朱緒飛，雷 甲，胡 平

(陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，西安 710075)

0 引言

包家山特長公路隧道投入運(yùn)營后，每到夏秋季節(jié)，隧道內(nèi)洞壁及路面上便會(huì)出現(xiàn)水汽凝結(jié)現(xiàn)象，形成一層薄薄的水膜，直接影響到高速公路行車安全，同時(shí)對(duì)隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)施運(yùn)行及結(jié)構(gòu)混凝土耐久性也會(huì)產(chǎn)生不良影響。隧道濕滑返潮現(xiàn)象涉及到氣象學(xué)、水文地質(zhì)及交通安全工程等相關(guān)學(xué)科，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此問題的研究尚未真正開始，相關(guān)的基礎(chǔ)理論尚未建立。隨著我國隧道工程的迅猛發(fā)展，隧道安全運(yùn)營將被提上議事日程。該課題的研究及應(yīng)用旨在分析洞周濕滑機(jī)制，提出對(duì)策。

1 工程概況

包家山特長隧道為包茂高速公路小(河)至(安)康段的控制工程，全長11.2 km，穿越了南秦嶺山脈的青山和玉皇山，地形崎嶇、地勢險(xiǎn)要、山高溝深、植被茂密。全隧共穿越斷層37條、大型褶皺帶3處、涌水段25處，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地層巖性多變、洞身巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育、富水性較強(qiáng)。隧道圍巖以片巖、千枚巖為主，在隧道中段有層狀灰?guī)r分布。工程地理位置見圖 1［1］。

包家山隧道進(jìn)口標(biāo)高為539.7 m，出口標(biāo)高為677.4 m。受青山、玉皇山(海拔1 361 m)影響，進(jìn)出口氣候差異較大。區(qū)內(nèi)氣候?yàn)闆鰜啛釒降貧夂颍?月平均氣溫0.6℃，7月平均氣溫 23.7℃，年平均氣溫12.2℃，極端最高氣溫37.4℃，極端最低氣溫 －12.6℃。年降水量為800～950 mm，雨季一般集中在7—9月，具有春寒、伏旱、夏洪、秋澇的特點(diǎn)。

圖1 包家山特長隧道地理位置Fig.1 Profile of Baojiashan extra-long tunnel

該隧道進(jìn)出口位于圓曲線上，線路縱斷面為人字坡，進(jìn)口坡度為1.95%，出口坡度為0.6%。隧道凈寬10.25 m，隧道限高 5.0 m，設(shè)計(jì)速度為 80 km/h。隧道設(shè)置了總長3 883m(含3座斜井、1座豎井及相應(yīng)的送排風(fēng)道等)的通風(fēng)工程。隧道于2006年4月30日開工建設(shè)，2009年5月28日建成通車。

2 洞周濕滑情況

包家山特長隧道通車后，隨著炎熱夏季的來臨，洞內(nèi)空氣濕度趨向飽和。洞外氣溫不斷升高，隧道洞壁出現(xiàn)雨露狀水滴(見圖2)，混凝土路面返潮濕滑，部分路面出現(xiàn)水汽凝結(jié)現(xiàn)象，形成一層薄薄的水膜，給正常運(yùn)營管理帶來很大隱患，嚴(yán)重影響道路行車安全。

圖2 隧道洞壁水滴Fig.2 Dews on the tunnel wall

通過觀察，隧道洞周濕滑多發(fā)生在每年的6月上旬至9月上旬。洞外溫度達(dá)到40℃、洞內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)到92%以上時(shí)，除兩端洞口各有300～400m路段比較干燥外，其余路段均出現(xiàn)濕滑返潮現(xiàn)象，且越接近隧道中部，濕滑返潮現(xiàn)象越劇烈。發(fā)生時(shí)段一般為13:00—16:00比較嚴(yán)重。從洞外氣候條件分析，在晴天天氣愈炎熱，洞內(nèi)濕滑現(xiàn)象愈嚴(yán)重。

3 返潮機(jī)制分析

2009年8 月，在隧道內(nèi)外安設(shè)了7個(gè)溫度計(jì)和濕度計(jì)并進(jìn)行全年不間斷觀測;同時(shí)，委托專業(yè)氣象部門，在隧道內(nèi)外建立5個(gè)自動(dòng)氣象觀測站，每小時(shí)自動(dòng)采集溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、降雨等氣象數(shù)據(jù)。所采集到的溫度年變化記錄見圖3。從圖3中可以看出:洞外溫度越高、洞內(nèi)相對(duì)濕度越大，隧道內(nèi)濕滑返潮現(xiàn)象越嚴(yán)重。在濕滑最嚴(yán)重地段做覆蓋實(shí)驗(yàn)(將濕滑段用噴燈烤干，用棉被覆蓋)，2 d后，覆蓋部位未返潮。由此初步判斷:特長隧道內(nèi)出現(xiàn)的路面濕滑現(xiàn)象，是由于洞外濕熱空氣進(jìn)入洞內(nèi)冷卻后“結(jié)露”所致。影響洞周濕滑主要因素分析如下。

1)該隧道為超長隧道，洞內(nèi)通風(fēng)指標(biāo)偏低。包家山隧道單洞長11.2 km且進(jìn)出口均處于曲線段，目前尚未實(shí)施原設(shè)計(jì)的縱向分段式抽排通風(fēng)，僅依靠射流風(fēng)機(jī)縱向接力式完成。

2)該隧道為富水隧道，自身濕度過大。包家山隧道地處陜南秦巴山區(qū)，年降水量為800～950 mm，加之巖體構(gòu)造發(fā)育、地表水與地下水聯(lián)系緊密。根據(jù)地下水流量觀測，本隧道地下水日排泄量高峰值可達(dá)10萬m3，為隧道洞周濕滑提供了基本條件。

3)洞內(nèi)擁有的泄水沉砂池加劇了濕滑程度。包家山隧道在建設(shè)后期，為了治理巖溶地段發(fā)生的涌泥涌沙地質(zhì)災(zāi)害，在隧道中部2個(gè)主洞間設(shè)置了3處泄水沉砂池，總長1 100 m，貯藏水體12 007 m3。根據(jù)觀察，該路段也是包家山隧道發(fā)生返潮濕滑最嚴(yán)重路段，說明泄水沉砂池的存在加劇了主洞返潮濕滑。

4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)隧道濕滑返潮具有不利影響。該隧道拱墻為模筑混凝土襯砌，底部為混凝土路面，隧道兩側(cè)邊墻鋪設(shè)了3m高的裝飾磁磚，這些都限制了隧道自身的吸濕能力。對(duì)隧道內(nèi)有無襯砌以及水泥混凝土路面與瀝青混凝土路段進(jìn)行比較，顯示裝飾磁磚、水泥混凝土襯砌及混凝土路面對(duì)隧道濕滑返潮具有不利影響。

圖3 包家山隧道溫度年變化記錄Fig.3 Annual fluctuation of temperature of Baojiashan tunnel

4 處治對(duì)策

經(jīng)過2年多的不間斷氣象觀測和分析研究，初步認(rèn)為包家山特長隧道內(nèi)出現(xiàn)的洞周、路面濕滑現(xiàn)象是由于洞外濕熱空氣進(jìn)入洞內(nèi)冷卻后“結(jié)露”所致。據(jù)此，提出以下措施，以減輕洞周路面濕滑程度，減少行車安全事故的發(fā)生。

1)加強(qiáng)隧道通風(fēng)，改善洞內(nèi)空氣濕度，防止或減輕洞周濕滑現(xiàn)象的出現(xiàn)。依據(jù)包家山隧道返潮濕滑的實(shí)際情況，在隧道中增加射流風(fēng)機(jī)數(shù)量，在豎(斜)井中配置射流風(fēng)機(jī)引自然風(fēng)，同時(shí)開啟所有橫洞卷閘門，使2個(gè)主洞內(nèi)風(fēng)流自然循環(huán)，實(shí)現(xiàn)“以自然風(fēng)為主、機(jī)械風(fēng)補(bǔ)充”的通風(fēng)模式，提高通風(fēng)、換氣標(biāo)準(zhǔn)，最大限度排除洞內(nèi)濕氣。

2)在混凝土路面刻槽，及時(shí)引流路面積水，提高路面抗滑能力。隧道返潮濕滑的最大危害是路面濕滑引起交通事故，針對(duì)混凝土路面抗滑能力不足的情況，分路段對(duì)原混凝土路面進(jìn)行了刻槽處理、增加振動(dòng)標(biāo)線，對(duì)保證行車安全效果明顯。

3)實(shí)行必要的交通管制以減少交通事故的發(fā)生。在道路通行條件不良(濕滑、隧道進(jìn)口光線不足)的前提下，絕大部分交通事故是由超速超載造成的，所以通過在隧道內(nèi)利用可變情報(bào)板、設(shè)置減速振蕩標(biāo)線、隧道內(nèi)道路狀況提示及減速指示牌等措施進(jìn)行必要的交通管制，能有效降低交通事故的發(fā)生概率。

5 結(jié)束語

包家山隧道洞周、路面濕滑現(xiàn)象是由于洞外濕熱空氣進(jìn)入洞內(nèi)冷卻后“結(jié)露”所致。經(jīng)過多次研究論證并采取有效處治措施，效果初步顯現(xiàn)。隨著我國隧道工程的迅猛發(fā)展，類似的問題將會(huì)愈來愈突出，其成因、預(yù)防和處治措施仍需要進(jìn)一步研究探索。

［1］ 陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司.關(guān)于包家山隧道涌水處治及路面濕滑治理專家咨詢會(huì)議紀(jì)要［R］.西安:陜西交通建設(shè)集團(tuán)公司，2009.