天津地鐵隧道運營狀態(tài)評價方法研究

郭劍勇 張繼清 王秀妍 宋 冉

（1.中國鐵路設計集團有限公司 天津 300142；2.城市軌道交通數字化建設與測評技術國家工程實驗室 天津 300142）

1 引言

截至2016年底，中國大陸地區(qū)共30個城市開通運營城市軌道交通，共計133條線路，其中地鐵運營長度3 168.7 km，占城市軌道交通運營總長度的76.3%［1］。天津地鐵始建于 20世紀 70年代［2］，截至目前通車總里程為168.3 km，全國排名前列。然而，由于設計、施工、維保、材料及地質因素等各方面的原因，很多地鐵隧道都在運營期出現了不同程度的病害，甚至有一些隧道不得不在服役期內進行斷交維修或大修［3］。因此，必須合理評估各類病害對隧道結構服役性能造成的影響，為病害的治理與維修提供依據［4］。

傳統的地鐵隧道運營狀態(tài)評估一般都是依靠經驗，采取定性化的方法對隧道病害狀況進行描述分析，這類方法顯然已不能滿足當前地鐵結構運營的維修和養(yǎng)護要求［5］。目前，國內已有一些城市和企業(yè)出臺了自己的地鐵隧道運營狀態(tài)評價規(guī)范，這些規(guī)范以襯砌的變形、裂縫、滲漏水、材料劣化及連接構件狀態(tài)等為評價指標，對隧道服役期間的狀態(tài)進行等級評定。這些規(guī)范普遍具有明顯的區(qū)域性特色，無法有效指導其他地區(qū)地鐵隧道運營期的安全評估，且在評價指標與量化標準上也存在一定的差異。因此，國內尚無統一的、得到廣泛認可的地鐵運營隧道狀態(tài)評價標準，亟待制定［6］。

本文針對天津地鐵隧道的病害特點，在對目前國內3部地鐵隧道規(guī)范進行分析與改進的基礎上，建立地鐵隧道結構區(qū)段綜合性量化評價體系，提出地鐵隧道整體運營狀態(tài)評價方法。

2 目前國內隧道運營狀態(tài)評價方法

2.1 北京市地方標準《城市軌道交通設施養(yǎng)護維修技術規(guī)范》

該規(guī)范規(guī)定了隧道結構的分項和綜合狀態(tài)評定標準。主體結構的檢查項目包括：襯砌裂縫、襯砌變形、變形縫、滲漏水、隧底結構壓潰、材料劣化。附屬結構的檢查項目包括：聯絡通道、迂回風道和區(qū)間通道。各分項狀態(tài)評定分為5級，每級扣掉相應的分數。隧道整體狀態(tài)按照下式綜合評定：

式中，Mi為第i類病害分項總扣分值；wi為第i類結構分項的權重，按照表1取值。

表1 各病害的權重

總體狀況評定級別：TCI為90～100時，評為一級；TCI為80～89，評為二級；TCI為66～79，評為三級；TCI為50～65，評為四級；TCI小于50，評為五級。一級為輕微病害，二級為中等病害，三級為較重病害，四級為嚴重病害，五級為極嚴重病害。

該規(guī)范給出了裂縫、變形、底板壓潰、材料劣化的評價量化指標，利用式（1）可較便捷地計算得到隧道狀態(tài)評定的具體分數，該評價方法清晰直觀，便于在工程中的應用。但該規(guī)范中滲漏水等指標沒有量化的評價標準，也沒有涉及結構連接服役狀態(tài)和結構區(qū)段服役狀態(tài)等的等級評定［7］。

2.2 上海市地方標準《盾構法隧道結構服役性能鑒定規(guī)范》

該規(guī)范對運營隧道結構性能進行評定，并采用結構服役狀態(tài)等級表示。規(guī)范將隧道使用環(huán)境中的一般環(huán)境、氯化物環(huán)境、化學腐蝕環(huán)境按照從正常到危險劃分為“A～E”5個作用等級。結構構件服役狀態(tài)等級根據構件所處環(huán)境等級、完整狀態(tài)、密閉狀態(tài)、變形狀態(tài)和結構構件極限承載能力狀態(tài)的子項指標評定，按照從正常到危險劃分為“a～e”5級。結構連接服役狀態(tài)等級根據密封件完整性、連接的滲漏水程度、接縫張開量和錯臺量、襯砌管片間連接螺栓損傷程度、預埋件損傷和鋼構件損傷的子項指標評定，按照從正常到危險也劃分為“a～e”5級。結構區(qū)段服役狀態(tài)等級根據構件及連接服役狀態(tài)等級、結構區(qū)段相對變形和防水性能等級的子項指標評定，按照從正常到危險劃分為“i～v”5級。隧道整體服役狀態(tài)等級應根據構成隧道結構的各區(qū)段服役狀態(tài)等級評定，按照從正常到危險劃分為“I～V”5級［8］。

該規(guī)范給出了裂縫、變形、剝落深度、接縫張開量、錯臺量等的具體量化指標，并對結構構件在不同環(huán)境條件、密閉與變形狀態(tài)下的服役性能進行了詳細的分級，是目前國內地鐵隧道運營狀態(tài)評價規(guī)范中評估類別范圍最廣、劃分等級最細致的規(guī)范之一。但此規(guī)范中隧道整體運營狀態(tài)等級評定標準較為繁瑣，由于分類過多，完成分項評定和整體評定耗時較長，某些指標現場不易測量，給實際的隧道狀態(tài)評定帶來不便。

2.3 深圳市地鐵集團企業(yè)標準《深圳地鐵鋼筋混凝土結構質量缺陷修補技術規(guī)程》

該規(guī)范對隧道病害的危害程度進行了分級，并針對不同的分級規(guī)定了相應的修補方法。病害類型主要包括滲漏水、裂縫、材料劣化等。病害評定等級分為一般缺陷和嚴重缺陷兩種［9］。

該規(guī)范對變形縫、施工縫、構件與混凝土交界處的滲漏水現象進行了單獨分類，并給出了具體評估標準，同時提出了相應的修補方案。但此規(guī)范中各分項指標的狀態(tài)評定等級較為粗略，也并未涉及裂縫、變形、結構連接狀態(tài)等分項指標，同時未給出隧道運營狀態(tài)的整體評價標準。

3 天津地鐵隧道結構區(qū)段運營狀態(tài)的綜合性評價體系

目前天津地鐵滲漏水現象較為嚴重［10］，尤其是運營最早的1號線，隧道結構頂板、側墻部分均有不同程度的滲水及涌水現象［11］。而由于滲漏水和環(huán)境濕度過大造成的材料劣化也成為天津地鐵隧道的主要病害，實際勘測發(fā)現，混凝土結構破損、保護層剝落、露筋水蝕等現象逐年增多［12］。

因此，針對天津地鐵隧道病害特點，總結以上3部規(guī)范各自的優(yōu)點，摒棄它們的不足之處，建立包含襯砌變形、裂縫、滲漏水、壓潰、材料劣化、結構構件及構件連接服役狀態(tài)的隧道區(qū)段綜合量化評價體系。

隧道區(qū)段分項評定標準如表2所示。

表2 隧道區(qū)段分項狀態(tài)評定標準

各分項權重按表3取值。

表3_

隧道區(qū)段結構技術狀況評分EV按下式計算：

根據式（2），得到地鐵隧道區(qū)段結構運營狀態(tài)評價等級與分級界限，如表4所示。

_表4 地鐵隧道區(qū)段結構運營狀態(tài)評價等級與分級界_限

根據以上建立的綜合性評價體系，即可對地鐵隧道區(qū)段結構的運營狀態(tài)進行評定。

4 天津地鐵隧道整體運營狀態(tài)的評價方法

隧道整體運營狀態(tài)等級應根據隧道各區(qū)段結構的運營狀態(tài)等級評定。隧道分為n個勘測區(qū)段，n＝n1＋n2＋n3＋n4＋n5，n1～n5為自然數。各評價等級下區(qū)段的數量如表5所示。

表5 各評價等級下區(qū)段的數量

根據各評價等級下區(qū)段數占總區(qū)段數的比例，對隧道整體運營狀態(tài)的等級進行劃分，并給出相應的等級說明，如表6所示。

表6 隧道整體運營狀態(tài)等級與分級標準

根據以上提出的判別方法，即可依據隧道各區(qū)段結構的運營狀態(tài)對隧道整體運營狀態(tài)進行評定。

5 結束語

本文對目前國內3部地鐵隧道運營狀態(tài)評價規(guī)范進行分析，從檢查項目的種類、分項評價量化指標、隧道運營狀態(tài)評價標準與分級等方面進行對比，指出各規(guī)范的合理性及其中的不足之處，作為科學評估地鐵隧道運營狀態(tài)的基礎。

考慮天津地區(qū)地鐵隧道病害的特點，在國內3部地鐵規(guī)范的基礎上，建立隧道結構區(qū)段的綜合性量化評價體系，便捷高效地對隧道勘測區(qū)段的運營狀態(tài)進行評估分級。

綜合考量區(qū)段的評價等級以及各評價等級下區(qū)段數占總區(qū)段數的比例，提出地鐵隧道整體運營狀態(tài)的評價方法，指導地鐵隧道的日常維護工作，保證地鐵的安全運營。