運營公路隧道預防性養護初步探討

根據我國公路隧道目前的養護現狀及需求，將預防性養護思想引入運營公路隧道養護中。根據對預防性養護特點的分析，提出對隧道預防性養護的理解，闡述隧道預防性養護的顯著特征。技術性特征方面，根據對隧道性能產生影響的不同，對隧道養護措施進行分類；經濟性特征方面，將經濟性分析方法以及評價指標應用于隧道預防性養護工作，為推動隧道養護科學的發展提供參考和借鑒。

公路隧道； 預防性養護 ； 技術性； 經濟性

U457.4A

鐵路與公路鐵路與公路

［定稿日期］2023-03-07

［作者簡介］陶磊（1993—），男，碩士，工程師，研究方向為隧道檢測及養護。

0" 引言

截至2021年底，我國大陸地區公路隧道已超過2.3萬處，總長超過2.4萬km，我國公路隧道發展已進入建設與養護并重階段［1-2］。隨著大體量的隧道投入運營，以及公路隧道土建結構病害顯現且進入高發階段，傳統養護已不滿足隧道現代化養護需求，預防性養護理念逐漸被重視［3］。

受地下結構的特殊性、運營環境的復雜性以及“重建輕養”思想［4］的影響，隧道預防性養護相關研究進展緩慢，研究成果較少。盛湧等［5］基于四川省公路隧道現狀對隧道預防性養護內容進行了探討。蔣雅君等［6-7］基于全壽命周期理論，對預防性養護理念下的隧道性能、養護成本、養護管理的綜合體系進行了分析，以及對隧道預防性養護的經濟性評價方法開展了討論；韓興博等［8］以劣化可靠度為基礎對隧道預防性養護決策展開研究，構建了決策框架；王平讓等［9］將風險理念與預防性養護結合，建立了以風險把控為核心的公路隧道預防性養護管理模型。

綜合目前研究現狀，本文將預防性養護的先進理念引入運營公路隧道養護中，對預防性養護在公路隧道養護中應用的部分問題展開基礎性探討，為推動運營公路隧道預防性養護的研究提供參考和借鑒。

1" 隧道預防性養護

1.1" 我國公路隧道養護現狀

我國目前公路隧道的養護水平遠遠不能滿足實際養護需求，傳統養護主要以“治”為主，矯正性養護為主要養護手段，其特點：

（1）哪里出現問題先維修處理哪里，缺乏預見性和全局性，是一種被動的養護行為。

（2）如果維修不及時，病害可能會進一步發展，造成更大程度損壞而形成惡性循環。

（3）往往需要投入大量資金，但也未必能取得滿意效果。

1.2" 預防性養護理念與特點

路面預防性養護在工程實踐中已得到大量應用，并取得一定效益，其定義為：在路面狀況良好的情況下，采取的對現有道路系統進行有計劃的、基于費用-效益的養護策略［10］。其效果如圖1所示：在病害發展初期采用路面預防性養護措施后，路面狀況對道路使用年限的敏感度明顯降低，以及與在路面狀況較差時采取的養護措施相比，路面狀況良好時采用預防性養護措施費用大大降低。

由此可見預防性養護特點：

（1）主動養護行為，預防性養護以維持結構物使用功能良好狀態為目的，在結構狀況良好時，即采取適當養護措施。

（2）養護技術體系，預防性養護技術由多種預防性養護措施系統性組合使用所構成，這些養護措施具有延緩結構物性能劣化速率、延長結構使用壽命的特點。

（3）經濟性養護，對結構物實施預防性養護，以降低運營階段養護成本以及提高結構物經濟價值和實用價值為目的。

1.3" 對隧道預防性養護的理解

根據現階段公路隧道養護現狀，結合到預防性養護的基本理念與特點，本文認為隧道預防性養護對隧道狀況敏感，是在隧道狀況良好的情況下且時機恰當時實施的主動養護。技術性和經濟性是隧道預防性養護的兩個顯著特征。

（1）技術性方面，隧道預防性養護為一種養護策略，是具體預防性養護措施的系統性組合。

（2）經濟性方面，隧道預防性養護為一種經濟性行為，以降低運營期養護成本、提高經濟效益為目標。

本文則從技術性和經濟性兩個顯著特征入手，對運營公路隧道預防性養護所涉及的部分基礎問題展開研究。

2" 技術性

2.1" 維修養護措施

根據對結構性能影響的不同，維修養護措施常分為三類，如表1所示。三者之間的區別如圖2所示：采取日常養護措施，結構在t2時刻達到正常使用壽命；在t1時刻采取預防性養護措施，改變了結構的劣化速率，在未提高結構性能的情況下延緩了結構性能的衰減，延長了結構的使用壽命，結構在t4時刻達到使用壽命；在t3時刻采取加固處治，提高了結構性能而未改變劣化速率，延長了結構的使用壽命，結構在t5時刻達到使用壽命。

2.2" 運營公路隧道養護措施分類

根據維修養護措施對結構性能產生的不同效果對運營隧道養護措施進行分類和定義，并對公路隧道常見的養護措施分類，如表2所示。

加固處治措施襯砌背后、內部注漿，鑿槽嵌拱、增設鋼拱，套拱，錨桿加固，圍巖注漿，灌漿錨固，隧底加固，更換襯砌等（1）隧道日常養護措施。設計期內就考慮，且計劃內進行的日常維護。其主要特征是不會改變結構的性能。

（2）隧道預防性養護措施。對隧道的結構病害采取工程措施，延緩結構性能的衰減，從而延長結構的使用壽命。其主要特征通過相應工程措施來延緩結構性能的衰減。

（3）隧道加固處治措施。以恢復隧道結構安全性、耐久性以及使用功能為目的，對隧道的圍巖、結構病害采取工程措施，從而延長結構的使用壽命。其主要特征通過相應工程措施來提高結構性能。

3" 經濟性

運營階段是項目投入使用并產生效益的階段，在該階段對隧道進行預防性養護，實際上是一種以提高項目的經濟價值和實用價值為目的的繼續投資，因此養護行為的經濟性成為了決策者重要的參考指標。

鐵路與公路陶磊，吳耀宗，鄧剛，等： 運營公路隧道預防性養護初步探討

3.1" 經濟性分析方法

基礎設施養護作為常見的公共項目，需要消耗社會資源，隧道預防性養護作為養護行為的一種，也需要通過必要的工程經濟分析進行方案選擇。效益—費用分析法［13］是公共項目經濟分析方主要采用方法。其將項目的費用和效益統一成貨幣形式，通過折現的效益和費用的量值大小來評價項目計劃和投資的資源配置效率性。該方法核心是界定項目的費用和效益。

養護機構進行隧道預防性養護，存在養護措施成本以及必要的檢測成本和相應的管理成本所構成的機構成本，存在具體養護行為會對社會政治以及生態環境造成影響而具有相應的社會成本，存在因養護行為導致隧道功能不完善或功能喪失而造成額外損失的用戶成本。機構成本屬于間接成本，其較為具體直觀，易統計量化。社會成本和用戶成本是由于養護行為自身原因所造成的其他方面損失，屬于間接成本，一般難以具體統計量化［14］。

實施預防性養護，延緩了結構劣化速率，延長了隧道使用壽命，直接降低了運營期養護成本，間接增加了運營收益，提高了隧道的經濟價值和實用價值。隧道預防性養護費用和效益界定如表3所示。

3.2" 經濟評價指標

根據性質的不同，工程投資方案的評價指標可大致分為時間型指標、價值型指標以及效率型指標，具體分類如圖3所示。時間型指標是以時間為尺度來反映項目的經濟效益；價值型指標，具有相同的評價尺度，只是代表的時間不同；效率型指標主要反映項目的資金使用效率和項目的盈利能力水平。這三類指標從不同角度反映了項目資金的經濟性，為較全面地反映項目的經濟性，

在應用效益-費用分析法對預防性養護方案進行對比評價時，常以保證運營期收益最大或成本最低為實施目標，一般選用基于現值的價值型和效率型指標［7］，常用經濟評價指標如表4所示。

4" 結語

將預防性養護的先進理念引入運營公路隧道養護工作中，隧道預防性養護為主動養護，技術上為系統性的養護策略、經濟上為注重經濟性的養護模式。根據對隧道性能影響的不同對隧道養護措施進行分類，為日常養護措施、預防性養護措施、加固處治措施。將效益-費用分析法以及凈現值、費用年值、效益-費用比、凈現值率4個經濟評價指標引入隧道預防性工作中，對隧道預防性養護費用和效益進行界定。相應研究為隧道養護工作開拓了思路，并提供了參考與借鑒。

參考文獻

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［7］" 蔣雅居，陶磊，劉莎，等.運營公路隧道結構預防性養護經濟性評價方法探討［J］.隧道建設，2019，40（增刊2）：332-338.

［8］" 韓興博，葉飛，王永東，等.劣化可靠度下的隧道襯砌結構預防性養護決策［J］.中國公路學報，2021，34（1）：104-115.

［9］" 王平讓，豆海濤.基于風險理念的公路隧道預防性養護管理研究［J］.公路與汽運，2022，（1）：155-158.

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［14］" 胡琦忠. 工程結構全壽命周期設計理論的核心指標研究［D］.杭州：浙江大學，2009.

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