朱鐵環(huán)，安永林，岳 健

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

0 引言

一直以來，突涌水與滲漏水等水害問題嚴(yán)重困擾著隧道行業(yè)的發(fā)展，引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-4]；即便是在科技發(fā)達(dá)的當(dāng)今世界，隧道水害事故也層出不窮。例如，2021年7月20日，在極端降雨的影響下，鄭州市京廣快速路北隧道被淹，導(dǎo)致 6 人死亡。在漫長(zhǎng)的服役期內(nèi)，與非水下隧道相比，城市水下隧道由于來水源源不斷，水害防治更為困難，有必要研究合理的水害防治策略。

在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展背景下，制定服役期城市水下隧道的水害防治策略時(shí)，在以下幾個(gè)方面應(yīng)給予特別關(guān)注。

(1)全球氣候變化愈加異常。將來極端降雨與極端干旱等極端天氣可能會(huì)越來越頻繁地出現(xiàn)，在城市水下隧道漫長(zhǎng)的服役期內(nèi)，遇到極端天氣的概率較大。

(2)“海綿城市”與“韌性城市”的發(fā)展理念逐步推廣。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的城市環(huán)境問題，“海綿城市”與“韌性城市”的理念被提出并且逐步推廣，但目前在地方具體執(zhí)行上還存在一系列問題。

(3)信息技術(shù)更新速度加快。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在城市水下隧道的水害防治中充分利用先進(jìn)的信息化手段已是大勢(shì)所趨。

本文針對(duì)城市水下隧道這一類特殊隧道，結(jié)合氣候變化愈加異常、“海綿城市”與“韌性城市”的發(fā)展理念逐步推廣、信息技術(shù)更新速度加快等新時(shí)代特征，主要研究隧道服役期的水害防治問題，得出了一系列有效的水害防治策略，這對(duì)于實(shí)際開展隧道水害防治工作具有重要的參考價(jià)值。

1 隧道水害防治存在的問題

目前，在隧道水害防治工作中，存在各種各樣的問題。本文主要從宏觀策略的角度展開分析，認(rèn)為在隧道的水害防治工作中，容易出現(xiàn)以下問題。

隧道施工單位與運(yùn)營(yíng)管理單位往往不是同一家單位，如果只考慮各自單位的利益，總想著撇清自己的責(zé)任，就會(huì)割裂施工期的水害防治與服役期的水害防治，這不利于水害的整體防治。

過去，一些隧道在進(jìn)行防排水設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有想到現(xiàn)今全球氣候變化竟然如此異常，有些防排水設(shè)施可能無(wú)法滿足極端天氣的要求，而對(duì)這些防排水設(shè)施進(jìn)行改造也困難重重。

有些隧道不習(xí)慣將“海綿城市”與“韌性城市”的發(fā)展理念應(yīng)用到水害防治工作中；只注重洞內(nèi)水害的防治，而不關(guān)心洞外環(huán)境的治理，這樣就容易忽略水害的根源；治理水害時(shí)不能全面考慮其他類型災(zāi)害對(duì)水害的影響。

有些隧道本著“能拖就拖”的思想，不愿意應(yīng)用信息化手段更新水害防治技術(shù)，不肯在信息化改造中投入經(jīng)費(fèi)，這就容易導(dǎo)致有限的人力物力用不對(duì)地方或用不對(duì)時(shí)機(jī)，從而導(dǎo)致治水低效甚至無(wú)效。

2 隧道水害防治的策略

針對(duì)上述問題，通過深入調(diào)研近些年來發(fā)生的多起隧道水害案例，研究得出了服役期城市水下隧道的一系列水害防治策略，可供實(shí)際工程參考利用。

2.1 統(tǒng)籌防治施工期水害與服役期水害

隧道水害是一個(gè)貫穿施工期與服役期的長(zhǎng)期性問題，宜適當(dāng)加大施工期的水害防治力度，盡量不把水害隱患留到服役期，這能明顯減輕服役期的水害防治壓力。隧道水害具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，有些水害在施工期間孕育但并沒有暴露，隨著時(shí)間推移，在服役期間才會(huì)逐漸擴(kuò)展、顯現(xiàn)直至造成嚴(yán)重危害。一般情況下，施工期治理水害比服役期治理水害具備更便利的工作條件，付出的代價(jià)也相對(duì)較低，因?yàn)槭┕て谑窍戎卫砗盟螅偈┳饕r砌，這樣就不用破壞襯砌；而服役期要想徹底治理水害，很多情況下要破壞掉襯砌。例如，某隧道位于巖溶地區(qū)，施工期間恰巧干旱少雨，隧道開挖后滲水量較小，在這種表面現(xiàn)象的影響下，施工期間對(duì)不良巖溶地質(zhì)的處理力度不夠，這樣做在施工期間并沒有發(fā)生突涌水事故；但隧道僅僅在服役半年后，強(qiáng)降雨影響疊加上原有不良巖溶的影響，導(dǎo)致隧道洞內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的突涌水，花費(fèi)了大量的人力物力才把突涌水治理好[5]。相比非水下隧道，城市水下隧道水害的時(shí)間效應(yīng)更為顯著，因?yàn)橐环矫嫠滤淼赖膩硭丛床粩啵硪环矫娉鞘形廴局率箒硭兴?、堿、鹽等各種侵蝕性物質(zhì)，隧道的防水注漿體、防水混凝土、防水卷材在長(zhǎng)期被水浸泡與侵蝕下會(huì)逐漸失效，導(dǎo)致隧道的某些區(qū)段雖然在施工期間并沒有漏水，在服役期間卻漏水嚴(yán)重，而且堵了又漏。因此，宜適當(dāng)加大施工期的水害防治力度，在施作上述各種防水設(shè)施時(shí)應(yīng)確保施工質(zhì)量，盡可能提高其耐久性，盡量不把水害隱患留到服役期，否則在服役期治理水害會(huì)非常麻煩。

隧道的運(yùn)營(yíng)管理單位應(yīng)與施工單位加強(qiáng)合作，有效銜接施工期與服役期的水害防治工作。例如，隧道運(yùn)營(yíng)管理單位可以利用建筑信息模型(BIM)，主導(dǎo)建立從施工期延續(xù)到服役期的水害防治信息系統(tǒng)；雖然受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平與經(jīng)費(fèi)限制，有些情況下施工單位并沒有完全根除水害隱患，但最起碼可以把水害的地質(zhì)資料、孕育部位、表現(xiàn)形式、滲漏原因、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、已做的處理工作以及施工細(xì)節(jié)等寶貴信息輸入模型中，方便隧道運(yùn)營(yíng)管理單位日后查看，以確定隧道維修養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，在水害暴露時(shí)不破壞襯砌結(jié)構(gòu)就能快速找到出水的根源，從而對(duì)癥下藥，對(duì)水害進(jìn)行有效治理。

2.2 統(tǒng)籌防治常規(guī)天氣水害與極端天氣水害

極端降雨未來可能會(huì)越來越頻繁地發(fā)生，隧道管理部門應(yīng)在防治常規(guī)天氣水害的基礎(chǔ)上，提前制定好應(yīng)對(duì)極端降雨水害的系統(tǒng)性防治措施。2021年7月20日，鄭州市降下極端暴雨，京廣快速路北隧道附近的降雨量曾一度達(dá)到隧道排水泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的 3 倍，周圍大量澇水快速涌入地勢(shì)較低的隧道，隧道內(nèi)積水無(wú)法及時(shí)排走而迅速增長(zhǎng)漫延；隧道也沒有及時(shí)封閉，沒有及時(shí)阻止人車進(jìn)入隧道，隧道內(nèi)人員也未能及時(shí)逃出，造成 6 人死亡[6]。這一事故提醒有關(guān)部門應(yīng)該提前制定好城市水下隧道的極端降雨水害防治措施，因?yàn)槌鞘兴滤淼啦粌H要防止洞外雨水涌入隧道，還要防止隧道上方的江河水涌入隧道。隧道內(nèi)要配備足夠的水災(zāi)救援設(shè)備，例如救生衣、救生船、潛水裝備等，并放在專用空間由專人妥善保管。在常規(guī)天氣時(shí)，應(yīng)適時(shí)在隧道內(nèi)進(jìn)行極端降雨情況下的逃生及救援模擬演練，達(dá)到屆時(shí)能夠不慌不亂應(yīng)對(duì)極端降雨引發(fā)水災(zāi)的目的。在城市水下隧道服役期間，因?yàn)樗淼朗冀K處于江河之下，即便是常規(guī)天氣，隧道也極有可能發(fā)生滲漏水，在長(zhǎng)時(shí)間抽排這類滲漏水后，既有排水設(shè)施性能會(huì)隨著時(shí)間推移而劣化?？紤]到這一點(diǎn)，再預(yù)估當(dāng)年發(fā)生極端降雨的強(qiáng)度，重新驗(yàn)算隧道的排水管尺寸、排水池容積、排水泵性能等是否能應(yīng)對(duì)極端降雨；如果不能，應(yīng)在極端降雨來臨前對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行維修或更換；如果排水設(shè)施難以改造，就要提前確定關(guān)閉隧道的合適時(shí)機(jī)。

對(duì)于城市水下隧道而言，確定極端降雨情況下關(guān)閉隧道的合適時(shí)機(jī)并不是一件容易的事情。因?yàn)槌鞘兴滤淼揽v向一般為“下凹型”設(shè)計(jì)，在洞口看不見隧道內(nèi)部是否積水，等到人車進(jìn)入隧道較長(zhǎng)距離后才發(fā)現(xiàn)隧道積水快速漫延，此時(shí)逃生將困難重重，因此，關(guān)閉隧道不能太晚；但城市水下隧道往往又是穿越江河的交通要道甚至是必經(jīng)之路，如果關(guān)閉隧道太早，并不利于整個(gè)城市的內(nèi)澇救援，例如，醫(yī)院救護(hù)車改道而行會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。隧道管理部門可主導(dǎo)建立統(tǒng)籌防治常規(guī)天氣水害與極端天氣水害的一體化信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)內(nèi)可及時(shí)輸入確定關(guān)閉隧道時(shí)機(jī)所需的各種參數(shù)，例如天氣變化情況、江河水位上漲速度、隧道內(nèi)漏水積水?dāng)U展速度、排水設(shè)施如排水泵的運(yùn)行狀況等；土木工程、交通工程、水利工程、氣象工程、控制工程等多個(gè)領(lǐng)域的專家雖然分散在各地，但可以基于信息系統(tǒng)提供的信息及時(shí)在線會(huì)診，從而快速確定關(guān)閉隧道的合適時(shí)機(jī)，并且能夠通過信息系統(tǒng)及時(shí)對(duì)公眾發(fā)布信息，盡早阻止市民進(jìn)入積水隧道。

2.3 統(tǒng)籌規(guī)劃隧道水害防治與城市環(huán)境治理

2.3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃隧道水害防治與周圍污染治理

城市水下隧道的水環(huán)境如圖1所示。盡管城市水下隧道設(shè)計(jì)有多道防水措施，但因?yàn)樵诔鞘兄校滤淼劳痪用駞^(qū)或工業(yè)區(qū)包圍，其水環(huán)境易受污染。滲過圍巖到達(dá)隧道防水結(jié)構(gòu)背后的江河水與地下水經(jīng)常會(huì)攜帶酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)，在這些腐蝕性物質(zhì)的長(zhǎng)時(shí)間侵蝕下，防水結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸失效而導(dǎo)致隧道漏水?？梢姡私y(tǒng)籌規(guī)劃水下隧道本身的水害防治與隧道周圍的水污染治理。

圖1 城市水下隧道的水環(huán)境

2.3.2 將隧道水害防治納入城市整體發(fā)展中統(tǒng)籌規(guī)劃

例如，瀏陽(yáng)河公路隧道位于長(zhǎng)沙市內(nèi)的湘江與瀏陽(yáng)河的交匯處附近，隧道下穿著名的瀏陽(yáng)河，隧道上方風(fēng)景優(yōu)美，隧道周圍還有很多重要的建筑物；對(duì)于源自江河水與地下水的隧道漏水，如果采取“以排為主”的方式治理，時(shí)間一長(zhǎng)，容易使隧道周圍水土流失或地面沉陷，這顯然會(huì)破壞周圍的風(fēng)景，不利于城市整體發(fā)展；除了極端降雨等特殊情況，一般應(yīng)采取“以防為主”的方式治理隧道漏水，隧道的防水板要全環(huán)封閉，二次襯砌也要全環(huán)封閉，并在二次襯砌背后預(yù)留注漿管，以便隧道發(fā)生漏水時(shí)可以隨時(shí)注漿堵水，也可以在襯砌表面安裝止水鋼板，盡量減少水土流失。

2.3.3 采用“海綿城市”的理念對(duì)水下隧道的周圍環(huán)境進(jìn)行建設(shè)與維護(hù)

建議采用“海綿城市”的理念對(duì)水下隧道的周圍環(huán)境進(jìn)行建設(shè)與維護(hù)，可以減輕水下隧道的水害防治壓力。例如，可在隧道周圍施作滲透塘、植被緩沖帶等“海綿設(shè)施”，這些“海綿設(shè)施”在雨天可以減緩地表徑流速度或削減峰值流量，與洞口的雨水泵房共同作用把雨水?dāng)r截在洞外，從而減輕洞內(nèi)排水設(shè)備的負(fù)擔(dān)(極端暴雨會(huì)另行考慮)；周圍的“海綿設(shè)施”也可以有效利用隧道滲水，例如，可以利用處理后的隧道滲水澆灌地面的花草樹木。洞內(nèi)洞外協(xié)同治水，才能徹底治理隧道水害。

2.3.4建議采用“韌性城市”的理念選擇水下隧道的水害防治措施

目前，人們居住的城市越來越繁華，但城市中的災(zāi)害誘發(fā)因素也逐漸增多，包括城市水下隧道在內(nèi)的整個(gè)城市系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)環(huán)境變化、承受災(zāi)害沖擊、災(zāi)后快速修復(fù)的能力。在城市水下隧道的漫長(zhǎng)服役期內(nèi)，隧道水害可能與襯砌開裂掉塊、車輛猛烈撞擊、爆炸、火災(zāi)、地震等多種災(zāi)害耦合作用，這種情況下單純治理水害并不能徹底根治水害，需要多種災(zāi)害協(xié)同治理，選擇的水害防治措施應(yīng)具有足夠的“韌性”，例如，可在襯砌背后預(yù)留可維護(hù)的注漿管。城市水下隧道的周圍環(huán)境變化會(huì)影響隧道的水害防治效果，甚至?xí)l(fā)災(zāi)害。例如，隧道上方的江河過度采砂而破壞圍巖，再遇上洞內(nèi)車輛不慎撞擊襯砌結(jié)構(gòu)等狀況，若干種風(fēng)險(xiǎn)耦合有可能導(dǎo)致江河水突涌進(jìn)入洞內(nèi)進(jìn)一步倒灌淹沒周圍城區(qū)。宜建立城市水下隧道環(huán)境變化信息系統(tǒng)，通過信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋河床沖刷及淤積情況，隧道周圍地下空間的開發(fā)情況，隧道周圍環(huán)境的水生態(tài)、水污染、水資源、水災(zāi)害的發(fā)展變化及對(duì)隧道的影響狀況等信息，從而為適時(shí)更新隧道水害防治措施提供重要參考。

2.4 在水害防治中充分利用先進(jìn)的信息化手段

(1)在水害防治規(guī)劃中，應(yīng)充分引入先進(jìn)的信息化理念，建立并應(yīng)用合適的信息模型。例如，上述提到的從施工期延續(xù)到服役期的水害防治信息系統(tǒng)、統(tǒng)籌防治常規(guī)天氣水害與極端天氣水害的一體化信息系統(tǒng)、城市水下隧道環(huán)境變化信息系統(tǒng)都是值得嘗試的信息模型。

(2)在確定水害防治措施時(shí)，應(yīng)充分利用先進(jìn)的信息化技術(shù)。例如，某隧道下穿水庫(kù)時(shí)，右洞發(fā)生坍塌透水，大量泥水由右洞通過橫通道涌入左洞，導(dǎo)致在左洞作業(yè)的多人未能及時(shí)撤離而溺亡。引起事故的原因有多個(gè)，筆者認(rèn)為其中一個(gè)事故原因是水害防治技術(shù)的信息化程度不夠，在通訊信號(hào)不佳的情況下，右洞發(fā)生坍塌透水時(shí)，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情的工作人員不能及時(shí)將險(xiǎn)情信息傳遞給左洞的工人[7]。對(duì)于城市水下隧道，無(wú)論是在施工期還是在服役期，都存在發(fā)生類似突涌水事故的風(fēng)險(xiǎn)，建議在洞內(nèi)設(shè)置足夠數(shù)量的自動(dòng)報(bào)警設(shè)備，不留信息聯(lián)通的盲區(qū)；在洞內(nèi)合適位置宜設(shè)置可以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制關(guān)閉的防淹門；將先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與智能化技術(shù)融入先進(jìn)的信息化技術(shù)中。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)城市水下隧道，結(jié)合氣候變化愈加異常、“海綿城市”與“韌性城市”的發(fā)展理念逐步推廣、信息技術(shù)更新速度加快等新時(shí)代特征，主要從宏觀角度分析在隧道服役期水害防治中存在的問題，研究得出了一系列有效的水害防治策略：建議統(tǒng)籌防治施工期水害與服役期水害,統(tǒng)籌防治常規(guī)天氣水害與極端天氣水害,統(tǒng)籌規(guī)劃隧道水害防治與城市環(huán)境治理；建議在水害防治中充分利用先進(jìn)的信息化手段，建立并應(yīng)用合適的信息模型，以確保水害防治工作的及時(shí)性、高效性以及精確性。應(yīng)用這些策略可以提高城市水下隧道的水害防治效果，對(duì)其他類型隧道也有較好的參考價(jià)值。