劉 濤

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

1 公路隧道滲漏水病害的主要危害

由于受到地下水或外界雨水的影響，公路隧道很容易產(chǎn)生滲漏水，導致出現(xiàn)各種病害，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性產(chǎn)生不利影響，影響了使用功能[1]。滲漏水病害普遍存在于公路隧道建設中，且防治難度一般較大，其危害性主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

a）滲漏水會對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕作用，加快其風化、剝蝕速度，進而導致襯砌結(jié)構(gòu)性能劣化。尤其是當滲漏水中富含腐蝕性物質(zhì)時，還會與材料發(fā)生化學反應，促使圍巖發(fā)生軟化現(xiàn)象，導致結(jié)構(gòu)變形增大，甚至失穩(wěn)。對于嚴寒地區(qū)，滲漏水還可能會結(jié)冰凍脹，在凍融循環(huán)反復作用下，結(jié)構(gòu)就容易發(fā)生較大變形，也促使了其他病害的發(fā)展。

b）若在施工過程中出現(xiàn)滲漏水，施工就會受到干擾，譬如導致初噴的混凝土質(zhì)量處于不可控狀態(tài)。掌子面一旦發(fā)生涌水現(xiàn)象，會導致坍塌下陷。

c）滲漏水在路面上的滯儲會顯著降低路面摩擦系數(shù)，降低輪胎與路面之間的附著力，導致車輛滑移、側(cè)翻或失控。特別是在嚴寒季節(jié)結(jié)冰時，這一問題更加突出。

d）當滲漏水侵入到隧道內(nèi)，有可能會導致通風、監(jiān)控、通訊以及照明等設備短路，影響設備正常運行。

總體來看，滲漏水對于公路隧道的影響比較復雜，涉及到結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性、適用性等，同時對行車安全也會造成較大的風險[2]，因此其病害檢測就顯得尤為必要，且需要可靠的評價模型對其進行研判。

2 公路隧道滲漏水病害的檢測方法

公路隧道滲漏水病害檢測方法選取是滲漏水治理的核心環(huán)節(jié)。目前我國在隧道病害檢測技術(shù)的選擇上主要有以下兩類：傳統(tǒng)檢測法與無損檢測法。傳統(tǒng)檢測法以專家目視法及鉆芯法、開槽法等破壞性檢測為主，其中前者主要是通過行業(yè)專家到場對工程進行實地調(diào)研來判斷病害的發(fā)展情況，而后者則需要在原有結(jié)構(gòu)上取樣，并對樣本進行實驗室檢測來獲取結(jié)構(gòu)的物理、力學性質(zhì)。傳統(tǒng)檢測法雖然能夠直接得到可靠的樣本，但這一類檢測往往具有非常突出的破壞性，對于原結(jié)構(gòu)不可避免地會產(chǎn)生擾動，甚至導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞[3]。而且，這類檢測方法以結(jié)構(gòu)某一部分為樣本，很容易導致評價結(jié)果的片面性和局限性。此外，大量的人工勞動也會帶來檢測成本高、檢測效率低、結(jié)果誤差大的問題。無損檢測最大優(yōu)勢在于避免了對待測對象的破壞，可借助材料的物理、化學性質(zhì)來獲取結(jié)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)，從而得到材料的基本參數(shù)。究其本質(zhì)，在于充分區(qū)分不同病害的特點，并能夠靈活應用多種不同無損檢測方法來確定隧道結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

公路隧道的檢測一般應至少包含日常檢測、定期巡查、特別檢查以及專項排查4個部分[4]。如上文所述，公路隧道的檢測直接決定著隧道整體的功能性及耐久性，因此應當特別予以重視，隧道各個部分的檢測內(nèi)容如圖1所示。

圖1 隧道各部分的檢測內(nèi)容

3 公路隧道滲漏水病害評價模型的建立

筆者以某公路隧道為例進行闡述分析。該隧道地處山地丘陵地帶，隧址區(qū)地勢起伏較大且地表水系豐富，整體氣候較溫和，降水豐沛，尤其是春夏兩季降水比較突出。

3.1 公路隧道滲漏水病害評價模型的思路

隧道工程建設較為復雜，且受多重因素的影響較大，因此在建立滲漏水病害評價模型時，需要充分考慮隧道全壽命周期，進行量化評價，并以自然環(huán)境、地下水、設計、施工、運營等5個層面作為主要因素進行考慮，從而形成較為全面、可靠的評價體系。

模糊數(shù)學理論在公路隧道評價中的引進為評價模型的建立提供了理論支持。本文評價模型建立時，首先需要對影響滲漏水的因素有全面充分的認識，并分析其影響強度、產(chǎn)生原因，將因素劃分為若干個層次，經(jīng)過模糊數(shù)學分析后，形成二級模糊綜合評價模型。模型評價體系的結(jié)構(gòu)可大致分為3個不同的層次：目標層、準則層以及子準則層。其中，目標層含有項目評價的總體目標，即評價系統(tǒng)整體；而準則層則對影響滲漏水的主要因素進行了分析，以自然環(huán)境、地下水、設計、施工、運營5個層面進行描述，并構(gòu)成因素集B；子準則層又被稱為指標層，其在準則層的基礎上對影響因素進行了進一步的劃分，以具體的指標作為組成內(nèi)容。本文所構(gòu)建的評價體系應用二級模糊綜合評價模型，其中子準則層向準則層的描述為第一級的評價，而準則層向目標層的描述則為第二級的評價，在這樣兩級的描述評價中即可得到整體的綜合評價。

3.2 確定模糊綜合評價的評語集

通常，根據(jù)滲漏水病害程度由輕到重可大致劃分為濕潤、滲水、漏水、射水以及涌水5個不同的級別。在進行滲漏水等級劃分時，可以參考借鑒國外的一些劃分方法。如：美國在其隧道檢查規(guī)范中對滲漏水作出了輕、中、重3個等級的定性評價標準；日本隧道養(yǎng)護規(guī)范將滲漏水劃分為4個等級，且基于滲水程度及滲水位置對等級進行了細化，值得注意的是在日本規(guī)范要求中，隧道滲漏水的評級對象細化為拱部和邊墻兩個不同的部位，具體見表1所示。依據(jù)滲漏水對工程可能產(chǎn)生的不利后果，我國公路隧道養(yǎng)護規(guī)范中附錄表B-4將滲漏水等級劃分為了5個等級，見表2。

表1 日本公路隧道滲漏水等級劃分

表2 我國公路隧道養(yǎng)護規(guī)范中的滲漏水等級

此外，在滲漏水等級劃分上，還有一種比較常見的方法，其主要根據(jù)最大允許滲漏量來定量分析，其中一級至七級分別對應：難以察覺、1 L/d/m2、3 L/d/m2、13 L/d/m2、30 L/d/m2、100 L/d/m2以及無限制。

上述各類分級標準大多是基于滲漏水量來確定的，但并未充分考慮到滲漏水可能產(chǎn)生的后果以及導致滲漏水病害發(fā)生的原因。因此，這些分級標準無法在實際工程中指導技術(shù)人員采取有效措施防止?jié)B漏水病害的發(fā)生，同時對于日常維護工作也難以起到指導作用。在對項目滲漏水病害的主要成因進行分析后，結(jié)合建設地區(qū)當?shù)匾延兄卫斫?jīng)驗，本文對滲漏水分級進行了細化，以滲漏水病害的嚴重程度作為參考依據(jù)，同時也將圍巖分級方法納入到評價范圍內(nèi)，建立了適宜于該項目的分級方法。在該分級方法中，滲漏水病害被劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ這4個不同的等級，并建立起相應的評語集：

V=｛V1，V2，V3，V4，｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝.

3.3 確定模糊綜合評價的權(quán)隸屬函數(shù)

在開展模糊綜合評價時應當注意，指標之間具有一定的不可公度性，也就是說不同指標的度量單位并非統(tǒng)一，所以這也就導致在對比時往往較為困難。為了保障后續(xù)量化評價的可行性與合理性，在開展評價前，首先應明確所選指標群中各指標的計算隸屬度。因此，隸屬函數(shù)的建立也就直接影響著評價體系的可靠與否，同時也決定著評價結(jié)果與實際情況之間的擬合程度。一般而言，確定隸屬函數(shù)的方法比較多，譬如三分法、專家評分法、F統(tǒng)計方法等都是常用的方法。由于隧道滲漏水因素較多，所涉及到的樣本數(shù)量也比較龐大，若采用專家評分的方式很容易引發(fā)主觀誤差，同時也會降低工作效率，因此該研究選擇指派隸屬函數(shù)法來完成評價。各個因素能夠借助隸屬函數(shù)直接計算得到，而定性描述的因素也可以將其轉(zhuǎn)化為適當?shù)亩勘磉_，譬如對因素進行分級表達，按照相應的描述來取用對應的數(shù)值，并借助隸屬函數(shù)來確定隸屬度。

在具體的工程實踐中，隸屬函數(shù)一般難以直接通過公式求得，而是需要借助于實驗，所以隸屬函數(shù)不可避免地會存在一定的主觀性，且較為依賴實踐經(jīng)驗。除了可以基于統(tǒng)計結(jié)果中不同因素所對應的頻率來確定外，典型函數(shù)法也具有很好的應用效果。特別地，若論域可以借助實數(shù)閉區(qū)間進行表達時，隸屬函數(shù)就可以用模糊分布曲線來描述。由于隧道滲漏水影響因素較多，為了簡化計算過程，本文隸屬函數(shù)采用降半梯形分布，其函數(shù)形式為以下幾種形式：偏小型、中間型、偏大型如圖2所示。參數(shù)a、b、c由各臨界狀態(tài)的指標值確定。

圖2 隸屬函數(shù)形式

3.4 建立模糊綜合評價的權(quán)重集

基于上文對各影響因素權(quán)重判斷方法的論述，該研究應用層次分析法來確定具體權(quán)重取值。首先，需要按照二級模糊綜合評價結(jié)構(gòu)在不同指標間建立起關(guān)系。隨后，需要在各指標間兩兩寫出判斷矩陣。矩陣內(nèi)各元素取值可按照不同指標的相對重要性來確定，并應充分考慮項目環(huán)境因素，以此得到最終矩陣。

3.5 滲漏水病害的模糊綜合評價

對具體準則層的描述Uk=(1,2,…,5)，基于各元素的相對影響強度即可得到因素模糊向量Ak=(ak1,ak2,ak3,ak4)，將其代入到隸屬函數(shù)中整理獲得滲漏水等級V=(v1,v2,v3,v4)，進而就能夠得到：

Bk=Ak·Rk=(bk1,bk2,bk3,bk4)(k=1,2,…,5)，

式中:B表征準則層指標Uk對應的評價結(jié)果。

在確定完準則層5個不同指標的評價結(jié)果U1、U2、U3、U4、U5后，可按照其各自的重要程度分配不同的權(quán)重，進一步構(gòu)成模糊向量A=(a1,a2,a3,a4)，將Uk的評價結(jié)果Bk=(bk1,bk2,bk3,bk4)，看作單因素的評價矩陣，可以得到：

進而最終評價結(jié)果為：

這便是二級模糊評價的模型。該研究中借助最大隸屬度法來處理評價指標，即最大B值所對應的等級為公路隧道滲漏水評價結(jié)果的等級。

4 結(jié)語

a）由于公路隧道滲漏水病害的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，其本身具有一定的模糊性，因此本文通過采用模糊數(shù)學法對其進行評價，根據(jù)評價結(jié)果進行滲漏水病害等級劃分。

b）在滲漏水病害檢測與評價時，首先需要充分明確病害產(chǎn)生的原因及發(fā)展狀態(tài)，針對性地選擇相應的檢測方法。

c）將滲漏水影響因素劃分為5個不同的一級目標層，并進一步細化至準則層及指標層，然后對滲漏水病害進行二級模糊綜合評價，最后按照其各自權(quán)重形成量化的評價結(jié)果，可用于指導后續(xù)滲漏水病害的治理工作。