，，，

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100；2. 山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250031)

1 研究背景

建成時(shí)間較早、運(yùn)營(yíng)期限較長(zhǎng)的舊有隧道常因其結(jié)構(gòu)變化、材料老化及外部環(huán)境等因素引起不同于施工階段的各類隧道病害，且病害區(qū)常處于不斷發(fā)展演變狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)本身與行車安全構(gòu)成持續(xù)威脅[1]。全國(guó)病害隧道數(shù)量約占運(yùn)營(yíng)隧道的一半以上，僅2000—2005年間，鐵路部門用于舊有隧道病害整治的費(fèi)用累積達(dá)4億多元，仍然無(wú)法有效減少病害隧道的數(shù)量。處于運(yùn)營(yíng)期的老舊隧道，其診測(cè)條件更加復(fù)雜，難度更大。為提高舊有隧道病害的檢測(cè)效果和效率，探地雷達(dá)法(GPR)已在隧道襯砌空洞[2-3]、襯砌混凝土質(zhì)量[4-5]、圍巖溶洞[6]等病害檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。為提出一套系統(tǒng)的、針對(duì)多種隧道病害的GPR異常甄別方法，一些研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)隧道襯砌實(shí)測(cè)雷達(dá)典型剖面，分析不同病害異常在雷達(dá)圖像上的反映[7-8]。

但總體而言，不同學(xué)者對(duì)相同病害的GPR異常圖像特征的認(rèn)識(shí)還存在著較大的分歧，解釋因人而異[9-10]。而且探地雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)研究偏重于隧道結(jié)構(gòu)物自身的工程設(shè)計(jì)、施工安全等方面，對(duì)使用年限較久的舊有隧道較少涉及。

實(shí)際上，在舊有隧道長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，一定期限內(nèi)與外界環(huán)境處于相適宜狀態(tài)，出現(xiàn)較小程度或者不足以威脅行車安全的隧道病害都是可以接受的，關(guān)鍵在于如何去界定這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。合理劃分病害的安全程度，可以在保證使用安全的條件下避免隧道資源浪費(fèi)。20世紀(jì)80年代初，日本、歐洲等國(guó)在鐵路隧道、水工隧洞中引入健全度概念，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)物剩余壽命進(jìn)行評(píng)估，并將專家系統(tǒng)引入結(jié)構(gòu)物損傷評(píng)估，均取得了一定的進(jìn)展，而我國(guó)對(duì)該類問(wèn)題的研究較少且不成系統(tǒng)[11]。

本文總結(jié)了舊有隧道常見病害類型和成因，通過(guò)歸納總結(jié)和數(shù)值計(jì)算的方式分析不同隧道病害GPR異常特征，為舊有隧道檢測(cè)結(jié)果解譯提供相應(yīng)的參考依據(jù)。并提出適宜的舊有隧道病害程度評(píng)價(jià)方法，提高舊有隧道病害程度診測(cè)的效率，促進(jìn)隧道使用年限的最大化。

2 舊有隧道病害類型及成因

隧道建成后處于復(fù)雜的地質(zhì)條件以及外部環(huán)境因素的長(zhǎng)期作用下，多種自然力以及人為動(dòng)載荷等對(duì)不同的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響，隧道自身材料的老化也導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，由此引發(fā)一系列的舊有隧道病害[12]。究其成因主要分為地質(zhì)構(gòu)造病害、水文環(huán)境病害和工程施工病害，如圖1所示。

圖1舊有隧道病害成因及類型

Fig.1Causesandtypesofoldtunneldiseases

2.1 地質(zhì)構(gòu)造病害

地質(zhì)構(gòu)造病害源于設(shè)計(jì)階段選址不當(dāng)，隧道穿越不良地質(zhì)體(如斷層、滑坡、巖溶采空區(qū)、基底軟土)時(shí)，外應(yīng)力使隧道結(jié)構(gòu)體長(zhǎng)期處于高負(fù)荷狀態(tài)，致使結(jié)構(gòu)體易老化、變形，出現(xiàn)裂縫、空洞等病害并不斷發(fā)展至破壞。此類病害往往呈受力點(diǎn)向外輻射狀出現(xiàn)，病害連通性高，局部危害程度大。但構(gòu)造病害一般在設(shè)計(jì)或施工階段易得到處理，舊有隧道診測(cè)過(guò)程中并不多見，但國(guó)內(nèi)依然有一些舊有隧道面臨此類病害威脅，且修復(fù)困難，對(duì)隧道正常運(yùn)營(yíng)埋下巨大的安全隱患。

2.2 水文環(huán)境病害

水文環(huán)境病害主要是隧道建成運(yùn)營(yíng)后，長(zhǎng)期處于環(huán)境因素(水、空氣、鹽、堿、酸、電、光、CO2等)和混凝土內(nèi)部缺陷(裂縫、孔隙、非密實(shí)區(qū)等)共同作用下[13]，其自身材料與外界環(huán)境物質(zhì)發(fā)生交互作用，在化學(xué)侵蝕(鋼筋銹蝕、混凝土碳化、氯離子侵蝕、堿-集料等反應(yīng))或者其他物理作用(風(fēng)蝕、銹蝕體膨脹、融凍脹縮等)的影響下，材料發(fā)生劣化，襯砌耐久性降低，強(qiáng)度不斷喪失，危及主體結(jié)構(gòu)的安全[14-15]。水文環(huán)境造成的病害類型種類最多，分布也極為廣泛，其GPR異常診測(cè)難度較大，往往易被忽視，是探地雷達(dá)檢測(cè)中最應(yīng)重視的情況。

2.3 工程施工病害

工程施工病害是指隧道周圍難以避免其他人類工程活動(dòng)，大規(guī)模的工程建造(二期隧道爆破、地下采空區(qū))會(huì)造成隧道圍巖應(yīng)力重分布或者與結(jié)構(gòu)體直接接觸致使襯砌受力平衡破壞，局部高負(fù)荷加載，結(jié)構(gòu)體變形變位[16]。破壞后的區(qū)域成為衍生病害的高發(fā)區(qū)。此外，舊有隧道建造過(guò)程中留下的施工技術(shù)缺陷如混凝土配比不達(dá)標(biāo)、襯砌材料缺損、焊接澆筑不牢固等都是結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中不斷放大，逐漸演變?yōu)槲＜八淼肋\(yùn)營(yíng)的病害。

舊有隧道和新建隧道的病害有著很大的不同，相比之下舊有隧道病害成因更加復(fù)雜，種類更加多樣，探測(cè)難度也因之增大。而且實(shí)際的隧道并不僅受單一條件影響，往往是多種因素共同作用，病害之間也相互影響，相互發(fā)展，形成一個(gè)關(guān)系密切的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。

3 不同類型病害模擬與實(shí)測(cè)GPR異常特征分析

3.1 原理及參數(shù)設(shè)定

舊有隧道GPR快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)發(fā)射的高頻率電磁脈沖信號(hào)在傳播至不同電性介質(zhì)交界面時(shí)(如裂縫、空洞、非密實(shí)區(qū)、富水區(qū)等)，一部分信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的反射，反射的能量大小由界面反射系數(shù)決定，即

(1)

式中:r為反射系數(shù)；ε1為第1層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ε2為第2層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)[17]。對(duì)于非磁性介質(zhì)，介電差異越大，反射波強(qiáng)度越大。通過(guò)分析反射波走時(shí)、波形、能量等信息就可以定性辨別出病害構(gòu)造和屬性。

研究以濟(jì)南繞城高速公路南段的濟(jì)南隧道為原始模型，洞壁結(jié)構(gòu)層由內(nèi)至外分別為原狀巖層，噴射混凝土及鋼筋網(wǎng)架構(gòu)成的初期襯砌、防滲保護(hù)層、二襯、裝飾層。實(shí)地檢測(cè)采用中國(guó)電波傳播研究所(青島)研制的LTD-2100數(shù)字化探測(cè)雷達(dá)，路面與襯砌診測(cè)分別應(yīng)用500，900 MHz屏蔽一體天線，疊加次數(shù)64、時(shí)窗長(zhǎng)度40 ns。施工縫部位沿施工縫測(cè)線掃描，滲漏病害位置以多條相交測(cè)線掃描。結(jié)合該隧道實(shí)際參數(shù)設(shè)置介電模型，利用時(shí)域有限差分法進(jìn)行正演模擬[18]，模擬計(jì)算運(yùn)用GPRMax2D軟件、MatLab語(yǔ)言完成。

3.2 舊有隧道隱伏病害GPR圖像特征

3.2.1 不同程度襯砌裂縫圖像特征

襯砌裂縫在舊有隧道中極為常見，成因復(fù)雜，主要表現(xiàn)為混凝土結(jié)構(gòu)不連續(xù)、錯(cuò)斷，部分裂縫富水、延展。由正演模擬圖像(圖2)可以看出，不同類型裂縫均出現(xiàn)較大的反射波異常，表現(xiàn)為同向軸錯(cuò)斷，并產(chǎn)生繞射現(xiàn)象。舊有裂縫經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間演變，易發(fā)展為較深的擴(kuò)展裂縫，但模擬中深度不同裂縫的異常反映差別并不明顯(圖2中a和b裂縫)，實(shí)測(cè)中信號(hào)往往受到掩蓋。舊有隧道裂縫區(qū)往往處于滲水環(huán)境下，混凝土與水的介電差異較大，病害能夠產(chǎn)生較大的異常反射，如模擬圖2中賦水裂縫c以及實(shí)測(cè)滲水裂縫在雷達(dá)剖面上顯示為多次高頻反射，發(fā)生同相軸錯(cuò)斷，曲化周邊信號(hào)。

(a)模型構(gòu)建

(b)正演圖像

(c)實(shí)測(cè)剖面

圖2襯砌深淺裂縫模擬及實(shí)測(cè)剖面圖像

Fig.2Simulationandactualimagesoffracturesofthetunnellining

3.2.2 襯砌空洞及其充水圖像特征

舊有隧道空洞常出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)，如初襯和二襯之間的銜接面極易擴(kuò)展襯砌空洞，在水文環(huán)境的長(zhǎng)期作用下，形成富水帶，具有穩(wěn)定的、能夠被波形異常明顯表現(xiàn)出的混凝土-水界面。通過(guò)對(duì)比充水前后空洞的正演剖面，可以看出空洞積水使得介質(zhì)體的物性差異變大，信號(hào)增強(qiáng)，異常區(qū)下方會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的多次反射現(xiàn)象，根據(jù)雷達(dá)波從低介電常數(shù)至高介電常數(shù)或與之相反的界面介電常數(shù)變化，即根據(jù)相位翻轉(zhuǎn)可判斷填充物質(zhì)。若填充物是空氣，電磁波信號(hào)會(huì)在界面發(fā)生較強(qiáng)的多次低頻反射，振幅較小(如圖3空洞a)；若填充物是水，電磁波信號(hào)則會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的多次高頻反射，振幅大、能量強(qiáng)(如圖3空洞b)。實(shí)際襯砌空洞常會(huì)被周圍多種物質(zhì)所填充，其在雷達(dá)圖像上的異常反應(yīng)強(qiáng)弱受填充物與周邊混凝土介電常數(shù)的差值影響，但總體表現(xiàn)為產(chǎn)生信號(hào)的多次反射，界面出現(xiàn)繞射。

(a)模型構(gòu)建

(b)正演圖像

(c)實(shí)測(cè)剖面

圖3襯砌空洞和其充水模擬及實(shí)測(cè)剖面圖像

Fig.3Simulationandactualimagesofcavitiesbehindthelining

3.2.3 防滲層破壞圖像特征

隧道襯砌滲漏水多為防滲層破壞后所致，但對(duì)舊有隧道來(lái)說(shuō)，防滲層的破壞多為外部物質(zhì)影響，其破損處會(huì)被地下水、泥漿或混凝土填實(shí)，而且防滲層較薄且處于探測(cè)深部位置，異常特征較襯砌裂縫和空洞來(lái)說(shuō)不易顯現(xiàn)。建模過(guò)程中制造多個(gè)不同填料的防滲層壞點(diǎn)(如圖4中a為破壞后混凝土填充，b為破壞后地下水填充)，分析其可能顯現(xiàn)的雷達(dá)異常。圖4顯示防滲層裂縫被水體填充后，信號(hào)發(fā)生強(qiáng)反射并出現(xiàn)繞射現(xiàn)象，能夠分辨出防滲層異常，若破損處被其他材料填充時(shí)，則反射異常較弱。

實(shí)際上外部物質(zhì)特別是地下水長(zhǎng)期作用于舊有隧道防滲層破壞區(qū)域，致使周邊防滲層也易發(fā)生變形損壞，病害逐步發(fā)展、擴(kuò)大，侵蝕混凝土殘留物質(zhì)

(a)模型構(gòu)建

(b)正演圖像

(c)實(shí)測(cè)剖面

圖4防滲層破壞后充填模擬及實(shí)測(cè)剖面圖像

Fig.4Simulationandactualimagesofimpermeablelayerdamage

使防滲層和襯砌結(jié)構(gòu)穿插混雜在一起，結(jié)構(gòu)層界面反射不明顯，雷達(dá)反射波難以直接反映出深部防滲薄層變化，但破壞區(qū)域往往呈現(xiàn)混凝土、水等物質(zhì)的冗雜積累，致使波形圖像出現(xiàn)變化。如圖4中實(shí)測(cè)雷達(dá)剖面表現(xiàn)出波形混亂，難以追蹤到同相軸等特征。

3.2.4 襯砌混凝土不密實(shí)圖像特征

舊有隧道襯砌的密實(shí)程度會(huì)在環(huán)境因素的長(zhǎng)期作用下不斷侵蝕改變，表現(xiàn)為低密實(shí)度(干混凝土)區(qū)域介電常數(shù)較小，相應(yīng)地其電磁波的傳播速度較大，走時(shí)較小。正演模擬模型建立數(shù)十個(gè)微小的介電常數(shù)不同于襯砌的圓孔區(qū)(圖5模型中a為低密實(shí)度區(qū)域，b為高密實(shí)度區(qū)域)，模擬圖像反映出密實(shí)度對(duì)雷達(dá)波波速產(chǎn)生影響，同相軸繞曲；在密實(shí)度差異較大的區(qū)域，出現(xiàn)較強(qiáng)的繞射曲線分辨界面。實(shí)際襯砌不密實(shí)區(qū)域往往形成多個(gè)不同介電常數(shù)的混凝土群，存在多個(gè)反射界面，舊有隧道襯砌長(zhǎng)期受地下水體等流體長(zhǎng)期侵入、腐蝕，材料更為酥松，侵入介質(zhì)的存在使界面對(duì)雷達(dá)信號(hào)的反射增強(qiáng)。如圖5的實(shí)測(cè)雷達(dá)剖面，不密實(shí)區(qū)域形成的多反射界面，致使信號(hào)同向軸雜亂，圖形繞曲，反射波振幅增強(qiáng)。當(dāng)然天線的頻率也影響著對(duì)界面的反映能力。

(a)模型構(gòu)建

(b)正演圖像

(c)實(shí)測(cè)剖面

圖5襯砌混凝土密實(shí)度模擬及實(shí)測(cè)剖面圖像

Fig.5Simulationandactualimagesofconcretecompaction

3.2.5 襯后原巖破壞圖像特征

除襯砌病害外，原巖破壞對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及其正常使用帶來(lái)的影響不容忽視。原巖破壞導(dǎo)致襯砌局部應(yīng)力升高、結(jié)構(gòu)架空致使襯砌裂損，對(duì)于舊有隧道原巖破壞的最大特點(diǎn)是裂隙、空洞常被水或泥土漿充填。由正演模擬圖像(圖6)可以看出，原巖空洞產(chǎn)生的雷達(dá)波反射在初襯反射軸之后，不同填充介質(zhì)對(duì)雷達(dá)波的繞射和相位改變均不相同。結(jié)合實(shí)測(cè)剖面可以看出異常信號(hào)位置表現(xiàn)為局部多層反射面，界面散射信號(hào)增強(qiáng)的特征。

3.2.6 路基破壞圖像特征

長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷工作的舊有隧道路基因壓實(shí)不均，地下水滲入等會(huì)出現(xiàn)如路面裂縫、深部路基結(jié)構(gòu)層破壞，密實(shí)度改變?cè)斐陕访娓叩筒黄降炔『Γ捎诼坊彩怯刹煌慕Y(jié)構(gòu)層疊置而成，正常情況下也具有連續(xù)的均勻反射面，故這類隧道病害與襯砌病害檢測(cè)的雷達(dá)異常特征相似。如圖7所示，各結(jié)構(gòu)層在探測(cè)剖面中具有不同時(shí)段的同相軸，當(dāng)結(jié)構(gòu)層破壞時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域的同相軸錯(cuò)斷，并出現(xiàn)信號(hào)散射，被水充填后，雷達(dá)信號(hào)增強(qiáng)，后續(xù)波的能量迅速衰減；當(dāng)路基結(jié)構(gòu)層不密實(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)反射群，造成雷達(dá)信號(hào)的擾亂，并使界面反射軸發(fā)生局部彎曲。

(a)模型構(gòu)建

(b)正演圖像

(c)實(shí)測(cè)剖面

(a)路基結(jié)構(gòu)層破壞實(shí)測(cè)剖面

(b)路基密實(shí)度不均實(shí)測(cè)剖面
圖7路基破壞實(shí)測(cè)雷達(dá)圖像

Fig.7Radarprofilesofroadbeddamage

4 舊有隧道隱伏病害程度評(píng)價(jià)

舊有隧道GPR病害診測(cè)確定的是病害位置和程度大小的可能性，是一種預(yù)測(cè)性結(jié)果，僅用某個(gè)或多個(gè)潛在病害判定隧道的安全性與否，很難具有說(shuō)服性，而且對(duì)隧道危害程度的評(píng)定不能籠統(tǒng)定為安全和不安全2種。隧道長(zhǎng)期使用過(guò)程中，一定期限內(nèi)與外界環(huán)境處于相適宜的狀態(tài)，需要考慮各因素的協(xié)同作用，較小程度或者病害間關(guān)聯(lián)程度不高且不會(huì)相互促進(jìn)發(fā)展的病害都是可以接受的，不能因某幾種低威脅性病害徹底否定隧道的安全性，造成隧道資源的浪費(fèi)。如何去量度這個(gè)問(wèn)題成為關(guān)鍵，合理的舊有隧道的病害程度評(píng)價(jià)可以在保證運(yùn)營(yíng)安全的條件下使隧道使用壽命最大化。

相比其他安全評(píng)價(jià)方法，模糊數(shù)學(xué)法對(duì)舊有隧道狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估的定性方法更具科學(xué)性[19]。引入模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將多個(gè)因素制約的對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)判，建立舊有隧道病害的模糊綜合評(píng)判理論，即通過(guò)不同形式病害對(duì)隧道危害程度以及病害相互作用對(duì)隧道影響的權(quán)重，利用評(píng)判打分的方式對(duì)隧道的安全等級(jí)進(jìn)行劃分，將隧道健康狀態(tài)這一模糊概念定性化，便于制定相應(yīng)處置措施。

4.1 舊有隧道病害模糊評(píng)判模型構(gòu)建

4.1.1 構(gòu)建評(píng)判對(duì)象根因素集U

對(duì)舊有隧道狀態(tài)評(píng)價(jià)，要考慮如襯砌破壞、材料強(qiáng)度降低、滲水嚴(yán)重、路面破損等諸多GPR診測(cè)結(jié)果以及人工勘測(cè)結(jié)果的因素，需要在其中提煉出能夠獨(dú)立涵蓋某種病害造成影響的大類作為評(píng)價(jià)根依據(jù)。根據(jù)實(shí)際需求及常見現(xiàn)象可以設(shè)定對(duì)象根因素集為

U={U1,U2,U3}-1={設(shè)備劣化，結(jié)構(gòu)破壞，路基損傷}-1。

4.1.2 構(gòu)建評(píng)判對(duì)象子因素集Ui

對(duì)于舊有隧道病害程度評(píng)判來(lái)說(shuō)，其復(fù)雜性需求更為細(xì)致、精確地劃分，即在根因素下面再進(jìn)行分類，反映多層因素影響，建立多層次模糊評(píng)判模型。

將根因素集U={U1，U2，U3}-1細(xì)分為：

U1={U11，U12，U13}-1={密封圈劣化，防滲層破損，排水管老化}-1；

U2={U21，U22，U23}-1={襯砌裂縫，襯砌空洞，襯砌滲水}-1；

U3={U31，U32，U33}-1={路面沉降，翻漿冒泥，表面破壞}-1。

4.1.3 構(gòu)建對(duì)象評(píng)判集

對(duì)根因素集U和子因素集Ui進(jìn)行單層次模糊綜合評(píng)判，可以根據(jù)檢測(cè)規(guī)范或?qū)＜以u(píng)定設(shè)定病害程度等級(jí)并數(shù)值化，即

V={V1，V2，V3，V4，V5}={安全，較安全，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)，極危險(xiǎn)}={1,2,3,4,5}。

4.1.4 建立因素評(píng)判矩陣R及權(quán)重W

因素集U和評(píng)判集V之間的數(shù)學(xué)模糊關(guān)系可以用評(píng)判矩陣R表示[20]：

(1)

式中rmn為同類型病害中不同程度等級(jí)的病害數(shù)所占比例。則根因素集U={U1，U2，U3}-1中的每一個(gè)子因素集建立的子評(píng)判矩陣Ri，即

(2)

上一級(jí)的根因素同樣應(yīng)賦予相應(yīng)的權(quán)重向量：W=(W1,W2,W3)。

4.1.5 多層次模糊評(píng)價(jià)模型

通過(guò)子因素的評(píng)判矩陣Ri以及相應(yīng)的權(quán)重Wi構(gòu)建子模糊關(guān)系模型，即子評(píng)判向量Bi為

Bi=Wi·Ri=(bi1,bi2,bi3,bi4,bi5) 。

(3)

由每一個(gè)子評(píng)判向量Bi即可得到一個(gè)子因素集Ui的評(píng)判結(jié)果，子因素集是根因素集U的組成，即有根評(píng)判矩陣表達(dá)：

(4)

根據(jù)根因素評(píng)判權(quán)重W，確定根因素集U的評(píng)判向量B=W·R。

4.1.6 確定評(píng)判模型結(jié)果

得出舊有隧道健康狀態(tài)的根評(píng)判向量B后，可通過(guò)最大隸屬度法(將根評(píng)判向量B中最大的一項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)相對(duì)應(yīng)評(píng)判集V的值作為結(jié)果)或加權(quán)平均法(以評(píng)判指標(biāo)為權(quán)數(shù),對(duì)評(píng)判集V進(jìn)行加權(quán)平均)確定的值作為評(píng)判結(jié)果。

4.2 舊有隧道病害程度評(píng)價(jià)權(quán)重指標(biāo)

以上模型建立和運(yùn)用可以看出，因素的權(quán)重分配是影響評(píng)判體系實(shí)用性的核心，對(duì)舊有隧道病害評(píng)價(jià)是一個(gè)考慮諸多因素的自然實(shí)體評(píng)判，很難實(shí)現(xiàn)精確量化得到相應(yīng)的權(quán)重值，因此只能通過(guò)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)以及專家評(píng)判等確定權(quán)重輪廓，在宏觀上實(shí)現(xiàn)病害評(píng)判的合理性。

基于相關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用層次分析法(AHP)確定權(quán)重[21]，由于得到的判斷矩陣不可能和實(shí)際情況完全一致，因此要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確保模糊評(píng)判的準(zhǔn)確度。通過(guò)專家調(diào)查法確定舊有隧道病害各個(gè)因素的權(quán)重見表1、表2。

表1 根因素權(quán)重調(diào)查結(jié)果

表2 各子因素權(quán)重調(diào)查結(jié)果

對(duì)其歸一化、一致性處理后最終確定舊有隧道病害程度模糊評(píng)判的因素權(quán)重分別為：

W=(0.634， 0.260， 0.106)；

W1=(0.455， 0.455， 0.090)；

W2=(0.685， 0.228， 0.087)；

W3=(0.722， 0.198， 0.080)。

以此為模糊評(píng)判權(quán)重依據(jù)，實(shí)現(xiàn)舊有隧道隱伏病害程度的評(píng)價(jià)分析。該體系在濟(jì)南繞城高速公路南段的濟(jì)南隧道病害診測(cè)評(píng)價(jià)中評(píng)定矩陣的值為V=3.091，根據(jù)評(píng)判集中的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，該舊有隧道的狀態(tài)界于較危險(xiǎn)和危險(xiǎn)之間，必須對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，該評(píng)價(jià)體系運(yùn)用與實(shí)際情況較吻合，具備一定的參考適用性。

5 結(jié) 論

舊有隧道隱伏病害可按成因劃分為地質(zhì)構(gòu)造病害、水文環(huán)境病害以及工程活動(dòng)病害，不同成因的病害對(duì)隧道作用效果以及影響程度各有差異。

(1)舊有隧道隱伏病害的GPR異常表現(xiàn)復(fù)雜多樣。襯砌裂縫和空洞常因填充介質(zhì)不同，存在區(qū)域混凝土-空氣、混凝土-水界面，介電差異顯著，導(dǎo)致雷達(dá)圖像易見同相軸錯(cuò)斷或局部性繞射增強(qiáng)；襯砌非密實(shí)區(qū)和防滲層破壞區(qū)持續(xù)發(fā)展成水-混凝土-殘積物混合群塊，具有多個(gè)反射界面，圖像波形雜亂，難以追蹤同相軸，并伴有局部強(qiáng)反射；原巖和路基破壞需從地下水體滲入，外界作用致結(jié)構(gòu)層糅雜等角度進(jìn)行同向軸追蹤，并辯明信號(hào)增強(qiáng)和多次反射區(qū)域介質(zhì)屬性等方面分析，確定舊有隧道隱伏病害診測(cè)結(jié)果。

(2)針對(duì)病害對(duì)隧道影響程度這一問(wèn)題的解答可運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法，宏觀量化各類病害、病害之間、環(huán)境的相互聯(lián)動(dòng)帶來(lái)的不確定性，在充分利用GPR診測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家打分的權(quán)值進(jìn)行評(píng)判可提升判別結(jié)果的合理性。建立的評(píng)判體系比較適用于舊有隧道的病害程度評(píng)價(jià)及為隧道使用壽命最大化評(píng)估提供參考。

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