華南地區(qū)公路山嶺隧道滲漏水病害分析

鄭可揚

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510507)

0 引 言

隨著中國公路交通運輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，數(shù)量眾多的山嶺隧道投入到建設(shè)和營運中。根據(jù)國家交通運輸部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國公路隧道建設(shè)數(shù)量于2020年底達到21 316處，總建設(shè)里程高達21 999 km，其中特長隧道1 394處共6 235.5 km，長隧道5 541處共9 633.2 km。隨著高速公路山嶺隧道營運時間的增長和隧道結(jié)構(gòu)服役性能的劣化，各類隧道病害逐步顯現(xiàn)并為隧道的正常營運帶來不同程度的安全隱患。國內(nèi)高速公路隧道通常在通車營運5年之后進入嚴重病害的高發(fā)期，因此可以預(yù)期營運期隧道病害治理將成為未來一段時期內(nèi)研究和工程實踐的重點。

既有隧道病害的類型眾多，主要有滲漏水、凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕等，其中以滲漏水現(xiàn)象最為普遍。根據(jù)已有文獻反映，我國約有70%的公路隧道存在滲漏水病害，其中約30%存在由滲漏水病害引起的結(jié)構(gòu)安全問題。成都龍泉山隧道于圍巖較差地段出現(xiàn)嚴重的滲漏水病害；重慶大埡口隧道、云南地區(qū)多所隧道、晉陽高速公路多所隧道等都在營運期間出現(xiàn)了不同程度的襯砌裂縫和滲漏水病害。上述統(tǒng)計結(jié)果和典型隧道病害實例雖然反映了滲漏水病害的普遍性和嚴重性，但尚且難以從有限的研究案例中形成系統(tǒng)而全面的結(jié)論。華南地區(qū)整體呈現(xiàn)為高溫多雨的氣候特征，年均降水量整體較大、單次降水持續(xù)時間較長的降水特點導(dǎo)致山嶺隧道易于受到滲漏水病害的影響，因此有必要針對華南地區(qū)運營隧道開展?jié)B漏水病害調(diào)查并系統(tǒng)分析其形成機理。

為此，圍繞著公路隧道滲漏水病害危害的特點展開分析。其次，在全面搜集華南地區(qū)現(xiàn)役高速公路營運隧道滲漏水病害現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選取了17個典型隧道維修加固項目作為研究對象，針對隧道出現(xiàn)的裂縫和滲漏水處治費用進行了統(tǒng)計分析，并就處治費用的變化規(guī)律及其與降水量的關(guān)聯(lián)性進行探討。研究成果對于華南地區(qū)公路山嶺隧道滲漏水病害的防治和營運期間的維護工作具有參考價值，同時也為全國公路隧道滲漏水病害處治提供參考。

1 滲漏水病害的危害

營運期公路山嶺隧道滲漏水病害的危害首先體現(xiàn)為加劇了襯砌結(jié)構(gòu)和隧道內(nèi)部設(shè)備的腐蝕速度，威脅隧道結(jié)構(gòu)的安全性和機電設(shè)施設(shè)備的正常使用。侵蝕性地下水對襯砌鋼筋、混凝土的侵蝕、結(jié)晶體膨脹應(yīng)力等物理化學(xué)作用，致使襯砌混凝土開裂并產(chǎn)生剝落、掉塊等，進而導(dǎo)致襯砌有效厚度降低和承載能力下降。滲漏水也會對隧道內(nèi)的通信、電力、消防等設(shè)施設(shè)備造成不同程度的銹蝕和損壞，影響設(shè)備正常運行和維修人員的人身安全。

其次，滲漏水病害容易導(dǎo)致路面積水增加，進而降低隧道路面與車輛輪胎之間的摩擦力，可能造成路面反光、輪胎打滑等行車危險。路面積水的賦存也將導(dǎo)致行車通行速度下降，影響隧道的交通運輸效率。

從現(xiàn)有研究成果上看，公路隧道滲漏水病害通常并非單一的、局部的，而是一種多樣性的、系統(tǒng)性的病害，并且會造成多方面的危害。由于水的可流動性和水壓的傳遞性，隧道襯砌結(jié)構(gòu)往往會承受較高的水頭壓力。在這樣的條件下，襯砌中任何缺陷和病害都可能成為滲漏水的通道，然而在隧道防排水施工過程中，施工質(zhì)量控制往往不足以完全規(guī)避襯砌中的任何缺陷，因此難以避免滲漏水現(xiàn)象的發(fā)生。當滲漏水病害發(fā)生時，滲漏水通過裂縫進入隧道襯砌內(nèi)部的過程中，較高的水壓會導(dǎo)致襯砌開裂或使得原有裂縫進一步發(fā)展擴大，滲漏水中的侵蝕性成分也會加劇襯砌裂縫的擴張。出現(xiàn)開裂病害的襯砌將會形成多個滲漏通道，進一步加劇地下水向隧道襯砌內(nèi)部的滲漏。在這個正反饋調(diào)節(jié)的過程中，襯砌混凝土逐步喪失防水能力和結(jié)構(gòu)承載能力，最終影響隧道的使用性能和使用壽命。因此，隧道滲漏水病害實際上是隧道各種病害的促進因素和綜合反映。

2 滲漏水病害的處治費用統(tǒng)計分析

以滲漏水病害為代表的公路隧道病害嚴重影響公路運輸?shù)陌踩?，制約了公路運輸?shù)目焖侔l(fā)展。為了整治各類病害，公路部門每年都要耗費大量的人力、物力和財力。近年來國內(nèi)各等級公路養(yǎng)護里程、養(yǎng)護力度和養(yǎng)護費用呈逐年遞增的趨勢。

根據(jù)華南地區(qū)公路隧道維修加固工程中的設(shè)計實踐及相應(yīng)的統(tǒng)計分析結(jié)果，2018年至2020年華南地區(qū)部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用在維修加固工程總費用中的占比統(tǒng)計結(jié)果如表1所示，相應(yīng)的費用占比逐年增加趨勢如圖1所示。

表1 近三年華南地區(qū)部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用的占比

圖1 近三年華南地區(qū)部分典型公路隧道滲漏水病害處治費用的逐年趨勢

由表1和圖1可見，華南地區(qū)公路山嶺隧道滲漏水處治費用在維修加固工程總費用中平均比例均超過60%，且該比例呈現(xiàn)出逐年快速增長的趨勢。其中，部分隧道的維修加固工程總費用甚至完全由滲漏水處治費用構(gòu)成。由此不難推測，隧道滲漏水在將來仍需要耗費大量的人力、物力和財力進行治理。

相較于國內(nèi)隧道在滲漏水病害治理方面的巨大經(jīng)費投入，滲漏水病害治理效果常常難以達到預(yù)期效果，反而容易在病害治理結(jié)束之后再度出現(xiàn)病害。以博深高速公路隧道維修加固工程為例，由圖2可見，近三年滲漏水病害處治費用比例均在70%以上，反映了滲漏水病害是該維修加固工程的處治重點。另一方面，該項目每延米滲漏水病害處治費用雖然呈逐年降低趨勢，然而2019年和2020年滲漏水病害留存率分別為76.8%和82.7%，反映了滲漏水病害在單次治理結(jié)束后的復(fù)發(fā)趨勢逐年上升。

圖2 博深高速公路隧道滲漏水病害處治費用的逐年趨勢

華南地區(qū)整體呈現(xiàn)為高溫多雨的氣候特征。年均降水量整體較大、單次降水持續(xù)時間較長的降水特點導(dǎo)致山嶺隧道所處巖土體中的地下水位高、地下水滲流作用活躍、地下水補給強度大，反映在工程地質(zhì)方面為隧道圍巖含水量豐富，進而導(dǎo)致滲漏水病害的出現(xiàn)概率顯著提高。由于華南地區(qū)年均降水量分布較不均勻，因此有必要研究滲漏水病害情況與隧道所在地氣候條件的相關(guān)性。近三年華南地區(qū)部分典型公路隧道每延米滲漏水處治費用、滲漏水費用比重隨年均降水量的變化分別如圖3和圖4所示。

圖3 每延米滲漏水處治費用隨年均降水量的變化

圖4 滲漏水費用比重隨年均降水量的變化

圖4反映了滲漏水費用比重隨年均降水量增加而呈現(xiàn)下降趨勢。結(jié)合圖3和圖4可以得到如下結(jié)論：隨著隧道所在區(qū)域的年均降水量的增加，隧道滲漏水處治費用和其他病害處治費用都有所上升，其中，其他病害處治費用的漲幅高于滲漏水處治費用。事實上，隧道滲漏水病害是隧道各種病害的促進因素和綜合反映，因此有理由推測正是滲漏水病害的加重導(dǎo)致了其他類型病害的嚴重程度提高。

3 結(jié) 語

隧道滲漏水病害是一種會造成多方面危害的病害，是隧道各種病害的促進因素和綜合反映。依托于華南地區(qū)典型隧道維修加固項目，對隧道出現(xiàn)的裂縫和滲漏水處治費用進行了統(tǒng)計分析，并就處治費用的變化規(guī)律及其與降水量的關(guān)聯(lián)性進行探討。

(1)華南地區(qū)公路山嶺隧道滲漏水處治費用在維修加固工程總費用中平均比例均超過60%，且該比例呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，反映了滲漏水病害是隧道維修加固項目的重點處治內(nèi)容。

(2)滲漏水病害在單次治理結(jié)束后的復(fù)發(fā)趨勢逐年上升，反映了滲漏水病害處治的長期性和反復(fù)性。

(3)隨著隧道所在區(qū)域的年均降水量的增加，隧道滲漏水處治費用和其他病害處治費用都有所上升。

(4)滲漏水病害的加重導(dǎo)致了其他類型病害的嚴重程度提高，表明滲漏水病害是隧道各種病害的促進因素。