某早期坑道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性評估

李健全，涂世云，呂 瑾

(1.浙江大合檢測有限公司，浙江 杭州 311122； 2.杭州艾弗森節(jié)能科技有限公司，浙江 杭州 311100)

早期坑道式人防工程大多建于20世紀(jì)80年代以前，數(shù)量多，分布廣，一般采用磚石砌體或混凝土砌塊結(jié)構(gòu)。這些早期人防工程若按現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)去判定，很多已經(jīng)滿足不了人防工程的要求。如有的缺少口部防護設(shè)施，有的沒有完善的人員(物資)掩蔽生存環(huán)境，有的因地下水浸蝕、地質(zhì)狀況和外部環(huán)境的變化，結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到不同程度的損壞，加上工程年久失修等原因，工程防護能力降低，安全隱患增多，部分工程已直接威脅到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。既有人防工程因年久失修威脅民眾生命安全和造成經(jīng)濟損失的案例屢見不鮮，如2020年浙大玉泉校區(qū)旁路面坍塌、2018年臨潼一人防工程坍塌造成2輛汽車損壞，2016年鄭州一防空洞塌陷、2012年溫州一人防工程坍塌等。因此，早期坑道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性的評估是一個迫切需要探討和解決的問題。

本文通過對某早期坑道式人防工程的結(jié)構(gòu)形式、口部和主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查，并采用結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測，側(cè)墻位移收斂情況檢測、墻體厚度檢測、振動監(jiān)測以及探地雷達等技術(shù)手段，對其結(jié)構(gòu)安全性進行了綜合分析和評估，得到了其結(jié)構(gòu)安全性評估結(jié)論。

1 工程概況

該早期坑道式人防工程修筑于20世紀(jì)70年代，目前處于閑置中。該工程主通道長度約310 m，備用通道長度約378 m，總面積約2 273 m2，其中主通道及所屬房間面積約1 152 m2，備用通道及所屬房間面積約1 121 m2。

為方便制定后續(xù)使用和維護計劃，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和口部邊坡安全進行了調(diào)查和檢測，并對其結(jié)構(gòu)安全性進行了評估?？拥榔矫媸疽鈭D見圖1。

2 工程環(huán)境調(diào)查

該早期人防工程位于某山體內(nèi)，山形完整，主山脊線呈東西方向延伸，南北方向上脊和山谷交錯橫生。山體東側(cè)坡度較緩，有較厚土層，山體南側(cè)和西側(cè)坡度較大，土層脊薄，有部分裸露巖石。該山體森林植被茂密，生長狀況良好，其現(xiàn)狀為休閑公園。局部山體狀況如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)形式調(diào)查

該工程采用暗挖方法構(gòu)筑的坑道式人防工程，通道襯砌為混凝土直墻拱頂結(jié)構(gòu)(見圖3)，主通道及備用通道拱頂表面為噴漿毛面，主通道水池上方及備用通道轉(zhuǎn)角處為裸露巖體、無襯砌(見圖4)。通過觀察隧道襯砌斷面(備用通道轉(zhuǎn)角處、備用通道四號耳室附近勘探洞口處)可初步判斷隧道施工過程中，局部襯砌與基巖面間先使用石塊堆砌填充，之后再支模使用混凝土澆筑，主體結(jié)構(gòu)屬于混凝土被覆結(jié)構(gòu)形式。

4 口部現(xiàn)狀調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：1)口部結(jié)構(gòu)上方為自然土坡，坡面樹木無明顯傾斜，未發(fā)現(xiàn)土體存在滑動現(xiàn)象，口部邊坡較為穩(wěn)定。2)口部砌筑磚墻風(fēng)化嚴(yán)重，砌筑砂漿流失。3)該 工程主通道出口處存在沿拱頂裂縫，長度約為12 m，最大裂縫寬度為2.8 mm。4)主通道出口處側(cè)墻存在拼接裂縫，局部存在滲水現(xiàn)象，地面無積水。5)支洞出口處存在沿拱頂裂縫，長度約為8 m，最大裂縫寬度為0.76 mm。6)支洞出口處側(cè)墻存在拼接裂縫(見圖5)。

5 主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：1)該工程主體結(jié)構(gòu)混凝土表面基本完好，未發(fā)現(xiàn)明顯蜂窩、孔洞及裂縫情況。主體通道拱頂未發(fā)現(xiàn)明顯下?lián)?，?cè)壁未發(fā)現(xiàn)明顯變形，地面未發(fā)現(xiàn)隆起等情況。2)該工程主體結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏水現(xiàn)象，地面未發(fā)現(xiàn)積水。3)該工程人防門鋼筋銹蝕嚴(yán)重，混凝土爆裂，人防門已不能正常開閉，且主通道出口第一道人防門已拆除。4)經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，結(jié)合主通道水池上方及備用通道轉(zhuǎn)角兩處出露巖層綜合分析，兩處出露巖層巖性及產(chǎn)狀無較大差異(見圖6)。

a.地層：地層具有明顯分層界線，為典型沉積地層。地層層面接近水平。巖體中的破碎面及裂紋較多，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石表面濕潤，局部有滴水現(xiàn)象，地下水較發(fā)育。

b.巖性：出露巖石風(fēng)化面呈紅褐色，斷口新鮮面呈灰白色，巖石質(zhì)地堅硬，為灰白色硅質(zhì)石英砂巖。

6 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測

1)側(cè)墻混凝土抗壓強度抽檢(見圖7)。

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，按照J(rèn)GJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程現(xiàn)場抽取混凝土構(gòu)件部位采用回彈法檢測混凝土抗壓強度，該工程修筑于20世紀(jì)70年代，考慮混凝土強度回彈值齡期修正，依據(jù)相關(guān)規(guī)范對超過1 000 d的混凝土強度進行修正，修正系數(shù)為0.87，檢測結(jié)果為12.0 MPa～17.0 MPa之間。

2)側(cè)墻收斂值檢測。

為了解工程的側(cè)墻的位移情況，分別于2021年3月2日及2021年3月26日對側(cè)墻相對位移進行測量，收斂值檢測結(jié)果為0.01 mm～0.05 mm之間。測定結(jié)果見表1。側(cè)墻收斂值現(xiàn)場檢測見圖8。

表1 側(cè)墻收斂值測試結(jié)果

3)混凝土墻體厚度值檢測。

為了解該工程的混凝土墻體的厚度情況，采用鋼卷尺對混凝土墻體的厚度進行測量，測定結(jié)果基本為240 mm～600 mm之間。

4)動力測試。

現(xiàn)場采用941B型超低頻拾振器對該工程進行振動測試。根據(jù)檢測結(jié)果及分析，該工程在外界環(huán)境影響下，主振頻率為0.3 Hz，最大振動速度為4.402×10-4mm/s，根據(jù)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)中附錄M.0.3條，該建筑結(jié)構(gòu)的振動作用小于結(jié)構(gòu)振動速度安全限值，具體檢測結(jié)果詳見表2。

表2 測點動測成果

5)探地雷達檢測。

采用探地雷達對該早期坑道式人防工程側(cè)墻與仰拱襯砌厚度及背后密實度進行檢測。

本次檢測共布置6條測線，各測線概況如下：

測線1：備用通道右側(cè)墻(不包含所屬房間)，檢測里程366.2 m。測線2：備用通道左側(cè)墻(不包含所屬房間)，檢測里程363.4 m。測線3：主通道右側(cè)墻(不包含所屬房間)，檢測里程269.7 m。測線4：主通道左側(cè)墻(不包含所屬房間)，檢測里程281.5 m。測線5：主通道仰拱，檢測里程304.0 m。測線6：備用通道仰拱，檢測里程370.0 m。

檢測里程共計1 954.8 m，因本工程隧道拱頂表面為噴射混凝土，雷達天線無法密貼表面，故未做檢測。

現(xiàn)場檢測采用LTD-2100探地雷達(如圖9所示)(M/166060436)和GC400MHz，GC900MHz天線進行。(側(cè)墻檢測采用GC900MHz天線、仰拱檢測采用GC400MHz天線)探地雷達由一體化主機、天線及相關(guān)配件組成。其基本原理是通過發(fā)射天線、接收天線以及主機共同工作。采集樣點時，首先由控制單元分別給發(fā)射器和接受器發(fā)出一個控制信號，發(fā)射器接收到該信號后，通過發(fā)射天線(T)向墻上某一測點發(fā)射一定主頻的電磁脈沖波，電磁脈沖波在各種介質(zhì)的傳播過程中，遇到不同介質(zhì)的物性分界面(電阻率、介電常數(shù)的差異分界面)時，發(fā)生波的反射，反射波由接收天線(R)接收，通過控制單元和計算機接收經(jīng)光纜由接收天線傳送的反射波信號，并在計算機中存儲每一個測點上波形序列的振幅及波的雙程走時(Δt)，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度及波的雙程走時，采用公式S=V×Δt/2，求出反射面的深度。沿所布置的測線移動天線，控制單元即可采集到一條測線上的所有測點相應(yīng)的波形序列，形成一整條測線的雷達剖面記錄，通過對雷達剖面記錄的分析與計算，即可得到隧道襯砌背后的回填質(zhì)量情況。LTD探地雷達探測隧道時的工作原理見圖10。

現(xiàn)場檢測采用中國電波傳播研究所研制的LTD-2100型探地雷達，所用天線為地面耦合式一體化天線。雷達檢測時，發(fā)射和接收天線與檢測目標(biāo)體表面密貼，沿測線滑動，由雷達主機高速發(fā)射雷達脈沖，進行快速連續(xù)采集。雷達每秒發(fā)射64個脈沖，每米測線約有測點100個。

探地雷達主要判定特征如下：

a.密實：界面信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號。

b.不密實：界面反射信號強，信號為強反射信號，同相軸不連續(xù)，錯斷，一般區(qū)域化分布。

c.空洞：界面反射信號強，呈典型的孤立體相位特征，通常為規(guī)整或不規(guī)整的雙曲線波形特征，三振相明顯。

將本次檢測的主通道及備用通道側(cè)墻及仰拱雷達掃描原始圖像進行增益恢復(fù)及各項數(shù)據(jù)處理后，結(jié)合現(xiàn)場情況及雷達圖像的分析，判斷隧道施工過程中，局部襯砌與基巖面間先使用石塊堆砌填充，之后再支模使用混凝土澆筑。結(jié)合雷達圖像反映局部邊墻后部存在的高頻信號反射波，推測主、備用通道側(cè)墻襯砌背后均有局部存在因石塊堆砌填充導(dǎo)致的不密實及空洞。測線位置示意圖見圖11。

7 結(jié)構(gòu)安全性評估

早期坑道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性評估等級應(yīng)取早期坑道式人防工程口部安全性評估等級和主體結(jié)構(gòu)安全性評估等級的較低等級，由高到低分為基本安全、局部危險、危險三個等級。

7.1 口部安全性評估

1)經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，結(jié)合主通道水池上方及備用通道端頭兩處出露巖層綜合分析，出露巖石風(fēng)化面呈紅褐色，斷口新鮮面呈灰白色，巖石質(zhì)地堅硬，為灰白色硅質(zhì)石英砂巖，巖體中的破碎面及裂紋較多，節(jié)理裂隙較發(fā)育。根據(jù)GB/T 50218—2014工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn),該工程巖體可初步判定為Ⅳ級巖體，巖體自穩(wěn)能力較差。

2)按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性評估規(guī)程對該早期坑道式人防工程口部安全性進行評估，評估結(jié)果見表3。

表3 口部安全性評估表

7.2 主體結(jié)構(gòu)安全性評估

按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性評估規(guī)程對該早期坑道式人防工程主體結(jié)構(gòu)安全性進行評估，評估結(jié)果見表4。

表4 主體結(jié)構(gòu)安全性評估表

7.3 結(jié)構(gòu)安全性評估

按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性評估規(guī)程對該早期坑道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性進行評估，評估結(jié)果見表5。

表5 結(jié)構(gòu)安全性評估表

8 評估結(jié)論

1)該工程口部邊坡為自然土坡，未發(fā)現(xiàn)土體存在滑動現(xiàn)象，坡面樹木無明顯傾斜，口部邊坡較為穩(wěn)定，口部邊坡穩(wěn)定性評估為基本安全。

2)主通道出口及備用通道出口口部襯砌存在沿拱頂裂縫，側(cè)墻拼接處存在拼接裂縫且局部存在滲水現(xiàn)象，該工程因缺少地質(zhì)勘察資料，無法對該工程口部結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力進行驗算及評估口部結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級。

3)該工程主體結(jié)構(gòu)地面無積水，無滲漏點，工程積水情況安全性評估為基本安全。

4)該工程主通道和備用通道主體結(jié)構(gòu)基本完好，構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)明顯變形、裂縫等情況，但該工程缺少地質(zhì)勘察資料，無法對該工程主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力進行驗算及評估主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級。

9 結(jié)語

早期人防工程結(jié)構(gòu)安全性問題，是城市發(fā)展安全隱患重點之一，早期坑道式人防工程作為其中一種工程類型同樣存在這種問題，本文通過對某一早期坑道式人防工程結(jié)構(gòu)安全性的評估，為后續(xù)同類工程結(jié)構(gòu)安全性評估方法和內(nèi)容的研究提供了方向和基礎(chǔ)。