估法，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4 評價(jià)模型的建立

隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的綜合評價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)綜合評價(jià)問題，評價(jià)方法(數(shù)學(xué)模型)的選擇是解決此類問題的關(guān)鍵，在本研究中采用DERU法的思路建立對應(yīng)的評價(jià)數(shù)學(xué)模型。綜合評價(jià)問題的評價(jià)流程通常是對評價(jià)模型的指標(biāo)層[14-15]開始逐層向上做出綜合評價(jià)，直至最高的目標(biāo)層，以得到問題的綜合評價(jià)結(jié)果，故此處根據(jù)隧道定期檢查的結(jié)果評定流程，按照隧道分段、分幅逐層次評價(jià)后再對該座隧道的整體結(jié)果進(jìn)行評定。

表3 隧道土建結(jié)構(gòu)各分項(xiàng)權(quán)重表[1]

4.1隧道分段評價(jià)方法

按照“隧規(guī)”中目前所提出的評價(jià)方法，隧道的病害需要?jiǎng)澐謪^(qū)段后對各分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)[1]，如： 洞口分項(xiàng)可按照洞口數(shù)量分段，分進(jìn)口和出口分別進(jìn)行評價(jià)；襯砌分項(xiàng)按照長度分段，可取10～100 m的值進(jìn)行評價(jià)。在DERU隧道檢測評價(jià)方法中，也是按照隧道分段的思路進(jìn)行逐段構(gòu)件的評價(jià)[6]。本研究中也采用逐段評價(jià)的方法，對指標(biāo)層的9項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)(構(gòu)件)進(jìn)行評價(jià)。

結(jié)合DERU法的原理及DERU法在國內(nèi)橋梁上的應(yīng)用改進(jìn)思路[10]，此處提出隧道單個(gè)區(qū)段中各構(gòu)件的狀況指標(biāo)

(1)

式中：a為隧道重要性系數(shù)；i為隧道構(gòu)件序號(hào)，取值為1—9，序號(hào)對應(yīng)的隧道構(gòu)件與表3中順序一致；j為隧道區(qū)段序號(hào)，取值為1—N(隧道單洞分段數(shù)量)。

隧道重要性系數(shù)a反映隧道等級的區(qū)別，與隧道所在公路等級、隧道長度和交通量大小等因素有關(guān)。結(jié)合“隧規(guī)”中對隧道養(yǎng)護(hù)等級的劃分，可將隧道重要性系數(shù)a對應(yīng)劃分為3級，一級取值為0.6，二級取值為0.7，三級取值為0.8[13]。

4.2隧道分幅(單洞)評價(jià)方法

當(dāng)隧道各區(qū)段中的構(gòu)件評價(jià)完畢后，需要對單洞的總體情況進(jìn)行合理評價(jià)，以便確定隧道單洞(單幅)的整體狀況。根據(jù)DERU評定方法的思路，采用隧道單洞結(jié)構(gòu)的狀況指標(biāo)CI(condition index)了解該結(jié)構(gòu)體的整體狀況，其計(jì)算公式如式(2)所示。

(2)

式中：wi為第i個(gè)構(gòu)件權(quán)重值； ICi為各構(gòu)件的狀況指標(biāo)。在此需要注意的是構(gòu)件中的洞口、洞門是2個(gè)與長度無關(guān)的部位，而其余7個(gè)構(gòu)件則與隧道洞內(nèi)長度相關(guān)，在對構(gòu)件進(jìn)行整體評價(jià)時(shí)需要消除長度因素對結(jié)果的影響。因此，應(yīng)將隧道單洞的洞口、洞門和其余構(gòu)件分開計(jì)算ICi，之后再進(jìn)行組合。針對以上問題，可以構(gòu)建如式(3)所示的公式進(jìn)行計(jì)算。

(3)

式中：Lj為隧道洞身第j個(gè)區(qū)段長度，m;Lj之和即為隧道長度L;n為單種類型構(gòu)件的總個(gè)數(shù)。

除CI外，優(yōu)選指標(biāo)PI(priority index)可用來代表結(jié)構(gòu)的劣化狀況，其計(jì)算方式是將結(jié)構(gòu)物各個(gè)區(qū)段中最小的ICij值(狀況最差)作為該構(gòu)件的優(yōu)選指標(biāo)IPi值，其計(jì)算方法如式(4)所示。

(4)

IPi=min(ICij)。

(5)

此外，本文提出一個(gè)隧道洞身段的安全程度折算長度指標(biāo)S′L′對結(jié)構(gòu)的安全程度進(jìn)行綜合衡量，以便為后期制定維修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃時(shí)決定優(yōu)先順序(急迫性)提供參考信息。根據(jù)表2的等級劃分關(guān)系，當(dāng)構(gòu)件的Sij≥4時(shí)，說明該局部區(qū)段的病害缺損對結(jié)構(gòu)安全和交通安全造成了直接的威脅，需要盡快或緊急進(jìn)行處置，故該部分區(qū)段總長度也可以作為衡量一個(gè)隧道的維修迫切性、維修工程量的一個(gè)參考指標(biāo)。以下將隧道各構(gòu)件Sij為4和5時(shí)的S′L′計(jì)算公式列出，如式(6)和式(7)所示。

(6)

(7)

4.3整座隧道評價(jià)方法

高速公路隧道往往上、下行洞分離，故往往存在2洞平行設(shè)立的情況，此時(shí)還需要綜合隧道2個(gè)洞(左、右幅)的整體情況再進(jìn)行評價(jià)。為避免在使用中產(chǎn)生混淆，當(dāng)隧道存在雙洞的情況時(shí)，雖然各級指標(biāo)的計(jì)算原理不變，但需要將式(1)—(7)中各參數(shù)進(jìn)行一定變化，以對左、右洞進(jìn)行區(qū)分，故可在各式中的參數(shù)中添加字母Z(左線)、Y(右線)及T(整座隧道)，構(gòu)建如表4所示的評價(jià)參數(shù)集。

表4 雙洞隧道評價(jià)參數(shù)集

此時(shí)，可將隧道的2個(gè)洞視為連接的單洞，組合在一起進(jìn)行計(jì)算整座隧道的狀況指標(biāo)TCI及優(yōu)選指標(biāo)TPI，計(jì)算公式見式(8)—(10)。其中TPI主要反映構(gòu)件的最差狀況對隧道技術(shù)狀況的影響，TCI則提供了一個(gè)了解隧道整體技術(shù)狀況的途徑。隧道洞身段的安全程度折算長度S′TL′的計(jì)算則較為簡單，將左、右線隧道洞身的安全程度折算長度進(jìn)行累加即可。

(8)

(9)

TIPi=max(TICij)。

(10)

5 評價(jià)結(jié)果分析方法

綜合評價(jià)模型建立之后，需要設(shè)定一定的判斷標(biāo)準(zhǔn)，對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行合理分析，并將評價(jià)結(jié)果充分利用于后續(xù)的工作環(huán)節(jié)，如專項(xiàng)檢查、維修養(yǎng)護(hù)等。以下簡述對其中的一些評價(jià)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)的初步分析。

5.1隧道狀況指標(biāo)及優(yōu)選指標(biāo)分析

隧道的狀況指標(biāo)TCI、狀況指標(biāo)TPI分別提供了隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的整體綜合情況及單種類型構(gòu)件的最差狀況，分別表征了2方面的情況，不但可以供隧道檢測和養(yǎng)護(hù)人員掌握隧道的整體情況，也能了解到局部構(gòu)件的大致最差狀態(tài)。TCI和TPI的另外一個(gè)特點(diǎn)就是能供較多數(shù)量隧道(如同一條高速公路上的隧道)的橫向比較，通過對這2個(gè)量化指標(biāo)的數(shù)值比較，快速掌握概略性的信息，作為后續(xù)養(yǎng)護(hù)管理工作的依據(jù)。

結(jié)合“隧規(guī)”中對土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定分類界限值以及一些統(tǒng)計(jì)分析，此處提出一個(gè)建議性的TCI分級標(biāo)準(zhǔn)界限值(見表5)，以便根據(jù)對隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況進(jìn)行合理評級。由于TPI主要是用于橫向比較，此處未進(jìn)行分級(其理論最大值為5、最小值為1)。但需要注意的是，這個(gè)界限值可能會(huì)由于權(quán)重等因素的變化而波動(dòng)，可以在實(shí)際使用中結(jié)合隧道的實(shí)際檢測結(jié)果進(jìn)行一定的調(diào)整，以達(dá)到合理的評級結(jié)果；并根據(jù)評級結(jié)果，按照“隧規(guī)”的要求展開相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施。

表5隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定等級劃分
Table 5 Grading standards for technical conditions of tunnel structures

等級檢查結(jié)論TCI界限值Ⅰ完好狀態(tài)≥85Ⅱ輕微狀態(tài)≥75，<85Ⅲ中等狀態(tài)≥55，<75Ⅳ嚴(yán)重破損≥40，<55Ⅴ危險(xiǎn)狀態(tài)<40

5.2隧道安全程度折算長度分析

隧道洞身段的安全程度折算長度S′TL′(含S=4及S=5這2個(gè)等級的區(qū)段折算長度)可以反映出該隧道除了洞口和洞門以外的待維修或進(jìn)一步處治的段落長度，可以供隧道管理人員參考，對同批次需要加固或進(jìn)行專項(xiàng)檢查的隧道進(jìn)行比較，決定優(yōu)先順序，以便集中資源和提高管理效率。由于該數(shù)值是一個(gè)累計(jì)的長度值，無需設(shè)定分級界限值，故可以直觀從數(shù)值大小上進(jìn)行橫向比較。

另外，具體隧道區(qū)段中各構(gòu)件的S值也能反映構(gòu)件的病害破損對隧道結(jié)構(gòu)或行人行車安全的影響程度，可以圈定存在構(gòu)件S≥4的隧道區(qū)段，以明確下一步專項(xiàng)檢查或處治的區(qū)間段落位置及長度。

需要注意的是，此處的隧道安全程度折算長度未包含隧道洞口和洞門區(qū)域，還需在實(shí)際工作中對這2個(gè)構(gòu)件的S值進(jìn)行關(guān)注，以便避免遺漏可能存在的病害缺損部位。

5.3應(yīng)用案例及分析

為對本文所提出方法的實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證，此處基于一個(gè)等級公路隧道(單洞)實(shí)例進(jìn)行說明。該隧道樁號(hào)為K603+000～+257，全長257 m，養(yǎng)護(hù)等級為三級(隧道重要性系數(shù)a=0.8)。隧道病害主要集中在襯砌、路面范圍： 襯砌病害主要以滲漏水為主，集中發(fā)生在K603+140～+190區(qū)段；全線路面破損嚴(yán)重，已經(jīng)妨礙了交通安全。

對該隧道采用“隧規(guī)”的方法進(jìn)行了一次定期檢查，其土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況(JGCI值)評分結(jié)果為 68.75?；谠撍淼赖臋z測資料和數(shù)據(jù)，采用本文所述的評價(jià)體系進(jìn)行評定的結(jié)果如表6—8所示。

表6某公路隧道洞口洞門定期檢查評定結(jié)果
Table 6 Periodical inspection evaluation results of entrance and portal of a highway tunnel

洞口IC1jIC1IP1進(jìn)口100100100出口100100100洞門IC2jIC2IP2進(jìn)口100100100出口100100100

表7 某公路隧道洞身定期檢查結(jié)果

表8 某公路隧道洞身定期檢查整體評定結(jié)果

注:i=3,…，9。

由表6可知，采用本文所建立的評價(jià)體系對隧道土建結(jié)構(gòu)的病害進(jìn)行評定所得到的信息量較為豐富。

1)通過CI及PI值能較為快速地了解該隧道土建結(jié)構(gòu)的病害劣化情況： CI值為83.10，反映出該隧道的土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況總體程度(平均)尚較好；PI值為78.89，反映出該隧道土建結(jié)構(gòu)的劣化最差程度。在有多個(gè)實(shí)例的情況下，可以通過PI值的比較得出多個(gè)隧道之間土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的劣化程度順序。

3)ICi、IPi值反映了該隧道不同區(qū)段的分項(xiàng)構(gòu)件的平均破損程度和最差劣化程度，如表6所示。通過ICi、IPi的數(shù)值可以直觀判斷得到： 該隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況最差的構(gòu)件為路面，且隧道全長范圍的路面狀況均較差；襯砌結(jié)構(gòu)總體情況較好，最差的區(qū)段集中在K603+140～+190這50 m；其他構(gòu)件的破損狀況也依次可以通過這2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行判斷。

綜上可知，通過本文所建立的DES評價(jià)技術(shù)對隧道的定期檢查結(jié)果進(jìn)行評定，所得到的信息與采用“隧規(guī)”所用方法相比更為充分、全面，對于管養(yǎng)單位來說可以更為合理和有效地利用隧道檢查的結(jié)果制定維修計(jì)劃和分配維修資金。

6 結(jié)論與討論

本文對基于DERU評價(jià)方法的運(yùn)營公路隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評價(jià)技術(shù)展開研究工作，建立系統(tǒng)性的DES評價(jià)技術(shù)體系，包括指標(biāo)體系的構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重的確定、評價(jià)模型的建立、評價(jià)結(jié)果分析方法等內(nèi)容。該方法與現(xiàn)行的“隧規(guī)”中所采用的評定方法相比，具有評價(jià)結(jié)果信息全面、評價(jià)結(jié)果更為合理等特點(diǎn)，能為隧道的實(shí)際管養(yǎng)工作提供更多的依據(jù)，以提高隧道養(yǎng)護(hù)工作的效率。

該方法也存在一定的局限性，比如對操作人員的技術(shù)水平和檢測經(jīng)驗(yàn)要求相對較高，權(quán)重的確定可能需要根據(jù)待檢測隧道的情況進(jìn)行一定的合理調(diào)整，目前主要適用于隧道定期檢查工作，檢測數(shù)據(jù)的信息量還可以繼續(xù)進(jìn)一步挖掘以充實(shí)評定結(jié)果等。由于深入的研究和應(yīng)用工作目前仍然在積極地開展中，限于文章篇幅，文中所述的一些內(nèi)容未在此處全面展開，將在后續(xù)文獻(xiàn)中做進(jìn)一步討論和分析。

在四川境內(nèi)高速公路隧道上的一些初步應(yīng)用驗(yàn)證該方法的合理性、快捷性，目前已經(jīng)研發(fā)了一套配套的檢測系統(tǒng)管理軟件，能大大提高相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、管理工作效率。

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StudyofComprehensiveEvaluationSystemforOperationHighwayTunnelStructureTechnicalConditionsBasedonDERUEvaluationMethod

JIANG Yajun1, TAO Shuangjiang1， 2, YANG Lu1, DENG Gang2, CHEN Peng1

(1.KeyLaboratoryofTransportationTunnelEngineering,MinistryofEducation,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,Sichuan,China; 2.HighwayPlanning,Survey,Design&ResearchInstituteofSichuanProvincialCommunicationsDepartment,Chengdu610041,Sichuan,China)

The improved DES (degradation degree, degradation extent and safety degree) comprehensive evaluation system based on DERU (degradation degree, degradation extent, relevancy and urgency) method is mainly used to evaluate the periodic inspection of operation highway tunnel structures. The indexes system, including the target layer, criterion layer and index layer, is firstly established. The indexes ofD(degradation degree),E(degradation extent) andS(safety degree) of tunnel components are adopted as evaluation indexes of index layer; and then the corresponding determining standards and weights are proposed as well. The process for the different evaluation steps, including section evaluation, single-tube evaluation and twin-tube evaluation, is established. The indexes of CI (condition index), PI (priority index) and S′L′ (equivalent safety degree length) are applied to determine the technical conditions of tunnel structures based on the periodic inspection results. Meanwhile, the evaluation results can be analyzed and graded according to the given methods and standards. The DES method can provide more intensive information to improve the efficiency of management, inspection and maintenance work for operation highway tunnels.

operational highway tunnel; tunnel structure; technical condition; comprehensive evaluation technology; DERU method

2017-05-17;

2017-07-17

四川省交通科技項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)(2013C10-5)

蔣雅君(1980—)，男，廣西桂林人，2008年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，土木工程專業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)從事隧道及地下工程的教學(xué)和科研工作。E-mail： yajunjiang@swjtu.edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.10.006

U 45

A

1672-741X(2017)10-1239-07