华南地区公路山岭隧道渗漏水病害分析
时间：2022-12-07 11:55:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
郑可扬
(广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510507)
随着中国公路交通运输事业的蓬勃发展，数量众多的山岭隧道投入到建设和营运中。根据国家交通运输部统计数据，我国公路隧道建设数量于2020年底达到21 316处，总建设里程高达21 999 km，其中特长隧道1 394处共6 235.5 km，长隧道5 541处共9 633.2 km。随着高速公路山岭隧道营运时间的增长和隧道结构服役性能的劣化，各类隧道病害逐步显现并为隧道的正常营运带来不同程度的安全隐患。国内高速公路隧道通常在通车营运5年之后进入严重病害的高发期，因此可以预期营运期隧道病害治理将成为未来一段时期内研究和工程实践的重点。
既有隧道病害的类型众多，主要有渗漏水、冻害、衬砌裂损和衬砌侵蚀等，其中以渗漏水现象最为普遍。根据已有文献反映，我国约有70%的公路隧道存在渗漏水病害，其中约30%存在由渗漏水病害引起的结构安全问题。成都龙泉山隧道于围岩较差地段出现严重的渗漏水病害；
重庆大垭口隧道、云南地区多所隧道、晋阳高速公路多所隧道等都在营运期间出现了不同程度的衬砌裂缝和渗漏水病害。上述统计结果和典型隧道病害实例虽然反映了渗漏水病害的普遍性和严重性，但尚且难以从有限的研究案例中形成系统而全面的结论。华南地区整体呈现为高温多雨的气候特征，年均降水量整体较大、单次降水持续时间较长的降水特点导致山岭隧道易于受到渗漏水病害的影响，因此有必要针对华南地区运营隧道开展渗漏水病害调查并系统分析其形成机理。
为此，围绕着公路隧道渗漏水病害危害的特点展开分析。其次，在全面搜集华南地区现役高速公路营运隧道渗漏水病害现状的基础上，选取了17个典型隧道维修加固项目作为研究对象，针对隧道出现的裂缝和渗漏水处治费用进行了统计分析，并就处治费用的变化规律及其与降水量的关联性进行探讨。研究成果对于华南地区公路山岭隧道渗漏水病害的防治和营运期间的维护工作具有参考价值，同时也为全国公路隧道渗漏水病害处治提供参考。
营运期公路山岭隧道渗漏水病害的危害首先体现为加剧了衬砌结构和隧道内部设备的腐蚀速度，威胁隧道结构的安全性和机电设施设备的正常使用。侵蚀性地下水对衬砌钢筋、混凝土的侵蚀、结晶体膨胀应力等物理化学作用，致使衬砌混凝土开裂并产生剥落、掉块等，进而导致衬砌有效厚度降低和承载能力下降。渗漏水也会对隧道内的通信、电力、消防等设施设备造成不同程度的锈蚀和损坏，影响设备正常运行和维修人员的人身安全。
其次，渗漏水病害容易导致路面积水增加，进而降低隧道路面与车辆轮胎之间的摩擦力，可能造成路面反光、轮胎打滑等行车危险。路面积水的赋存也将导致行车通行速度下降，影响隧道的交通运输效率。
从现有研究成果上看，公路隧道渗漏水病害通常并非单一的、局部的，而是一种多样性的、系统性的病害，并且会造成多方面的危害。由于水的可流动性和水压的传递性，隧道衬砌结构往往会承受较高的水头压力。在这样的条件下，衬砌中任何缺陷和病害都可能成为渗漏水的通道，然而在隧道防排水施工过程中，施工质量控制往往不足以完全规避衬砌中的任何缺陷，因此难以避免渗漏水现象的发生。当渗漏水病害发生时，渗漏水通过裂缝进入隧道衬砌内部的过程中，较高的水压会导致衬砌开裂或使得原有裂缝进一步发展扩大，渗漏水中的侵蚀性成分也会加剧衬砌裂缝的扩张。出现开裂病害的衬砌将会形成多个渗漏通道，进一步加剧地下水向隧道衬砌内部的渗漏。在这个正反馈调节的过程中，衬砌混凝土逐步丧失防水能力和结构承载能力，最终影响隧道的使用性能和使用寿命。因此，隧道渗漏水病害实际上是隧道各种病害的促进因素和综合反映。
以渗漏水病害为代表的公路隧道病害严重影响公路运输的安全，制约了公路运输的快速发展。为了整治各类病害，公路部门每年都要耗费大量的人力、物力和财力。近年来国内各等级公路养护里程、养护力度和养护费用呈逐年递增的趋势。
根据华南地区公路隧道维修加固工程中的设计实践及相应的统计分析结果，2018年至2020年华南地区部分典型公路隧道渗漏水病害处治费用在维修加固工程总费用中的占比统计结果如表1所示，相应的费用占比逐年增加趋势如图1所示。
表1 近三年华南地区部分典型公路隧道渗漏水病害处治费用的占比
图1 近三年华南地区部分典型公路隧道渗漏水病害处治费用的逐年趋势
由表1和图1可见，华南地区公路山岭隧道渗漏水处治费用在维修加固工程总费用中平均比例均超过60%，且该比例呈现出逐年快速增长的趋势。其中，部分隧道的维修加固工程总费用甚至完全由渗漏水处治费用构成。由此不难推测，隧道渗漏水在将来仍需要耗费大量的人力、物力和财力进行治理。
相较于国内隧道在渗漏水病害治理方面的巨大经费投入，渗漏水病害治理效果常常难以达到预期效果，反而容易在病害治理结束之后再度出现病害。以博深高速公路隧道维修加固工程为例，由图2可见，近三年渗漏水病害处治费用比例均在70%以上，反映了渗漏水病害是该维修加固工程的处治重点。另一方面，该项目每延米渗漏水病害处治费用虽然呈逐年降低趋势，然而2019年和2020年渗漏水病害留存率分别为76.8%和82.7%，反映了渗漏水病害在单次治理结束后的复发趋势逐年上升。
图2 博深高速公路隧道渗漏水病害处治费用的逐年趋势
华南地区整体呈现为高温多雨的气候特征。年均降水量整体较大、单次降水持续时间较长的降水特点导致山岭隧道所处岩土体中的地下水位高、地下水渗流作用活跃、地下水补给强度大，反映在工程地质方面为隧道围岩含水量丰富，进而导致渗漏水病害的出现概率显著提高。由于华南地区年均降水量分布较不均匀，因此有必要研究渗漏水病害情况与隧道所在地气候条件的相关性。近三年华南地区部分典型公路隧道每延米渗漏水处治费用、渗漏水费用比重随年均降水量的变化分别如图3和图4所示。
图3 每延米渗漏水处治费用随年均降水量的变化
图4 渗漏水费用比重随年均降水量的变化
图4反映了渗漏水费用比重随年均降水量增加而呈现下降趋势。结合图3和图4可以得到如下结论：随着隧道所在区域的年均降水量的增加，隧道渗漏水处治费用和其他病害处治费用都有所上升，其中，其他病害处治费用的涨幅高于渗漏水处治费用。事实上，隧道渗漏水病害是隧道各种病害的促进因素和综合反映，因此有理由推测正是渗漏水病害的加重导致了其他类型病害的严重程度提高。
隧道渗漏水病害是一种会造成多方面危害的病害，是隧道各种病害的促进因素和综合反映。依托于华南地区典型隧道维修加固项目，对隧道出现的裂缝和渗漏水处治费用进行了统计分析，并就处治费用的变化规律及其与降水量的关联性进行探讨。
(1)华南地区公路山岭隧道渗漏水处治费用在维修加固工程总费用中平均比例均超过60%，且该比例呈现出逐年增长的趋势，反映了渗漏水病害是隧道维修加固项目的重点处治内容。
(2)渗漏水病害在单次治理结束后的复发趋势逐年上升，反映了渗漏水病害处治的长期性和反复性。
(3)随着隧道所在区域的年均降水量的增加，隧道渗漏水处治费用和其他病害处治费用都有所上升。
(4)渗漏水病害的加重导致了其他类型病害的严重程度提高，表明渗漏水病害是隧道各种病害的促进因素。
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