■邱欽欽

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所;2.福建省公路水運(yùn)工程重點(diǎn)實(shí)驗室，福州 350004）

1 《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》分項權(quán)重值探討

交通運(yùn)輸部于2015年3月修訂發(fā)布了公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H12-2015）?！兑?guī)范》從養(yǎng)護(hù)檢查、病害處置、安全管理等方面進(jìn)行修訂，并重點(diǎn)引入了分級養(yǎng)護(hù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定的內(nèi)容，為各級隧道管理養(yǎng)護(hù)單位把握隧道技術(shù)狀況和采取對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)策略提供了依據(jù)和參考。但在實(shí)際隧道病害檢測中發(fā)現(xiàn)《規(guī)范》中土建結(jié)構(gòu)各分項權(quán)重值的分配滿足不了要求[1]。

（1）土建結(jié)構(gòu)各分項權(quán)重表中襯砌權(quán)重為40，包括結(jié)構(gòu)破損、滲漏水兩項，但結(jié)構(gòu)破損、滲漏水權(quán)重未給出，見表 1。

（2）《規(guī)范》中襯砌狀況值的評定未加入探地雷達(dá)對襯砌質(zhì)量的檢測，如在實(shí)際隧道病害檢測中，采用探地雷達(dá)對襯砌進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)襯砌厚度不足、襯砌背后空洞、鋼筋缺陷等，這些指標(biāo)對襯砌質(zhì)量都產(chǎn)生較大影響。

（3）《規(guī)范》對運(yùn)營病害（隧道有害氣體、照明、噪音等）未進(jìn)行規(guī)定。

表1 土建結(jié)構(gòu)各分項權(quán)重表

為更好的對隧道健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，確保隧道的正常運(yùn)營，本文提出：（1）將襯砌病害權(quán)重進(jìn)行重新分配。襯砌結(jié)構(gòu)病害主要包括襯砌裂縫，襯砌變形、移動、沉降，襯砌起層、剝落，滲漏水，襯砌腐蝕、襯砌背后空洞、襯砌厚度不足、鋼筋缺陷八個指標(biāo)，這八個診斷指標(biāo)，基本囊括了隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害的所有形態(tài)；（2）在隧道病害分析中加入隧道運(yùn)營病害指標(biāo)，將排水設(shè)置、吊頂及預(yù)埋件的權(quán)重分別減小為4、6，隧道運(yùn)營病害指標(biāo)權(quán)重定為6，并對有害氣體、照明、噪音指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分配。

2 指標(biāo)權(quán)重確定方法的選取

目前，指標(biāo)權(quán)重的確定方法比較多，如層次分析法、主成分分析法、專家咨詢法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。其中層次分析法和專家咨詢法屬于主觀賦權(quán)法，主成分分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法屬于客觀分析法。這些方法從不同的角度對權(quán)重問題進(jìn)行了研究，但也都有一定的使用范圍和局限性[2]。

（1）層次分析法是美國運(yùn)籌學(xué)家T L Saty在70年代提出的一種將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量計算的方法。該法于80年代引入我國，應(yīng)用較廣。

（2）主成分分析法是現(xiàn)代多元分析中的一種方法。該法雖以實(shí)測資料為基礎(chǔ)，比較客觀，但它只注重實(shí)測數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，而缺乏對不同診斷指標(biāo)在物理力學(xué)關(guān)系上的重要性的考慮，同時，其計算也比較煩瑣。

（3）專家咨詢法又稱為“德爾斐”（Delphi）法，該法是對專家進(jìn)行調(diào)查，了解他們的意見，通過統(tǒng)計處理及反饋等步驟，把意見逐步收斂到較為一致的基礎(chǔ)上，確定各級指標(biāo)的重要性順序，從而確定權(quán)重。該法有時帶有較大的主觀經(jīng)驗性，專家的選擇將直接影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織、自學(xué)習(xí)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定權(quán)重，它可以學(xué)習(xí)和自適應(yīng)不確定的系統(tǒng)，能同時處理定量和定性知識，利用樣本訓(xùn)練后，就能得到與評價情況相符合的指標(biāo)權(quán)重值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是采用數(shù)據(jù)來得到權(quán)重的方法，它需要較多的實(shí)測數(shù)據(jù)。

雖然權(quán)重的確定方法不少，但均不是十全十美，各有優(yōu)、缺點(diǎn)。究其原因，一方面是由于權(quán)重確定問題比較復(fù)雜，另一方面也是由于各種權(quán)重確定方法本身存在局限性。本文應(yīng)用層次分析法確定準(zhǔn)則層和指標(biāo)層指標(biāo)的權(quán)重。

層次分析法的基本思想是把復(fù)雜問題分解成若干層次，通過兩兩對比得出每個因素的權(quán)重。在公路隧道健康狀態(tài)綜合診斷指標(biāo)體系中，需要確定的權(quán)重是各診斷指標(biāo)之間的相對重要性。在這些診斷指標(biāo)的兩兩比較中，一般不存在“極端大”的情況，出現(xiàn)“強(qiáng)烈大”的情況也不多，即便出現(xiàn)“強(qiáng)烈大”的情況，其相對于其它診斷指標(biāo)的重要性也不宜過大，否則設(shè)置其它指標(biāo)的意義就極小，因此本次采用從“相同”到“強(qiáng)烈大”區(qū)分差異相對較小的“9/9～9/1標(biāo)度法”，如表 2所示。

表2 層次分析法9/9～9/1標(biāo)度法

3 襯砌指標(biāo)權(quán)重的確定

裂縫、襯砌變形移動和沉降、襯砌起層剝落這三個指標(biāo)，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的最終表現(xiàn)形式，往往意味著襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞或即將破壞，因此認(rèn)為這三個指標(biāo)的權(quán)重相對最大；滲漏水是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的最直接反映和重要誘發(fā)因素，對行人和行車的危害性較大，因此認(rèn)為滲漏水診斷指標(biāo)的權(quán)重次之；襯砌背后的腐蝕性滲漏水，對襯砌混凝土和砌石、灰縫產(chǎn)生物理性或化學(xué)性的侵蝕作用，造成襯砌腐蝕，因此認(rèn)為襯砌腐蝕診斷指標(biāo)權(quán)重次于滲漏水；襯砌背后空洞往往引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分布不均，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要誘發(fā)因素，但其對行人和行車的危害性是潛在的，一般不會突然發(fā)生而直接對行人和行車造成危害，而且病害治理相對簡單，因此認(rèn)為襯砌背后空洞診斷指標(biāo)權(quán)重相對較小；襯砌厚度不足及鋼筋缺陷是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要內(nèi)在因素，因此認(rèn)為其權(quán)重相對較大。

襯砌裂縫與襯砌變形移動和沉降量相比，襯砌裂縫更容易在日常檢查中被發(fā)現(xiàn)，檢測手段相對簡單，檢測資料較容易獲取，因此認(rèn)為“襯砌裂縫”較“襯砌變形移動和沉降”的重要性“稍微大”；襯砌裂縫與襯砌起層剝落相比，病害的危害程度和影響范圍更大，兩者者的檢測手段的復(fù)雜程度和檢測資料獲取的難易程度相當(dāng)，因此認(rèn)為“襯砌裂縫”較“襯砌起層剝落”的重要性“稍微大”；當(dāng)隧道襯砌出現(xiàn)裂縫時，往往意味著襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)或即將破壞，襯砌裂縫和滲漏水一樣直接對行人、行車造成危害，但襯砌裂縫更直接影響到隧道的正常使用，因此認(rèn)為“襯砌裂縫”相對“滲漏水”的重要性“明顯大”；襯砌腐蝕會促使混凝土骨料分離、疏松，使混凝土強(qiáng)度變低，是襯砌裂縫的誘發(fā)因素之一，因此認(rèn)為“襯砌裂縫”相對“襯砌腐蝕”的重要性“明顯大”；襯砌背后空洞往往引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分布不均，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要誘發(fā)因素，其對隧道襯砌安全的影響是潛在的，因此認(rèn)為“襯砌裂縫”相對“襯砌背后空洞”的重要性“強(qiáng)烈大”；雖然襯砌厚度不足和鋼筋缺陷關(guān)系隧道的內(nèi)在質(zhì)量和永久使用，但從對行人、行車的直接危害性角度看，認(rèn)為“襯砌裂縫”相對“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”的重要性“稍微大”。

襯砌“襯砌變形移動和沉降”與“襯砌起層剝落”相比，病害的危害程度和影響范圍更大，因此認(rèn)為“襯砌變形移動和沉降”較“襯砌起層剝落”的重要性“稍微大”；當(dāng)隧道襯砌出現(xiàn)“變形移動和沉降”時，往往意味著襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)或即將破壞，和滲漏水一樣直接對行人、行車造成危害，但“襯砌變形移動和沉降”更直接影響到隧道的正常使用，因此認(rèn)為“襯砌變形移動和沉降”相對“滲漏水”的重要性“明顯大”；襯砌腐蝕會促使混凝土骨料分離、疏松，使混凝土強(qiáng)度變低，會誘發(fā)“襯砌變形移動和沉降”，因此認(rèn)為“襯砌變形移動和沉降”相對“襯砌腐蝕”的重要性“明顯大”；襯砌背后空洞往往引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分布不均，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要誘發(fā)因素，其對隧道襯砌安全的影響是潛在的，因此認(rèn)為 “襯砌變形移動和沉降”相對“襯砌背后空洞”的重要性“強(qiáng)烈大”；雖然襯砌厚度不足和鋼筋缺陷關(guān)系隧道的內(nèi)在質(zhì)量和永久使用，但從對行人、行車的直接危害性角度看，認(rèn)為“襯砌變形移動和沉降”相對“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”的重要性“稍微大”。

當(dāng)隧道襯砌出現(xiàn)“襯砌起層剝落”時往往意味著襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)或即將破壞，和滲漏水一樣直接對行人、行車造成危害，但“襯砌起層剝落”更直接影響到隧道的正常使用，因此認(rèn)為“襯砌起層剝落”相對“滲漏水”的重要性“明顯大”；襯砌腐蝕會促使混凝土骨料分離、疏松，使混凝土強(qiáng)度變低，會誘發(fā)“襯砌起層剝落”，因此認(rèn)為“襯砌起層剝落”相對“襯砌腐蝕”的重要性“明顯大”；襯砌背后空洞往往引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分布不均，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要誘發(fā)因素，其對隧道襯砌安全的影響是潛在的，因此認(rèn)為“襯砌起層剝落”相對“襯砌背后空洞”的重要性“強(qiáng)烈大”；雖然襯砌厚度不足和鋼筋缺陷關(guān)系隧道的內(nèi)在質(zhì)量和永久使用，但從對行人、行車的直接危害性角度看，認(rèn)為“襯砌起層剝落”相對“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”的重要性“稍微大”。

腐蝕性滲漏水是襯砌腐蝕的影響因素之一，襯砌背后的腐蝕性滲漏水，對襯砌混凝土和砌石、灰縫產(chǎn)生物理性或化學(xué)性的侵蝕作用，會造成襯砌的腐蝕，但滲漏水對行人、行車造成危害性較大，因此認(rèn)為“滲漏水”相對“襯砌腐蝕”的重要性“稍微大”；由于滲漏水相比襯砌背后空洞對行人和行車的直接危害性較大，也容易在隧道日常檢查中被發(fā)現(xiàn)，檢測手段相對簡單，檢測資料較容易獲取，因此認(rèn)為“滲漏水”比“襯砌背后空洞”的重要性“稍微大”；雖然隧道滲漏水對行人和行車的直接危害性較大，也容易在隧道日常檢查中被發(fā)現(xiàn)，檢測手段相對簡單，檢測資料較容易獲取，但“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”直接影響了隧道內(nèi)在質(zhì)量，影響了隧道使用壽命，因此認(rèn)為“滲漏水”較“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”的重要性“稍微大”。

由滲漏水引起的襯砌腐蝕，在滲漏水流的持續(xù)作用下會使混凝土疏松、強(qiáng)度變低甚至產(chǎn)生空洞，因此認(rèn)為“襯砌腐蝕”相對“襯砌背后空洞”的重要性“稍微大”；由于“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”直接影響了隧道內(nèi)在質(zhì)量，影響了隧道使用壽命，因此認(rèn)為“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”較“襯砌腐蝕”的重要性“稍微大”。

襯砌背后空洞往往引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分布不均，是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的重要誘發(fā)因素，而“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”直接影響了隧道內(nèi)在質(zhì)量，影響了隧道使用壽命，因此認(rèn)為“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”較“襯砌背后空洞”的重要性“稍微大”。

“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”都直接影響了隧道內(nèi)在質(zhì)量，影響隧道使用壽命，且兩者的檢測手段的復(fù)雜程度和檢測資料獲取的難易程度相當(dāng)，因此認(rèn)為“襯砌厚度不足”和“鋼筋缺陷”的重要性相同。

表3 判斷矩陣

表4 RI系數(shù)

采用和積法求解此判斷矩陣。

（1）求出兩兩比較矩陣每一列的和，見表3。

（2）將兩兩比較矩陣的每一個元素除以相應(yīng)的列的總和，所得的商組成新的兩兩標(biāo)準(zhǔn)矩陣。兩兩標(biāo)準(zhǔn)矩陣為：

（3）按行相加。

（4）將向量正規(guī)化。

求得特征向量：

W=(0.179 0.168 0.158 0.110 0.089 0.070 0.112 0.112)T，填入表內(nèi)。

（5）計算判斷矩陣的最大特征根λmax。

（6）檢驗矩陣的一致性。

計算一致性指標(biāo)CI：

由于矩陣為八階矩陣，查表4，得RI=1.41。

計算隨機(jī)一致性比例CR：

因此，可以認(rèn)為所構(gòu)造的兩兩比較矩陣滿足一致性要求，其相應(yīng)的特征向量有效。

4 運(yùn)營病害指標(biāo)權(quán)重的確定

公路隧道運(yùn)營病害主要包括有害氣體，照明、噪音三個指標(biāo)，隧道內(nèi)有害氣體直接危害養(yǎng)護(hù)維修人員和機(jī)車車輛乘務(wù)人員的身體健康，當(dāng)有害氣體累積過高時，甚至?xí)?dǎo)致人急性中毒，隧道內(nèi)有害氣體的累積還會對隧道襯砌混凝土以及鋼軌、扣件等設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，因此認(rèn)為隧道內(nèi)有害氣體權(quán)重最高；隧道能見度不夠、隧道內(nèi)亮度不夠，車輛高速駛?cè)腭偝鏊淼罆r產(chǎn)生的“黑洞”和“白洞”效應(yīng)都為隧道的照明病害，隧道照明病害是誘發(fā)交通事故的重要因素之一，隧道內(nèi)的照明條件不佳時，可能對駕駛?cè)藛T的心理和生理產(chǎn)生影響，誘發(fā)交通事故的產(chǎn)生，因此認(rèn)為隧道照明權(quán)重次之；隧道高分貝噪音病害也是誘發(fā)交通事故的因素之一，它會使人的反應(yīng)能力下降，心理緊張、煩躁，進(jìn)而容易誘發(fā)交通事故，相比隧道照明病害的種類，認(rèn)為隧道噪音指標(biāo)權(quán)重最小。隧道運(yùn)營病害權(quán)重總共為6，對運(yùn)營病害權(quán)重進(jìn)行分配，有害氣體的權(quán)重為3，照明權(quán)重為2，噪音權(quán)重為1。重新分配后土建結(jié)構(gòu)各分項權(quán)重見表5。

表5 公路隧道健康狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重表

公路隧道健康等級評價方法參考《規(guī)程》中土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評定方法。

[1]李健.解讀2015版《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[A].養(yǎng)護(hù)與管理.2015(3).

[2]曹校勇.公路隧道健康狀態(tài)綜合診斷方法研究[D].長安大學(xué),2008.

[3]羅方.地質(zhì)雷達(dá)在隧道健康診斷中的應(yīng)用[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,(03):51-54.

[4]中華人民共和國交通部.JTG H12-2015,公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2015.

[5]鄭陽焱.公路隧道襯砌裂損機(jī)理及結(jié)構(gòu)安全性評價研究[D].中南大學(xué),2014.

[6]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.GB 3096-2008,聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) [S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.