蔣雅君， 劉世圭， 周 睿， 曹丹陽(yáng)， 吳春偉

(1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川 成都 610031； 2. 成都揚(yáng)華源動(dòng)新材料科技有限公司，四川 成都 610213； 3. 廣西北投交通養(yǎng)護(hù)科技集團(tuán)有限公司， 廣西 南寧 530299)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)大規(guī)模投資建設(shè)了隧道等基礎(chǔ)設(shè)施。截至2020年，已建成和投入運(yùn)營(yíng)的公路隧道有23 268處，共計(jì)24 698.9 km[1]。隨著投入運(yùn)營(yíng)的隧道數(shù)量不斷增加，受復(fù)雜的自然環(huán)境或施工質(zhì)量缺陷等因素的影響，不少隧道陸續(xù)出現(xiàn)滲漏水和襯砌開(kāi)裂等病害，危及隧道結(jié)構(gòu)及行車安全。其中，隧道襯砌排水系統(tǒng)破損、地下水排放不暢引發(fā)的襯砌開(kāi)裂與滲漏水等是重要誘因[2-4]。

為解決襯砌排水系統(tǒng)病害帶來(lái)的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要從隧道襯砌排水系統(tǒng)病害成因分析及防治方法2個(gè)方面開(kāi)展了一系列研究，并取得眾多成果。文獻(xiàn)[5-8]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、XRD分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)等方法總結(jié)分析了隧道排水管道中結(jié)晶物質(zhì)成因、化學(xué)成分以及結(jié)晶速率的影響因素。文獻(xiàn)[9-12]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)等方法分別提出了有機(jī)酸消耗、選用合適混凝土配合比和管道內(nèi)壁涂敷特殊涂層等防治措施，探究了排水管道結(jié)晶的防治措施。同時(shí)，有關(guān)隧道排水系統(tǒng)的檢查和評(píng)價(jià)技術(shù)方面的研究也在起步。蔣雅君等[13-14]初步建立了排水系統(tǒng)技術(shù)狀況的評(píng)估方法，基于水力學(xué)原理將不同病害帶來(lái)的排水風(fēng)險(xiǎn)量化表達(dá)。魏晨茜[15]從各排水管道開(kāi)始，研究管道的過(guò)水能力和管道之間的水力聯(lián)系，提出了一種排水單元排水狀態(tài)的量化方法。

綜上所述，現(xiàn)階段有關(guān)隧道襯砌排水系統(tǒng)病害的研究成果集中于結(jié)晶病害成因與防治方面，而排水系統(tǒng)狀況檢查和評(píng)估技術(shù)尚未成體系，缺少一種與隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定方法相似的方法，管理單位無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地掌握隧道襯砌排水系統(tǒng)的技術(shù)狀況，以采取合適的養(yǎng)護(hù)措施來(lái)保障排水系統(tǒng)一直處于良好的服役狀態(tài)。

本文以公路隧道襯砌排水系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于分層加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建運(yùn)營(yíng)公路隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)估方法，希望為公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的維護(hù)工作提供一定參考和借鑒。

1 襯砌排水系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 公路隧道襯砌排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)JTG 3370.1—2018《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(第一冊(cè) 土建工程)》中襯砌排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定可知，公路隧道襯砌排水系統(tǒng)主要由環(huán)向排水管、縱向排水管、橫向排水管和中央排水管(溝)這些構(gòu)件連接形成一個(gè)排水空間網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)，將來(lái)自圍巖的地下水有組織地匯集起來(lái)，然后有序排放至洞外。

圖1 公路隧道襯砌排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Schematic of lining drainage system structure of highway tunnel

1.2 常見(jiàn)病害類型及等級(jí)劃分

采用工業(yè)內(nèi)窺鏡等多種檢查設(shè)備調(diào)研了廣西和四川等地區(qū)10余座隧道的襯砌排水系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，根據(jù)病害是否造成管道結(jié)構(gòu)完整性破壞，將排水系統(tǒng)常見(jiàn)的病害類型劃分為結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害2大類[16]。參考CJJ 181—2012《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》中對(duì)排水管道病害類型的劃分，隧道排水管道中功能性病害包括結(jié)晶、沉積和障礙物3類；結(jié)構(gòu)性病害包括破裂、變形、起伏、腐蝕、異物刺入和接口移位6類。

在市政工程領(lǐng)域中，排水管道病害的等級(jí)劃分和賦分標(biāo)準(zhǔn)已形成一個(gè)完整體系。隧道襯砌排水系統(tǒng)中管道的功能和材料等與市政排水管道有較多相似之處，因此，以CJJ 181—2012《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》中病害等級(jí)劃分和賦分標(biāo)準(zhǔn)作為隧道襯砌排水管道中常見(jiàn)病害的等級(jí)劃分和賦分標(biāo)準(zhǔn)[16]。

2 技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次

隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況表征著這一系統(tǒng)整體的綜合狀況，因此，評(píng)估其技術(shù)狀況應(yīng)根據(jù)排水系統(tǒng)的特點(diǎn)劃分層次和構(gòu)件，再綜合各層次不同構(gòu)件的病害狀況綜合評(píng)判。

根據(jù)公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其劃分為排水段、排水單元和排水管段3個(gè)層次。

1)隧道襯砌排水段。根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的要求和設(shè)計(jì)慣例，隧道襯砌排水系統(tǒng)中會(huì)設(shè)置檢查井，便于運(yùn)營(yíng)期間檢查和清理中央排水管，檢查井的間距約為200 m。取2個(gè)檢查井之間的襯砌排水系統(tǒng)為一個(gè)排水段。

2)隧道襯砌排水單元是排水系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)匯集和排放地下水的最小有機(jī)體，多個(gè)排水單元串聯(lián)起來(lái)組成1個(gè)排水段，承擔(dān)該區(qū)段內(nèi)地下水的匯集和排放功能。根據(jù)地下水在襯砌排水系統(tǒng)中的排放路徑，劃分的排水單元如圖2所示。排水單元由1根環(huán)向排水管，左、右2段縱向排水管匯集地下水，左、右2段橫向排水管將匯集的地下水引導(dǎo)至中央排水管，再經(jīng)由中央排水管排放至下一單元，最后排放至隧道外。

圖2 排水單元結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic of drainage unit structure

3)排水管段。環(huán)向和縱向排水管承擔(dān)匯集地下水的功能，橫向和中央排水管承擔(dān)導(dǎo)流功能。環(huán)向和縱向排水管道中不同位置的地下水流量是不同的，對(duì)整個(gè)排水單元的影響程度也不同，將這2種排水管道劃分成多段來(lái)考慮位置差異帶來(lái)的影響。橫向排水管和中央排水管承擔(dān)導(dǎo)流功能，管道內(nèi)各位置流量維持一致，不同位置發(fā)生的病害對(duì)排水單元的影響是相同的，無(wú)需分段考慮。

環(huán)向排水管從拱頂位置分為左、右2段H1、H2，左、右管段再切分為4個(gè)小段H1-1—H1-4、H2-1—H2-4。

排水單元中左、右兩側(cè)的縱向排水管(L1、L2)單根的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約等于環(huán)向排水管，縱向排水管道切分為8個(gè)小段L1-1—L1-8、L2-1—L2-8。

橫向排水管在排水單元中承擔(dān)將縱向和環(huán)向排水管收集的水導(dǎo)流至中央水管的功能，分為左、右2段水管C1、C2。

中央排水管M在排水單元中承擔(dān)將地下水導(dǎo)流至下一單元的功能。

綜上，隧道襯砌排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次如圖3所示。

圖3 隧道襯砌排水段結(jié)構(gòu)層次關(guān)系Fig. 3 Structural relationship of drainage section of tunnel lining

2.2 排水管段病害參數(shù)確定方法

2.2.1 環(huán)向和縱向排水管段功能性病害參數(shù)確定

環(huán)向和縱向排水管道不同位置的過(guò)水流量不同、重要性不同，將環(huán)向和縱向管道進(jìn)行切分。環(huán)向排水管和縱向排水管的功能性病害參數(shù)由各自小管段病害分值和相應(yīng)的位置權(quán)重綜合計(jì)算得到，具體計(jì)算按式(1)—(2)進(jìn)行。

(1)

(2)

式(1)—(2)中：GH為環(huán)向排水管段功能性病害參數(shù)；GL為縱向排水管段功能性病害參數(shù)；YH為環(huán)向各小管段的功能性病害分值的最大值；YL為縱向各小管段的功能性病害分值的最大值；y為各小管段中的功能性病害分值；η為各小管段的權(quán)重；i,j為切分小管段的編號(hào)(i=1,2；j=1,2,…,8)；k為排水管段中功能性病害的數(shù)量，由檢查結(jié)果確定。

2.2.2 橫向和中央排水管段功能性病害參數(shù)確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，橫向排水管分為左、右2段C1、C2，中央排水管段為M。橫向排水管段與中央排水管未進(jìn)行切分，單個(gè)管段的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一個(gè)管道內(nèi)可能會(huì)存在較多的病害，且當(dāng)病害之間間距相對(duì)較小時(shí)，病害之間可能相互影響，因此，計(jì)算橫向排水管段和中央排水管段的病害參數(shù)時(shí)，需考慮病害間距的影響。橫向排水管段和中央排水管段病害參數(shù)的計(jì)算按式(3)—(7)進(jìn)行。

當(dāng)Ymax≥Y時(shí)，GCi(M)=Ymax；

(3)

當(dāng)Ymax

(4)

(5)

Ymax=max{Pe}；

(6)

k=k1+k2。

(7)

式(3)—(7)中：GC(M)為橫向排水管段或中央排水管段功能性病害參數(shù)；Ymax為橫向排水管段中功能性病害分值的最大值；Y為橫向或中央排水管段功能性病害分值，按病害數(shù)量計(jì)算的功能性病害平均分值；k為單根排水管段中功能性病害的數(shù)量；k1為排水管段中間距大于1.5 m的功能病害數(shù)量；k2為排水管段中間距小于1.5 m、大于1.0 m的功能性病害數(shù)量；Pe為排水管段功能性病害分值；Pe1為縱向間距大于1.5 m的功能性病害分值；Pe2為縱向間距小于1.5 m、大于1.0 m的功能性病害分值；β為病害影響系數(shù)，與病害間距有關(guān)，取β=1.1。當(dāng)病害縱向間距≤1.0 m時(shí)，病害分值疊加計(jì)算，疊加結(jié)果超過(guò)10分，按10分計(jì)算。

排水單元內(nèi)環(huán)向、縱向、橫向和中央排水管段的結(jié)構(gòu)性病害參數(shù)計(jì)算方法與功能性病害參數(shù)計(jì)算方法相同，此處不做贅述。

2.3 排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1節(jié)將排水系統(tǒng)分為排水段、排水單元和排水管段3個(gè)層次，本文以各排水管段的病害參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，逐層向上綜合評(píng)估，完成公路隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況的評(píng)估。由各排水管段的病害參數(shù)建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)圖4。

圖4 隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig. 4 Evaluation index system of technical conditions of tunnel lining drainage system

隧道襯砌排水系統(tǒng)常見(jiàn)的病害可分為功能性和結(jié)構(gòu)性2種，需分別評(píng)估隧道襯砌排水系統(tǒng)的功能性技術(shù)狀況和結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況。功能性狀況評(píng)估和結(jié)構(gòu)性狀況評(píng)估采用同一套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，技術(shù)狀況評(píng)估時(shí)分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算排水管段的功能性或結(jié)構(gòu)性病害參數(shù)。

3 排水管段和排水單元權(quán)重計(jì)算

公路隧道襯砌排水系統(tǒng)不同管段因功能差異和位置差異對(duì)過(guò)水能力的要求各不相同，經(jīng)過(guò)的流量越大，對(duì)排水能力要求越高，重要性程度越大。因此，選擇經(jīng)過(guò)管段的流量大小來(lái)計(jì)算管段的權(quán)重大小。通過(guò)對(duì)比分析，本文采用SWMMH軟件建立排水系統(tǒng)模型，計(jì)算排水單元內(nèi)各管段以及不同工況下排水單元之間的流量，再以流量比例來(lái)計(jì)算得到排水管段和排水單元之間的權(quán)重大小。

3.1 排水系統(tǒng)模型參數(shù)設(shè)置

3.1.1 隧道襯砌排水單元管段水力模擬

公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式基本相同，但實(shí)際工程中不同隧道在管道的標(biāo)高設(shè)置、管徑選擇以及管道的間距設(shè)置等方面因地制宜選擇相應(yīng)的參數(shù)，使襯砌排水系統(tǒng)的排水能力與地下水出水量相適應(yīng)。因此，假設(shè)不同地下水條件在與之相適應(yīng)的排水系統(tǒng)中的狀態(tài)是相同的，即地下水在排水管道中不為充盈狀態(tài)。

基于這一假設(shè)，本文選擇常見(jiàn)的公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)建立模型。通過(guò)設(shè)置地下水的出水量，使得出水量與該參數(shù)下襯砌排水系統(tǒng)相適應(yīng)，所以認(rèn)為該狀態(tài)下襯砌排水系統(tǒng)中各管段和單元的流量具有代表性。

出于以上考慮，本文選擇常見(jiàn)的雙車道公路隧道的襯砌排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式在SWMMH中建立相應(yīng)的排水系統(tǒng)模型，隧道的斷面形式如圖5所示。排水單元間距為20 m，建立的排水單元的管網(wǎng)模型如圖6所示。排水單元模型中各管段的特性參數(shù)如表1所示，各節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高如表2所示，經(jīng)過(guò)試算，設(shè)置環(huán)向和縱向排水管段各節(jié)點(diǎn)的進(jìn)流量為0.6 L/s可滿足前面假設(shè)。

圖5 雙車道公路隧道常規(guī)斷面(單位： cm)Fig. 5 Conventional section of two-lane highway tunnel (unit： cm)

箭頭為排水單元內(nèi)地下水排放路徑。圖6 排水單元管網(wǎng)模型Fig. 6 Model diagram of drainage unit

表1 排水單元模型中各管段參數(shù)Table 1 Parameters of each pipe section in the model

表2 排水單元模型中各節(jié)點(diǎn)標(biāo)高Table 2 Elevation of each node in the model m

3.1.2 隧道襯砌排水系統(tǒng)的管段水力模擬

隧道排水段的水力模型是在排水單元的模型上疊加多個(gè)相同的模型，串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)排水段計(jì)算模型，如圖7所示。

框內(nèi)為1個(gè)排水單元。圖7 隧道排水段計(jì)算模型Fig. 7 Model diagram of tunnel drainage section

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 排水單元內(nèi)各管段之間的權(quán)重

根據(jù)3.1節(jié)的內(nèi)容建立排水單元的模型，計(jì)算排水單元內(nèi)各排水管段的流量，如表3所示。

表3 排水單元內(nèi)各管段流量Table 3 Flow rate of each pipe section in drainage unit L/s

根據(jù)計(jì)算得到排水單元內(nèi)各管段的流量大小，計(jì)算管段之間的流量比值，可作為排水管段之間的權(quán)重大小分配依據(jù)。

環(huán)向排水管中4個(gè)小管段之間的權(quán)重之和為1，則4個(gè)排水管道之間的權(quán)重大小可按式(8)計(jì)算得到。環(huán)向排水管4個(gè)小管段的權(quán)重大小如表4所示。

表4 排水單元內(nèi)環(huán)向排水管4個(gè)小管段的權(quán)重Table 4 Weight of four small pipe sections of circumferential drainage pipe in drainage unit

(8)

式中：ηi為權(quán)重；Qi為i管段的流量。

縱向排水管中8個(gè)小管段之間的權(quán)重之和為1，則8個(gè)排水管道之間的權(quán)重大小可按式(9)計(jì)算得到?？v向排水管中，8個(gè)小管段的權(quán)重大小如表5所示。

表5 排水單元內(nèi)縱向排水管8個(gè)小管段的權(quán)重Table 5 Weight of eight small pipe sections of longitudinal drainage pipe in drainage unit

(9)

以排水單元內(nèi)各排水管道承擔(dān)的流量作為權(quán)重計(jì)算的基準(zhǔn)，計(jì)算得到不同管段的權(quán)重。根據(jù)排水單元中各管道的功能可以看出，一個(gè)排水單元中，排水管道之間的流量可以用式(10)和式(11)表示。排水管道權(quán)重之和為1，提取表3中不同管段之間的流量計(jì)算得到排水單元內(nèi)各管道之間權(quán)重分配如表6所示。

表6 排水單元內(nèi)不同管道的權(quán)重Table 6 Weight of different pipes in drainage unit

QH1+QL1=QH2+QL2；

(10)

QC1=QC2。

(11)

3.2.2 排水段內(nèi)排水單元的權(quán)重

通過(guò)模型計(jì)算排水系統(tǒng)完好狀態(tài)下以及不同數(shù)量橫向排水管失效狀態(tài)下各排水單元之間的流量變化。以排水單元之間的流量大小為基礎(chǔ)，取不同破損狀態(tài)下與完好狀態(tài)下排水單元流量的比值為權(quán)重，表征不同狀態(tài)下各排水單元的重要性程度。

模擬計(jì)算結(jié)果顯示，在橫向排水管失效后該排水段未能將所有地下水排出，部分地下水積蓄在排水段內(nèi)。橫向排水管失效數(shù)量越多，積蓄于排水段內(nèi)的地下水越多。取排水段不同狀態(tài)下的排水量與完好狀態(tài)下排水量的比值為λ，取倒數(shù)1/λ表征該狀態(tài)下排水段的破損程度，對(duì)技術(shù)狀況評(píng)估結(jié)果進(jìn)行加權(quán)。當(dāng)有5根橫向排水管失效時(shí)，排水段的排水量只為完好狀態(tài)下的77%，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)會(huì)造成比較大的影響，因此，認(rèn)為這一狀態(tài)下，排水段的功能已失效。橫向排水管失效數(shù)量與λ的關(guān)系如表7所示。排水單元中橫向排水管失效后，受影響最明顯的只有下游相鄰的第1個(gè)完好排水單元。排水段中各排水單元權(quán)重用γm表示，其中，γ為權(quán)重大小，m為排水段中排水單元的編號(hào)(m=1，2，3，…)，排水單元的權(quán)重分配如表8所示。

表7 橫向排水管失效數(shù)量與排水量比值λ的關(guān)系Table 7 Relationship between failure number of transverse drainage pipe and λ in drainage system

表8 排水系統(tǒng)中排水單元權(quán)重分配Table 8 Weight distribution of drainage unit in drainage system

4 技術(shù)狀況綜合評(píng)價(jià)模型

4.1 綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的層次劃分，技術(shù)狀況的綜合評(píng)估分為2個(gè)步驟，先進(jìn)行排水單元的技術(shù)狀況評(píng)估，再綜合各單元的技術(shù)狀況評(píng)估這一排水段的技術(shù)狀況。

4.1.1 襯砌排水系統(tǒng)功能性技術(shù)狀況評(píng)估模型

1)排水單元功能性技術(shù)狀況值按式(12)計(jì)算。

PSCIm=∑ωHi-j×GHi-j+∑ωLi-j×GLi-j+

∑ωCi×GCi+ωM×GM。

(12)

式中: PSCIm為排水系統(tǒng)中第m個(gè)排水單元的功能性技術(shù)狀況值；G為排水單元中不同管段的功能性病害參數(shù)；ω為排水單元內(nèi)各管道權(quán)重大小，由表6確定。

2)排水段功能性技術(shù)狀況值按式(13)計(jì)算。

(13)

式中： PSCI為檢查段的襯砌排水系統(tǒng)功能性技術(shù)狀況值；n為排水段內(nèi)排水單元的數(shù)量，由實(shí)際情況確定；λ為不同狀態(tài)下排水段排水量與完好狀態(tài)下出流量的比值，由表7確定；γ為排水段內(nèi)排水單元的權(quán)重大小，由表8確定。

4.1.2 襯砌排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)估模型

結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)估模型與功能性技術(shù)狀況評(píng)估模型相同，將式(12)和式(13)中的功能性相關(guān)指標(biāo)換成結(jié)構(gòu)性指標(biāo)，可獲得結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況值PSSI。

4.2 技術(shù)狀況類別劃分

4.2.1 計(jì)算結(jié)果等級(jí)界定

由式(13)計(jì)算得到的評(píng)估結(jié)果按照表9來(lái)分級(jí)界定襯砌排水系統(tǒng)的技術(shù)狀況類別。

表9 排水系統(tǒng)技術(shù)狀況類別界定Table 9 Definition of technical condition category of drainage system

4.2.2 技術(shù)狀況等級(jí)劃分

JTG H12—2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中將隧道土建結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況劃分為5個(gè)等級(jí)，排水系統(tǒng)作為隧道的一部分，技術(shù)狀況等級(jí)的劃分?jǐn)?shù)量應(yīng)保持統(tǒng)一，因此，將公路隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況劃分為5個(gè)類別，各類別描述如表10所示。

表10 隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況分類Table 10 Classification of technical conditions of tunnel lining drainage system

4.2.3 極端狀況下排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)定

1)當(dāng)中央排水管被結(jié)晶、障礙物或泥砂沉積等完全堵塞，排水能力喪失之后，排水系統(tǒng)的功能性技術(shù)狀況評(píng)為5類；

2)當(dāng)排水系統(tǒng)中同一側(cè)存在連續(xù)5個(gè)及以上排水單元的橫向排水管完全堵塞后，排水系統(tǒng)的功能性技術(shù)狀況評(píng)為5類；

3)中央排水管頂部位置出現(xiàn)縱向長(zhǎng)距離開(kāi)裂現(xiàn)象時(shí)，排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)為5類；

4)當(dāng)中央排水管出現(xiàn)接口移位或破裂等病害，造成地下水外泄至路基中，排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)為5類；

5)當(dāng)隧道襯砌排水系統(tǒng)中連接邊墻檢查井的橫向排水管堵塞，邊墻檢查井內(nèi)積水嚴(yán)重，外溢至路面影響行車安全時(shí)，排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)為5類。

4.3 工程實(shí)例

4.3.1 工程概況

廣西某運(yùn)營(yíng)高速公路隧道，全長(zhǎng)795 m，起止樁號(hào)為K168+000～+795。隧道在投入運(yùn)營(yíng)后對(duì)該隧道K168+200～+400襯砌排水系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和技術(shù)狀況評(píng)估。該區(qū)段中K168+260單元的C1橫向排水管被結(jié)晶物質(zhì)完全堵塞，喪失排水能力。表11和表12分別為K168+200排水單元的功能性病害和結(jié)構(gòu)性病害統(tǒng)計(jì)信息。

表11 K168+200 功能性病害狀況統(tǒng)計(jì)Table 11 Statistics of functional diseases in K168+200

表12 K168+200 結(jié)構(gòu)性病害狀況統(tǒng)計(jì)Table 12 Statistic of structural disease in K168+200

4.3.2 區(qū)段排水系統(tǒng)功能性技術(shù)狀況評(píng)估

4.3.2.1 排水單元功能性技術(shù)狀況評(píng)估

由GH1=0.3×2+0.4×5=2.6，GH2=0.4×5=2，GL1=0，GL2=0.11×2+0.14×5=0.92，GC2=4，GM=4可知，PSCI1=(2.6+2)×0.06+(0+0.92)×0.13+4×0.16+4×0.3=2.24。

同樣計(jì)算得到該區(qū)段內(nèi)其他排水單元的功能性技術(shù)狀況值為： PSCI2=3.23，PSCI3=1.79，PSCI4=3.71，PSCI5=2.12，PSCI6=2.04，PSCI7=1.54，PSCI8=2.57，PSCI9=2.09，PSCI10=2.53。

4.3.2.2 區(qū)段功能性技術(shù)狀況評(píng)估

根據(jù)檢查結(jié)果確定K168+260排水單元權(quán)重γ4=1.22，本排水段內(nèi)其他單元權(quán)重取1，λ取0.97。計(jì)算得到該區(qū)段功能性技術(shù)狀況值

2.12+2.04+1.57+2.57+2.09+2.53)=2.47。

K168+200～400區(qū)段功能性技術(shù)狀況值為2.47，該區(qū)段排水系統(tǒng)的技術(shù)狀況等級(jí)為2類，排水系統(tǒng)輕微破損，少部分排水管道存在病害，排水系統(tǒng)功能不受影響。

4.3.2.3 區(qū)段排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)估

1)排水單元結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)估值。結(jié)構(gòu)性病害參數(shù)FH1=0.3×2+0.4×5=2.6，F(xiàn)H2=0.4×5=2，F(xiàn)L1=0.09×2+0.16×5=0.98，F(xiàn)L2=0.14×2+0.18×5=1.18，F(xiàn)C1=4，F(xiàn)C2=5，F(xiàn)M=5，求得結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況值PSSI1=(2.6+2)×0.06+(0.98+1.18)×0.13+(4+4)×0.16+5×0.3=3.5。

同樣計(jì)算得到該區(qū)段內(nèi)其他排水單元的結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況值為： PSSI2=5.85，PSSI3=3.07，PSSI4=6.90，PSSI5=2.18，PSSI6=2.84，PSSI7=1.46，PSSI8=2.57，PSSI9=2.09，PSSI10=4.37。

K168+200～400段功能性技術(shù)狀況值為3.63，以此判斷該區(qū)段排水系統(tǒng)的技術(shù)狀況類別為3類，排水系統(tǒng)管道結(jié)構(gòu)中等破損。

5 結(jié)論與建議

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析和數(shù)值模擬等方法研究公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的病害類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和水力聯(lián)系，提出了一種公路隧道襯砌排水系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)估方法，主要研究成果如下：

1)依據(jù)公路隧道襯砌排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其劃分為排水段、排水單元和排水管段3個(gè)層次；根據(jù)不同排水管段的功能差異，分別確定其病害參數(shù)計(jì)算方法；最后以各排水管段的病害參數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2)利用SWMMH軟件建立公路隧道襯砌排水系統(tǒng)模型，模擬地下水在排水單元和排水系統(tǒng)中的運(yùn)行狀況，計(jì)算排水單元和排水管段的流量，以此為基礎(chǔ)計(jì)算出各管段和各排水單元的權(quán)重分配。

3)采用分層加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法，建立公路隧道襯砌排水系統(tǒng)的功能性和結(jié)構(gòu)性技術(shù)狀況評(píng)價(jià)模型和技術(shù)狀況等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)；將本文提出的評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，評(píng)估結(jié)果能較好地反映隧道襯砌排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，具有較好的適用性。

由于管道病害等級(jí)劃分和賦分標(biāo)準(zhǔn)直接引用了市政工程中排水管道的相關(guān)規(guī)范，可能與實(shí)際工程中存在一定偏差，后續(xù)需要調(diào)研更多案例，建立相適應(yīng)的病害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)和賦分標(biāo)準(zhǔn)。