陳孝湘，李廣福，吳勤斌

(福建省電力勘測設計院，福建 福州 350003)

隨著城市化進程的加快，越來越多的電力隧道開始被應用到電網建設中。由于電力隧道設計使用年限較久，在隧道建成投運后，隨時間推移或周邊環(huán)境條件的變化，會出現(xiàn)影響隧道正常運行檢修乃至危及隧道結構安全的各類病害。

張瑛等人通過對上海電力隧道常見病害的調查，分析了該地區(qū)三種常見的隧道病害，并提出了相應的監(jiān)控指標。而據調查結果顯示，電力隧道投運后除了出現(xiàn)滲漏水、襯砌裂損、襯砌腐蝕之外，還會出現(xiàn)其他的病害類型。

結合現(xiàn)有研究成果，文章分析了福建省內已運營電力隧道的調查數據，對電力隧道可能出現(xiàn)的病害進行分類；并簡要剖析電力隧道病害的預防與治理思路，為相關工程的運營檢修、病害防治提供依據。

1 電力隧道常用工法

受敷設電壓等級及回路數影響，電力隧道截面幾何形狀和尺寸大小不一，但多以10.0m2凈面積的矩形、直墻拱形和圓形隧道為主，目前常用施工工法主要為明挖法、淺埋暗挖法、頂管法、盾構法等。

1.1 明挖隧道

明挖法是電力隧道在電力隧道施工中最基本、最常用的工法。明挖法在開挖深度小于7.0m、施工場地開闊的情況下具有工期短、淺埋時造價低的特點；但由于其開挖面積較大，使得其對周邊環(huán)境影響也較大。

為減小基坑開挖周邊土體的變形，需加大支護結構的剛度；為減小在城市道路下方修建隧道對路面交通的影響，將明挖法發(fā)展形成了蓋挖法，但無論如何，在埋深較大或周邊環(huán)境較為復雜的城市內逐漸失去優(yōu)勢。

1.2 淺埋暗挖法

淺埋暗挖法是基于新奧法發(fā)展而來的一種工法，采用不同開挖方法及時支護封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，并且采用信息化設計與施工。

由于淺埋暗挖法相對于明挖法具有對地表擾動小、路徑曲率靈活、斷面利用率高等顯著優(yōu)點，在硬土層、卵石地層的電力隧道建設中占據主導地位。然而，當周邊環(huán)境復雜或地下水位較高時，由于采取相應的輔助開挖工法，會使得隧道建設難度加大，同時也使得隧道造價增高。

1.3 頂管法

頂管技術是在不開挖地表的情況下，利用液千斤頂將管節(jié)從工作井在地下逐節(jié)頂進，直至頂管至接收井的地下管道敷設施工工藝。由于頂管無需進行地面開挖，因此不會阻礙交通，不會產生過大的噪聲和振動，對周邊環(huán)境影響也很小。

頂管法具有開挖面積小、施工便捷、在中小截面隧道建設中造價小等優(yōu)點被廣泛應用于沿海地區(qū)的電力隧道建設，但在大截面隧道、超小曲率半徑的隧道建設中還有很多技術瓶頸亟待突破。

1.4 盾構法

盾構是在軟巖和土體中進行隧道施工的專門機具，使用盾構機開挖的施工方法簡稱盾構法?，F(xiàn)代盾構集機、電、液、信息技術與一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能。盾構隧道已廣泛應用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道等工程，也逐步開始在電力隧道中推廣應用。

盾構施工主要由穩(wěn)定開挖面、掘進及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素。盾構法適用性廣，安全性高，適應性強，但單體造價較高，在中小截面隧道中應用的經濟效益較差。

2 電力隧道病害分類及其危害

電力隧道病害的出現(xiàn)可能是由于勘測設計誤差或施工質量欠缺等隧道建設自身問題的存在，也可能是受隧道所在地層條件變化等外在因素的影響，這些不利因素使得隧道結構上出現(xiàn)了各種影響隧道正常運營的病害。由于大規(guī)模建設時間較早，投運數量較多，公路、鐵路及市政部門已針對現(xiàn)有的隧道常見病害開展大量的研究，關寶樹 針對隧道中出現(xiàn)的各類病害，出版了隧道工程檢修的專著；陳志強等人利用相關原理對老營盤隧道的病害進行了調查研究，將現(xiàn)有的隧道病害診治技術應用到工程實踐中，取得了良好的效果。

但不同于公路、鐵路等以鉆爆法為主要施工工藝的巖石隧道，電力隧道多處于城區(qū)軟弱土層中，施工工藝復雜、周邊環(huán)境多變，從而使得投產后的隧道病害類型也可能與巖石隧道大相徑庭。隨著建設進程不斷加快、投運數量不斷增多，電力隧道的運營檢修也必須面對不斷增多的各類病害。

根據福州市和廈門市已建電力隧道的調查，并參考現(xiàn)有研究成果，電力隧道常見災害類型可分為：滲漏水(水害)、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、地震災害和隧道火災等六類。

2.1 結構滲漏水

由于城市多沿江或濱海而建，地下水位較高，電力隧道修筑在地下水位以下，故而結構滲漏水就成為了電力隧道的通病。

發(fā)生在電力隧道內的水害類型主要是滲漏水和涌水。隧道滲漏，按其發(fā)生的部位和流量可分為：隧道側壁或頂部有滲水、滴水、漏水成線和成股射水四種，頂管隧道管節(jié)接縫滲漏水見圖1。

圖1 頂管隧道管節(jié)接縫滲漏水

隧道滲漏按水源補給情況，又分為地下水補給和地表水補給兩種。地下水補給具有穩(wěn)定的地下水源，其流量四季變化不大；地表水補給，其流量隨地表水季節(jié)變化而變化。由于城市電力電纜隧道多處滲透地下水位以下，且周邊地層的滲透性較強，故多為穩(wěn)定地下水水源補給。

隧道水害對隧道結構穩(wěn)定、洞內電力設施、運營檢修安全、地面建筑及周邊水環(huán)境產生諸多不良影響，甚至可能會危及隧道功能的實現(xiàn)。

2.2 結構裂損

隧道結構是承受周邊地層壓力、防止土體變形坍塌的工程主體建筑物。地層壓力的大小，主要取決于工程地質條件和水文地質條件，同時也和結構施工方法及工程質量的好壞等因素有關。作用在隧道結構上的壓力主要為土壓力和水壓力，特殊性巖土地區(qū)的隧道還存在膨脹壓力和凍脹壓力。

結構裂損的原因可能是由于勘察階段對巖土體物理、力學參數取值有誤，造成襯砌承受大于設計承載能力的荷載而破壞；也可能是由于設計襯砌選型不當，抑或是施工質量出現(xiàn)問題導致的。明挖隧道頂板裂縫見圖2。

結構裂損可以分為橫向裂紋、縱向裂紋和斜向裂紋，三種裂紋成因各異，但隧道結構裂損均破壞了隧道結構的穩(wěn)定性，降低了結構的安全可靠性，其主要危害在于：

(1) 降低了襯砌結構的承載力；

(2) 使隧道凈空減小，危及電纜使用空間；

圖2 明挖隧道頂板裂縫

(3) 裂縫一般都伴生滲漏水，造成洞內設施銹蝕，在嚴寒地區(qū)還可能產生凍害；

(4) 影響電力隧道的正常運行，在運營條件下對裂損襯砌進行大修整治，施工與運營相互干擾，不僅施工效率低，而且施工風險也較大。

2.3 隧道凍害

隧道凍害是寒冷地區(qū)和嚴寒地區(qū)的隧道內水流和圍巖積水凍結，引起隧道內部結構掛冰、隧道內網線設備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、水溝冰塞、線路凍起等，這些病害不僅影響到構筑物的安全，也可能會影響到電纜的正常運行。

隧道凍害與所在地區(qū)氣溫(低于0℃或正負交替)直接相關，氣溫變化凍融交替是主因。隧道凍害會導致襯砌凍脹開裂，甚至疏松剝落，造成隧道結構的失穩(wěn)破壞，降低結構的安全可靠性。

2.4 襯砌腐蝕

由于電力隧道需埋置于土層中，土層的地質條件千變萬化，在腐蝕性環(huán)境中，地下水會沿著隧道結構的毛細孔、各類投料孔、變形縫及其他孔洞滲流到隧道內側，成為隧道滲漏水，對混凝土結構產生物理性或化學性的侵蝕作用，造成襯砌腐蝕。

隧道結構腐蝕的主要因素有：混凝土質量和水泥的品種，滲流到結構內部的環(huán)境水含侵蝕性介質的種類和濃度，環(huán)境的溫度和濕度等自然條件。

隧道襯砌腐蝕會使得混凝土變酥松，強度下降，降低隧道襯砌的承載能力，更會危及電纜支架等隧道附屬結構和設備的安全。

2.5 地震災害

地震是常見的自然災害之一，對建筑結構會產生毀滅性的作用，但是由于隧道及其他地下建筑物得震害遠不如地面建筑嚴重，因而人們對隧道抗震問題的重視程度也低于地面建筑物。

在2008年的汶川地震中，雖未有電力電纜隧道遭受地震災害影響的直接報道，但一些公路、鐵路隧道在地震中遭受了嚴重的破壞，出現(xiàn)了諸如則洞口被滑坡埋沒、洞門裂縫變形、襯砌裂損和剝落，而且一旦被震壞，修復相當困難。

由于震害后果較為嚴重，基于對城市生命線的電力隧道結構安全的考慮，必須重視并采取積極措施預防地震災害。

2.6 隧道火災

電力電纜隧道發(fā)生火災的主要原因多為電纜頭過熱燒穿絕緣或者長期負荷運行、受熱、受潮等原因使得絕緣層破壞引起火災，也可能由于接地故障電流引起火災。目前暫時未查詢到關于電纜燒壞引起的隧道火災事故。

電纜隧道的火災除了會造成電纜受損導致停電的施工外，還可能導致巡檢人員遇險、隧道結構受損等災害。

3 電力隧道病害防治

電力隧道的各種病害給電力線路的正常運營和安全都帶來了影響，有時影響十分嚴重。而且，病害整治和電纜保持送電之間的矛盾突出，病害整治干擾正常運營，而病害整治在空間、時間和施工條件都局限的條件下進行，困難重重。因此，對隧道病害在認識的基礎上，應以預防為主，必須在設計階段就要采取措施，防治病害發(fā)生；另一方面，對出現(xiàn)的病害須查清病害原因，采取合理的措施進行整治，提高隧道病害整治的工程質量和經濟效益。同時，還應反饋信息，改進和優(yōu)化新建電力電纜隧道的設計方法和施工工藝。

3.1 隧道病害的防治原則

隨著工程技術人員對隧道病害產生后果、病害機理認識的不斷深化以及對環(huán)保和運營檢修要求的不斷提高，對隧道病害防治原則的認識也不斷深化，趨于科學合理。隧道病害防治應堅持以“預防為主、重視監(jiān)測、及時治理”原則，將病害治理的難度和成本降至最低。

以隧道防水為例，國家標準《地下工程防水技術規(guī)程》GB50108提出：地下工程防水的設計和施工應遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”的原則，還提出地下工程的防水設計和施工必須符合環(huán)境保護的要求，并采取相應措施。

3.2 隧道病害的防治技術

較之20世紀國內各行業(yè)隧道建設和檢修的無序，現(xiàn)有的隧道病害防治技術進步顯著，特別表現(xiàn)在病害防治設計和施工趨于規(guī)范化，新材料和新技術不斷出現(xiàn)，使得隧道病害防治的技術手段也越來越豐富，但對于電力隧道病害的預防及其治理，應注意以下幾個方面的內容。

3.2.1 提高工程勘察深度

結構滲漏水、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、地震災害等，每一種病害的出現(xiàn)，均與隧道所在的工程地質條件和水文地質條件息息相關。隧道周邊的工程地質條件和水文地質條件的準確與否，決定了隧道設計方案是否科學合理，也在某種程度上決定了各類隧道病害出現(xiàn)的幾率。

工程地質勘察過程中，應嚴格按照規(guī)程規(guī)范要求對工程地質環(huán)境進行調查，并對每一個水文和土體的物理力學指標進行嚴格試驗和分析，同時還必須將試驗結果進行縱、橫向的對比，了解周邊地下環(huán)境的使用歷史和規(guī)劃情況，為工程設計提供準確無誤的輸入參數。

3.2.2 提高設計與施工質量

隧道病害的產生和發(fā)展，究其原因，是因為結構本體的承載和防護能力不能夠滿足周邊地質或環(huán)境要求而造成的。這一矛盾的產生，除了周邊地質環(huán)境或使用條件發(fā)生變化外，多是由于設計等級選擇不能與設計條件相符或是工法選擇不當、施工質量無法達到設計要求等建設過程因素導致。

為使隧道病害防治的設計和施工符合確保質量、技術先進、經濟合理、安全適用的要求，國家和鐵路、公路、市政等各行業(yè)部門都制定了相應的技術規(guī)范，規(guī)范隧道病害的設計與施工。電力隧道的設計和施工單位，應在滿足設計規(guī)程要求的范圍內合理選擇隧道建設的工法，從源頭上降低電力隧道各類病害的產生幾率。

3.2.3 重視病害監(jiān)測

隧道病害的產生大多是一個循序漸進的過程。在日常的運行檢修過程中，應當加強巡檢人員對隧道病害的辨別能力和數據采集能力，通過建立病害分類、制定監(jiān)測指標等工作，以盡早發(fā)現(xiàn)，及時治理，可減少隧道病害的治理工作量和工作難度，同時也可大大節(jié)約治理成本。

3.2.4 重視防治理論及防治技術研究

由于隧道病害類型較多，成因各異，影響因素十分復雜，系統(tǒng)理論地研究有一定困難，但是，理論和機理研究是隧道病害治理的基礎。以隧道襯砌滲漏水為例，不清楚隧道襯砌結構的滲漏成因及受其他條件影響的規(guī)律，設計則缺乏可靠性，因此加強對各類型隧道病害的產生機理、影響因素及影響規(guī)律的研究就顯得極其重要。

隨著材料科學的進步，許多新材料、新技術引入隧道病害防治，病害防治設計和施工有更多的選擇。以隧道的防水為例，許多新型的性能優(yōu)異的防水堵漏材料和柔性防水層今年來引入隧道防水。隧道病害的治理應積極響應并應積極開展對新材料和新技術的研究，豐富治理手段，提高治理技術。

應注意的是，電力電纜隧道的病害成因與市政、公路、鐵路隧道有所不同，病害成因及防治方法的研究應具有相應的針對性。

4 結論

本文通過對現(xiàn)有電力隧道運營現(xiàn)狀的調查及公路、鐵路隧道現(xiàn)有病害類型研究成果，以常用電力電纜隧道工法為基礎，分析可能存在的幾種結構病害類型、成因及其危害，同時也提出了隧道病害防治的一些基本原則，得出以下結論：

(1) 城市電力隧道結構病害的類型主要包括隧道滲漏水、襯砌裂損、凍脹災害、襯砌腐蝕、地震災害、隧道火災等6種。

(2) 電力隧道的病害治理應以預防為主，通過提高地質勘察精準度，提高設計和施工手段，降低病害出現(xiàn)的幾率。

(3) 隧道病害的治理應在分析病害成因基礎上，合理利用與隧道結構特點、功能及設防等級相一致的材料和技術。

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