根據(jù)我國公路隧道目前的養(yǎng)護現(xiàn)狀及需求,將預防性養(yǎng)護思想引入運營公路隧道養(yǎng)護中。根據(jù)對預防性養(yǎng)護特點的分析,提出對隧道預防性養(yǎng)護的理解,闡述隧道預防性養(yǎng)護的顯著特征。技術性特征方面,根據(jù)對隧道性能產(chǎn)生影響的不同,對隧道養(yǎng)護措施進行分類;經(jīng)濟性特征方面,將經(jīng)濟性分析方法以及評價指標應用于隧道預防性養(yǎng)護工作,為推動隧道養(yǎng)護科學的發(fā)展提供參考和借鑒。
公路隧道; 預防性養(yǎng)護 ; 技術性; 經(jīng)濟性
U457.4A
鐵路與公路鐵路與公路
[定稿日期]2023-03-07
[作者簡介]陶磊(1993—),男,碩士,工程師,研究方向為隧道檢測及養(yǎng)護。
0" 引言
截至2021年底,我國大陸地區(qū)公路隧道已超過2.3萬處,總長超過2.4萬km,我國公路隧道發(fā)展已進入建設與養(yǎng)護并重階段[1-2]。隨著大體量的隧道投入運營,以及公路隧道土建結(jié)構(gòu)病害顯現(xiàn)且進入高發(fā)階段,傳統(tǒng)養(yǎng)護已不滿足隧道現(xiàn)代化養(yǎng)護需求,預防性養(yǎng)護理念逐漸被重視[3]。
受地下結(jié)構(gòu)的特殊性、運營環(huán)境的復雜性以及“重建輕養(yǎng)”思想[4]的影響,隧道預防性養(yǎng)護相關研究進展緩慢,研究成果較少。盛湧等[5]基于四川省公路隧道現(xiàn)狀對隧道預防性養(yǎng)護內(nèi)容進行了探討。蔣雅君等[6-7]基于全壽命周期理論,對預防性養(yǎng)護理念下的隧道性能、養(yǎng)護成本、養(yǎng)護管理的綜合體系進行了分析,以及對隧道預防性養(yǎng)護的經(jīng)濟性評價方法開展了討論;韓興博等[8]以劣化可靠度為基礎對隧道預防性養(yǎng)護決策展開研究,構(gòu)建了決策框架;王平讓等[9]將風險理念與預防性養(yǎng)護結(jié)合,建立了以風險把控為核心的公路隧道預防性養(yǎng)護管理模型。
綜合目前研究現(xiàn)狀,本文將預防性養(yǎng)護的先進理念引入運營公路隧道養(yǎng)護中,對預防性養(yǎng)護在公路隧道養(yǎng)護中應用的部分問題展開基礎性探討,為推動運營公路隧道預防性養(yǎng)護的研究提供參考和借鑒。
1" 隧道預防性養(yǎng)護
1.1" 我國公路隧道養(yǎng)護現(xiàn)狀
我國目前公路隧道的養(yǎng)護水平遠遠不能滿足實際養(yǎng)護需求,傳統(tǒng)養(yǎng)護主要以“治”為主,矯正性養(yǎng)護為主要養(yǎng)護手段,其特點:
(1)哪里出現(xiàn)問題先維修處理哪里,缺乏預見性和全局性,是一種被動的養(yǎng)護行為。
(2)如果維修不及時,病害可能會進一步發(fā)展,造成更大程度損壞而形成惡性循環(huán)。
(3)往往需要投入大量資金,但也未必能取得滿意效果。
1.2" 預防性養(yǎng)護理念與特點
路面預防性養(yǎng)護在工程實踐中已得到大量應用,并取得一定效益,其定義為:在路面狀況良好的情況下,采取的對現(xiàn)有道路系統(tǒng)進行有計劃的、基于費用-效益的養(yǎng)護策略[10]。其效果如圖1所示:在病害發(fā)展初期采用路面預防性養(yǎng)護措施后,路面狀況對道路使用年限的敏感度明顯降低,以及與在路面狀況較差時采取的養(yǎng)護措施相比,路面狀況良好時采用預防性養(yǎng)護措施費用大大降低。
由此可見預防性養(yǎng)護特點:
(1)主動養(yǎng)護行為,預防性養(yǎng)護以維持結(jié)構(gòu)物使用功能良好狀態(tài)為目的,在結(jié)構(gòu)狀況良好時,即采取適當養(yǎng)護措施。
(2)養(yǎng)護技術體系,預防性養(yǎng)護技術由多種預防性養(yǎng)護措施系統(tǒng)性組合使用所構(gòu)成,這些養(yǎng)護措施具有延緩結(jié)構(gòu)物性能劣化速率、延長結(jié)構(gòu)使用壽命的特點。
(3)經(jīng)濟性養(yǎng)護,對結(jié)構(gòu)物實施預防性養(yǎng)護,以降低運營階段養(yǎng)護成本以及提高結(jié)構(gòu)物經(jīng)濟價值和實用價值為目的。
1.3" 對隧道預防性養(yǎng)護的理解
根據(jù)現(xiàn)階段公路隧道養(yǎng)護現(xiàn)狀,結(jié)合到預防性養(yǎng)護的基本理念與特點,本文認為隧道預防性養(yǎng)護對隧道狀況敏感,是在隧道狀況良好的情況下且時機恰當時實施的主動養(yǎng)護。技術性和經(jīng)濟性是隧道預防性養(yǎng)護的兩個顯著特征。
(1)技術性方面,隧道預防性養(yǎng)護為一種養(yǎng)護策略,是具體預防性養(yǎng)護措施的系統(tǒng)性組合。
(2)經(jīng)濟性方面,隧道預防性養(yǎng)護為一種經(jīng)濟性行為,以降低運營期養(yǎng)護成本、提高經(jīng)濟效益為目標。
本文則從技術性和經(jīng)濟性兩個顯著特征入手,對運營公路隧道預防性養(yǎng)護所涉及的部分基礎問題展開研究。
2" 技術性
2.1" 維修養(yǎng)護措施
根據(jù)對結(jié)構(gòu)性能影響的不同,維修養(yǎng)護措施常分為三類,如表1所示。三者之間的區(qū)別如圖2所示:采取日常養(yǎng)護措施,結(jié)構(gòu)在t2時刻達到正常使用壽命;在t1時刻采取預防性養(yǎng)護措施,改變了結(jié)構(gòu)的劣化速率,在未提高結(jié)構(gòu)性能的情況下延緩了結(jié)構(gòu)性能的衰減,延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命,結(jié)構(gòu)在t4時刻達到使用壽命;在t3時刻采取加固處治,提高了結(jié)構(gòu)性能而未改變劣化速率,延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命,結(jié)構(gòu)在t5時刻達到使用壽命。
2.2" 運營公路隧道養(yǎng)護措施分類
根據(jù)維修養(yǎng)護措施對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的不同效果對運營隧道養(yǎng)護措施進行分類和定義,并對公路隧道常見的養(yǎng)護措施分類,如表2所示。
加固處治措施襯砌背后、內(nèi)部注漿,鑿槽嵌拱、增設鋼拱,套拱,錨桿加固,圍巖注漿,灌漿錨固,隧底加固,更換襯砌等(1)隧道日常養(yǎng)護措施。設計期內(nèi)就考慮,且計劃內(nèi)進行的日常維護。其主要特征是不會改變結(jié)構(gòu)的性能。
(2)隧道預防性養(yǎng)護措施。對隧道的結(jié)構(gòu)病害采取工程措施,延緩結(jié)構(gòu)性能的衰減,從而延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。其主要特征通過相應工程措施來延緩結(jié)構(gòu)性能的衰減。
(3)隧道加固處治措施。以恢復隧道結(jié)構(gòu)安全性、耐久性以及使用功能為目的,對隧道的圍巖、結(jié)構(gòu)病害采取工程措施,從而延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。其主要特征通過相應工程措施來提高結(jié)構(gòu)性能。
3" 經(jīng)濟性
運營階段是項目投入使用并產(chǎn)生效益的階段,在該階段對隧道進行預防性養(yǎng)護,實際上是一種以提高項目的經(jīng)濟價值和實用價值為目的的繼續(xù)投資,因此養(yǎng)護行為的經(jīng)濟性成為了決策者重要的參考指標。
鐵路與公路陶磊,吳耀宗,鄧剛,等: 運營公路隧道預防性養(yǎng)護初步探討
3.1" 經(jīng)濟性分析方法
基礎設施養(yǎng)護作為常見的公共項目,需要消耗社會資源,隧道預防性養(yǎng)護作為養(yǎng)護行為的一種,也需要通過必要的工程經(jīng)濟分析進行方案選擇。效益—費用分析法[13]是公共項目經(jīng)濟分析方主要采用方法。其將項目的費用和效益統(tǒng)一成貨幣形式,通過折現(xiàn)的效益和費用的量值大小來評價項目計劃和投資的資源配置效率性。該方法核心是界定項目的費用和效益。
養(yǎng)護機構(gòu)進行隧道預防性養(yǎng)護,存在養(yǎng)護措施成本以及必要的檢測成本和相應的管理成本所構(gòu)成的機構(gòu)成本,存在具體養(yǎng)護行為會對社會政治以及生態(tài)環(huán)境造成影響而具有相應的社會成本,存在因養(yǎng)護行為導致隧道功能不完善或功能喪失而造成額外損失的用戶成本。機構(gòu)成本屬于間接成本,其較為具體直觀,易統(tǒng)計量化。社會成本和用戶成本是由于養(yǎng)護行為自身原因所造成的其他方面損失,屬于間接成本,一般難以具體統(tǒng)計量化[14]。
實施預防性養(yǎng)護,延緩了結(jié)構(gòu)劣化速率,延長了隧道使用壽命,直接降低了運營期養(yǎng)護成本,間接增加了運營收益,提高了隧道的經(jīng)濟價值和實用價值。隧道預防性養(yǎng)護費用和效益界定如表3所示。
3.2" 經(jīng)濟評價指標
根據(jù)性質(zhì)的不同,工程投資方案的評價指標可大致分為時間型指標、價值型指標以及效率型指標,具體分類如圖3所示。時間型指標是以時間為尺度來反映項目的經(jīng)濟效益;價值型指標,具有相同的評價尺度,只是代表的時間不同;效率型指標主要反映項目的資金使用效率和項目的盈利能力水平。這三類指標從不同角度反映了項目資金的經(jīng)濟性,為較全面地反映項目的經(jīng)濟性,
在應用效益-費用分析法對預防性養(yǎng)護方案進行對比評價時,常以保證運營期收益最大或成本最低為實施目標,一般選用基于現(xiàn)值的價值型和效率型指標[7],常用經(jīng)濟評價指標如表4所示。
4" 結(jié)語
將預防性養(yǎng)護的先進理念引入運營公路隧道養(yǎng)護工作中,隧道預防性養(yǎng)護為主動養(yǎng)護,技術上為系統(tǒng)性的養(yǎng)護策略、經(jīng)濟上為注重經(jīng)濟性的養(yǎng)護模式。根據(jù)對隧道性能影響的不同對隧道養(yǎng)護措施進行分類,為日常養(yǎng)護措施、預防性養(yǎng)護措施、加固處治措施。將效益-費用分析法以及凈現(xiàn)值、費用年值、效益-費用比、凈現(xiàn)值率4個經(jīng)濟評價指標引入隧道預防性工作中,對隧道預防性養(yǎng)護費用和效益進行界定。相應研究為隧道養(yǎng)護工作開拓了思路,并提供了參考與借鑒。
參考文獻
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