港珠澳大橋島隧工程預(yù)防性維養(yǎng)管理應(yīng)用

朱定

（港珠澳大橋管理局，廣東 珠海 519060）

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，連接粵港澳三地，是集橋、島、隧于一體的特大型跨海通道，工程設(shè)計(jì)使用壽命120 a，其中島隧工程是大橋的控制性關(guān)鍵工程。隧道采用沉管方案，島隧工程總長(zhǎng)7 440.5 m，包括5 664 m長(zhǎng)沉管隧道，2個(gè)面積10萬(wàn)m2離岸人工島。港珠澳大橋沉管隧道共分33節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)每節(jié)長(zhǎng)180 m，寬37.95 m，高11.4 m，單節(jié)重約7.4萬(wàn)t，最大沉放水深44 m。是我國(guó)首條于外海建設(shè)的沉管隧道，也是目前世界上施工建設(shè)綜合難度最大的沉管隧道。

2 維養(yǎng)管理理念

堅(jiān)持以“全壽命周期內(nèi)的維修及養(yǎng)護(hù)”為理念，立足預(yù)防、防治并舉。依靠成熟的傳統(tǒng)工藝工法，不斷創(chuàng)新，延緩設(shè)施的大中修周期，保持運(yùn)行養(yǎng)護(hù)成本的經(jīng)濟(jì)性，提高營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)的總體水平。同時(shí)突出“以人為本、用戶滿意”的服務(wù)理念，以全面、及時(shí)、安全、優(yōu)質(zhì)、高效的養(yǎng)護(hù)行為，營(yíng)造舒適、整潔的行車(chē)環(huán)境。

3 維養(yǎng)管理目標(biāo)

確保結(jié)構(gòu)安全受控，保障設(shè)施安全運(yùn)行。結(jié)構(gòu)安全受控是保證設(shè)施安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定巡查和各類(lèi)檢查計(jì)劃，以達(dá)到設(shè)施的全壽命周期管理，使設(shè)施的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得以全面實(shí)現(xiàn)。

保證設(shè)施完好整潔，提供舒適行車(chē)環(huán)境。根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性和現(xiàn)狀，制定各類(lèi)設(shè)施、設(shè)備的針對(duì)性養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用功能，創(chuàng)造快捷、舒適的行車(chē)條件。

注重積累各類(lèi)資料，建立維養(yǎng)工作檔案。在養(yǎng)護(hù)工作中，收集設(shè)施的各類(lèi)技術(shù)資料，記錄運(yùn)行歷史，做好各類(lèi)技術(shù)儲(chǔ)備工作，為長(zhǎng)效管理打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。

以信息化管理為引領(lǐng)，不斷提升管理水平。結(jié)合養(yǎng)護(hù)維修實(shí)踐，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新信息管理技術(shù)，提高工作效率，持續(xù)提升營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)水平。

4 維養(yǎng)管理架構(gòu)

港珠澳大橋維養(yǎng)管理采取“管理局—職能業(yè)務(wù)部門(mén)—維養(yǎng)單位”三級(jí)管理體系，實(shí)行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分工負(fù)責(zé)、歸口管理的原則。管理局工程管理部是維養(yǎng)歸口管理部門(mén)，其主要職責(zé)是審核月度、季度及年度維養(yǎng)計(jì)劃；組織實(shí)施維養(yǎng)工作；對(duì)維養(yǎng)效果進(jìn)行檢查及考核；負(fù)責(zé)建立維養(yǎng)工作檔案。維養(yǎng)單位采用公開(kāi)招標(biāo)模式，其具體負(fù)責(zé)實(shí)施維養(yǎng)各項(xiàng)工作，包括日常巡視、清潔、檢查、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、維修、檔案整理等工作。

5 預(yù)防性維養(yǎng)管理應(yīng)用

5.1 結(jié)構(gòu)單元分解

本項(xiàng)目維養(yǎng)管理采用工程分解體系[1-2]（Object Breakdown Structure，OBS）將主體工程按結(jié)構(gòu)類(lèi)型、使用功能、材料分類(lèi)、結(jié)構(gòu)層次和附屬關(guān)系分解為更為簡(jiǎn)單、易于管理的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)單元，所有的檢查和維護(hù)活動(dòng)等都基于OBS實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐直阌谑褂媒y(tǒng)一的檢查、維護(hù)記錄、單元編碼及數(shù)據(jù)檔案管理，有利于完全涵蓋與捕捉具有多途徑，多因素特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)病害或缺陷，反映結(jié)構(gòu)真實(shí)健康狀況和工作狀態(tài)。因此將島隧工程劃分為5個(gè)區(qū)段，依次為：東人工島隧道敞開(kāi)段及現(xiàn)澆暗埋段、沉管隧道段、西人工島隧道現(xiàn)澆暗埋段及隧道敞開(kāi)段。根據(jù)區(qū)段劃分再作進(jìn)一步OBS分解，包括：基礎(chǔ)、管節(jié)結(jié)構(gòu)、管廊、止水系統(tǒng)、防火系統(tǒng)、檢修道、隧道路面、減光罩、泵房、擋浪墻等。

5.2 數(shù)據(jù)管理

以“港珠澳大橋主體工程綜合管理信息系統(tǒng)”、“港珠澳大橋主體工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”等為基礎(chǔ)，形成數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為島隧工程提供數(shù)據(jù)管理及存檔管理支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)已產(chǎn)生的關(guān)鍵工程數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)期動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理，提供數(shù)據(jù)存檔、維護(hù)、查詢及評(píng)估報(bào)告等功能。

5.3 日常巡查與清潔

日常巡查與清潔是最基本且頻率最高的維養(yǎng)工作，可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)工程的突發(fā)性事故、突出病害等異常情況。日常巡查是針對(duì)土建結(jié)構(gòu)各部件是否處于正常工作狀態(tài)、是否妨礙交通安全等進(jìn)行的檢查。日常巡查采用人工與信息化手段相結(jié)合的方式，巡查中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷與病害應(yīng)及時(shí)上報(bào)并做好檔案記錄。

清潔工作是針對(duì)工程結(jié)構(gòu)各單元在使用過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾、污跡、淤積等進(jìn)行的清理工作。清潔工作應(yīng)制定詳細(xì)的計(jì)劃和實(shí)施方案，并將清潔情況記錄在冊(cè)。

5.4 檢查

檢查可分為初始檢查、經(jīng)常檢查、定期檢查、應(yīng)急檢查和專項(xiàng)檢查五類(lèi)[3]，檢查流程見(jiàn)圖1。圖中：S為情況正常；B為一般異常；A為嚴(yán)重異常。狀況值及其表述見(jiàn)5.6節(jié)。采用OBS對(duì)島隧工程單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分解，所有構(gòu)件及設(shè)施檢查旨在評(píng)估結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題及隱患，為后續(xù)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和病害處治提供依據(jù)。

圖1 檢查流程圖Fig.1 The check flow chart

5.4.1 初始檢查

初始檢查的目的服務(wù)于結(jié)構(gòu)零狀態(tài)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集，建立技術(shù)檔案，作為日后經(jīng)常檢查、定期檢查、專項(xiàng)檢查及工程評(píng)估的基礎(chǔ)。初始檢查可以確定島隧結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的基準(zhǔn)技術(shù)狀況，對(duì)后期發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷和病害做對(duì)比分析，確定病害或缺陷成因及發(fā)展程度，為進(jìn)一步養(yǎng)護(hù)工作提供依據(jù)。初始檢查包含結(jié)構(gòu)檢查和耐久性檢查。

5.4.2 經(jīng)常檢查

經(jīng)常檢查原則上使用簡(jiǎn)單的巡查工具進(jìn)行目視巡查，以定性判斷為主。破損狀況判定分3種情況：情況正常、一般異常、嚴(yán)重異常。島隧工程經(jīng)常檢查頻率不低于1次/月。

5.4.3 定期檢查

定期檢查是按規(guī)定周期對(duì)主體結(jié)構(gòu)及其附屬構(gòu)造物的技術(shù)狀況進(jìn)行的全面檢查及等級(jí)評(píng)定，主要功能是搜集結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為評(píng)定島隧工程的使用功能，制定維養(yǎng)管理計(jì)劃提供基本數(shù)據(jù)。通過(guò)定期檢查，系統(tǒng)掌握結(jié)構(gòu)基本技術(shù)狀況，評(píng)定結(jié)構(gòu)物功能狀態(tài)，為制訂維養(yǎng)工作計(jì)劃提供依據(jù)。定期檢查建立在日常巡查和經(jīng)常檢查基礎(chǔ)之上，是對(duì)結(jié)構(gòu)基本狀況的全面細(xì)部檢查。同時(shí)針對(duì)本工程，特別增加耐久性檢查內(nèi)容作為定期檢查的一部分。

5.4.4 應(yīng)急檢查

應(yīng)急檢查是指結(jié)構(gòu)遭遇自然災(zāi)害、發(fā)生交通事故或隧道保護(hù)區(qū)域遭受大型施工等外力作用后，對(duì)遭受影響的隧道結(jié)構(gòu)立即進(jìn)行詳細(xì)勘察、檢查，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)受損情況，為下一步采取針對(duì)性維修對(duì)策提供依據(jù)。

5.4.5 專項(xiàng)檢查

專項(xiàng)檢查是根據(jù)定期檢查和應(yīng)急檢查結(jié)果，并經(jīng)過(guò)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估之后，判斷需要進(jìn)一步查明某些破損或病害的詳細(xì)情況而進(jìn)行的更為深入的專門(mén)檢測(cè)。通過(guò)專項(xiàng)檢查，完整掌握破損或病害的詳細(xì)情況，為其是否實(shí)施處治以及采取何種處治措施等提供技術(shù)依據(jù)。

5.5 自動(dòng)化及智能化檢測(cè)

為有效掌握運(yùn)營(yíng)期隧道和人工島結(jié)構(gòu)狀態(tài)及其發(fā)展演化趨勢(shì)，對(duì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的各類(lèi)異常狀況及時(shí)作出診斷并預(yù)警，確保結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全，本項(xiàng)目于施工階段已在沉管隧道和人工島結(jié)構(gòu)上布置了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)詳見(jiàn)圖2[4-5]。

圖2 隧道內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.2 Layout of automatic monitoring points in the tunnel

隧道結(jié)構(gòu)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：重要的環(huán)境要素（溫度、濕度、交通荷載、地震）、管節(jié)間相對(duì)位移、關(guān)鍵控制截面應(yīng)力及應(yīng)變、混凝土氯離子腐蝕狀態(tài)、管節(jié)接頭止水帶滲漏等。人工島結(jié)構(gòu)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：結(jié)構(gòu)空間變位、深層水平位移和巖土體分層沉降等。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析處理。數(shù)據(jù)分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)回放、查詢、統(tǒng)計(jì)，還可以用來(lái)進(jìn)行島隧結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)展示、對(duì)比及預(yù)警，指導(dǎo)島隧工程開(kāi)展預(yù)防性、針對(duì)性檢查工作。港珠澳大橋根據(jù)結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)分黃色、橙色、紅色三級(jí)預(yù)警，當(dāng)結(jié)構(gòu)預(yù)警指標(biāo)到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)字顏色改變、窗口提示、聲音、短信等方式，醒目直觀的提醒和通知管養(yǎng)人員。

5.6 隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定

5.6.1 各隧道區(qū)段技術(shù)狀況評(píng)分

式中：wi為分項(xiàng)權(quán)重；jgcii為隧道各區(qū)段分項(xiàng)狀況值；i為OBS隧道各區(qū)段各分項(xiàng)。

5.6.2 隧道總體技術(shù)狀況評(píng)定

式中：j為OBS隧道各區(qū)段各單位；JGCIj為隧道各單位技術(shù)狀況值；Wj為隧道各單位的權(quán)重，其值見(jiàn)表1[6]。

表1 各隧道段權(quán)重表Table 1 Weight table of each tunnel section

5.6.3 技術(shù)狀況評(píng)定分類(lèi)界限

港珠澳大橋島隧工程技術(shù)狀況評(píng)定分類(lèi)界限值詳見(jiàn)表2[7]。

表2 隧道技術(shù)狀況評(píng)定分類(lèi)界限值Table 2 Boundary values of classification and evaluation for the tunnel technology status

1類(lèi)為完好狀態(tài)。2類(lèi)為輕微破損，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)破損部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)或檢査，必要時(shí)實(shí)施保養(yǎng)維修。3類(lèi)為中等破損，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)破損部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并對(duì)局部實(shí)施保養(yǎng)維修。4類(lèi)為嚴(yán)重破損，已影響行人、行車(chē)安全，應(yīng)盡快實(shí)施結(jié)構(gòu)病害處治措施，并及時(shí)實(shí)施交通管制。

5.7 維修

維修分為小修保養(yǎng)、中修、大修三類(lèi)。因港珠澳大橋沉管隧道在設(shè)計(jì)施工中采用了大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化理念，與傳統(tǒng)的隧道相比，維修模式必然也存在較大差異。因此，基于OBS結(jié)構(gòu)分解，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、混凝土結(jié)構(gòu)破損、鋼結(jié)構(gòu)（鋼剪力鍵、鋼緊固件、預(yù)應(yīng)力錨具、隧道減光罩）、隧道路面、排水設(shè)施、檢修道、記憶支座、止水系統(tǒng)、無(wú)縫伸縮縫等均制定了詳細(xì)的維修手冊(cè)[8]。明確了結(jié)構(gòu)缺陷分類(lèi)及所對(duì)應(yīng)的維修方法、適用材料和檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，已期達(dá)到精細(xì)化維修施工管理目標(biāo)和質(zhì)量?jī)?yōu)良目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)檢查與預(yù)防性維養(yǎng)是保證最大限度實(shí)現(xiàn)和延長(zhǎng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命不可缺少的重要環(huán)節(jié)。港珠澳大橋提出建設(shè)是發(fā)展，維養(yǎng)管理也是發(fā)展；建設(shè)是生產(chǎn)力，維養(yǎng)管理也是生產(chǎn)力的理念。本項(xiàng)目從設(shè)計(jì)階段即開(kāi)始“預(yù)謀”養(yǎng)護(hù)工作，對(duì)結(jié)構(gòu)單元維養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)分解；規(guī)范人工日常巡查、清潔、結(jié)構(gòu)檢查（初始、經(jīng)常、定期、應(yīng)急和專項(xiàng)檢查五類(lèi)）頻次與內(nèi)容；通過(guò)結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留預(yù)埋的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；對(duì)人工及設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)科學(xué)分析并研判；規(guī)范各類(lèi)維修施工管理。在運(yùn)營(yíng)期維養(yǎng)實(shí)施過(guò)程中將結(jié)合本項(xiàng)目島隧工程特點(diǎn)，立足預(yù)防、防治并舉、精心組織，精細(xì)管理，創(chuàng)造一流養(yǎng)護(hù)水平，保證大橋具備暢通、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的使用功能，確保實(shí)現(xiàn)大橋120 a的設(shè)計(jì)使用壽命。