丁遠(yuǎn)見，張朝暉，鄭洪波

(1.中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，天津 300133;2.廣東大鵬液化天然氣有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著沿海城市的發(fā)展，跨?；A(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目日益增多，大量的石油、燃?xì)狻⒐┧透邏弘娎|等管線需要穿江越海，而通過修建隧道來敷設(shè)這些管線，對管線的施工安裝、安全運(yùn)營、維修養(yǎng)護(hù)都不失為一種較好的方案。因此，近年來越來越多的管線隧道投入運(yùn)營或陸續(xù)上馬，隧道的結(jié)構(gòu)安全和工況性能是確保管線運(yùn)營安全的基本前提和首要條件。

由于海底管線隧道位于海底以下，其建設(shè)施工不同于常規(guī)的山嶺和地下隧道，加上所敷設(shè)的管線對隧道本體的要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的公路和市政交通隧道，因此，除了在隧道建設(shè)過程中所采取的設(shè)計施工措施外，有必要定期對隧道進(jìn)行全面、系統(tǒng)、專業(yè)的檢測，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對隧道結(jié)構(gòu)的整體性能和功能狀況作出分析鑒定，對隧道的安全性和耐久性進(jìn)行全面評估，并根據(jù)檢測評估結(jié)論及時對隧道進(jìn)行維修整治處理，從而確保隧道安全并延長其使用壽命。

對于公路隧道、鐵路隧道［1］、地鐵隧道［2］等以交通目的為主的山嶺或地下隧道，目前國內(nèi)外的檢測案例較多，相應(yīng)的檢測指標(biāo)、檢測方法及檢測規(guī)范也均已基本成熟，如JTG H12—2003《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》［3］等。但對海底隧道，尤其是海底管線隧道，由于其大多為新建工程，且專業(yè)性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域特殊，相關(guān)研究及文獻(xiàn)資料鮮有報道，實(shí)際檢測案例也不多見。本文在充分吸收國內(nèi)外類似工程研究成果的基礎(chǔ)上，研究建立一套適合海底管線隧道特點(diǎn)的運(yùn)營檢測體系，并給出應(yīng)用案例，以期為同類工程提供借鑒參考。

1 建立檢測體系需考慮的因素

1.1 影響海底隧道結(jié)構(gòu)安全的潛在因素

1)隧道修建過程中遺留下來的質(zhì)量缺陷，如壁后空洞、防水或襯砌質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、環(huán)片錯位開裂、混凝土強(qiáng)度不足、結(jié)構(gòu)露筋、螺栓材質(zhì)低劣或連接不夠牢固等。

2)在隧道建成以后，由于潮汐作用造成的海水位頻繁變化、土體沖刷位移和周圍地質(zhì)條件變遷等都可能會造成隧道外部受力條件發(fā)生改變。

3)隧道滲漏水病害，尤其是由于海水介質(zhì)的特點(diǎn)會加劇既有滲漏點(diǎn)的滲漏量和滲漏面的蔓延惡化。

4)航道疏浚、沉船、拋錨和地震等外界因素。

1.2 海底隧道的水文地質(zhì)環(huán)境

由于海底管線隧道處在海平面以下，長期受海水侵泡或被富含海水介質(zhì)的土體所包覆，海水對鋼筋的腐蝕性很強(qiáng)，尤其是在干式運(yùn)營隧道內(nèi)，隧道長期處在富含氯離子的干濕交融空氣環(huán)境中，其對混凝土中的鋼筋以及管片螺栓的腐蝕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的山嶺隧道和地下隧道。長期的混凝土碳化和鋼筋氯蝕可能導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)劣化，進(jìn)而造成隧道拱頂沉降和斷面收斂［4］。

根據(jù)對國內(nèi)近些年來已建成投用海底隧道的調(diào)查了解，無論隧道結(jié)構(gòu)本身還是其中敷設(shè)的管線，其腐蝕速率和腐蝕強(qiáng)度都非常嚴(yán)重。如2006年投入使用的深圳某海底管線隧道，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)其管片螺栓基本都已銹蝕，排水鋼管早已腐蝕成空殼廢渣狀，水泵平均每2年要更換一次，電纜橋架大面積腐蝕脫落，實(shí)景圖片如圖1和圖2所示。

1.3 管線對海底隧道的特殊要求

不同類型的管線由于其壓力、材質(zhì)及所輸送流體介質(zhì)屬性的不同，對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、沉降變形限值和滲漏水等都會有不同的要求。如高壓燃?xì)夤軐λ淼赖某两底冃畏浅Ｃ舾?，而高壓電纜對隧道滲漏水和空氣質(zhì)量要求會很嚴(yán)格。因此對隧道結(jié)構(gòu)提出了不同的安全環(huán)境要求。

1.4 海底隧道的運(yùn)營條件和使用工況

海底管線隧道在建成投入使用以后一般分為干式運(yùn)營和注水封閉運(yùn)營2種形式。干式運(yùn)營可能會經(jīng)常有人進(jìn)去檢查檢修，而注水封閉運(yùn)營的隧道其檢測難度、檢測成本和檢測周期都會大大高于干式運(yùn)營的隧道。因此在制定檢測體系時要考慮隧道的運(yùn)營形式和使用工況。

圖1 某海底隧道螺栓及橋架實(shí)景Fig.1 Picture of bolts and cable trays in a subsea tunnel

圖2 某海底隧道排水管實(shí)景Fig.2 Picture of water pipes in a subsea tunnel

2 檢測體系內(nèi)容

結(jié)合海底管線隧道的結(jié)構(gòu)特征、周邊環(huán)境、運(yùn)營工況和管線類別，海底管線隧道的運(yùn)營檢測體系應(yīng)包括檢測分類、檢測頻率、檢測內(nèi)容及方法手段和技術(shù)狀態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

2.1 檢測分類

參照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，海底管線隧道的檢測也可分為日常檢查、定期檢測、特別檢測和專項(xiàng)檢測4類。

2.1.1 日常檢查

日常檢查是對隧道管廊和豎井結(jié)構(gòu)的外觀狀況進(jìn)行的日常巡視性檢查。通過日常檢查可發(fā)現(xiàn)早期破損、顯著病害或其他異常情況，并制定對策措施。

日常檢查應(yīng)當(dāng)場填寫“隧道日常檢查記錄表”，詳實(shí)記錄檢查項(xiàng)目的破損類型、滲漏水情況、估計破損范圍和程度，對異常情況做出判定分類，并提出相應(yīng)的整治措施。

2.1.2 定期檢測

定期檢測是按照規(guī)定周期對隧道土建結(jié)構(gòu)和機(jī)電附屬設(shè)施的基本技術(shù)狀況進(jìn)行檢查。通過定期檢查，應(yīng)系統(tǒng)掌握隧道的基本技術(shù)狀況，評定其功能狀態(tài)，為制定維修養(yǎng)護(hù)工作計劃提供依據(jù)。

定期檢測應(yīng)依次檢查各個關(guān)鍵部位，注意發(fā)現(xiàn)異常情況和原有異常情況的發(fā)展變化，并在適當(dāng)位置做出標(biāo)記。檢查結(jié)果盡可能量化，并匯總形成全面系統(tǒng)的定期檢測報告，在報告中要對隧道本體及附屬設(shè)施的技術(shù)狀況和功能狀態(tài)做出評價，應(yīng)評判是否需要對隧道進(jìn)行特別檢測或?qū)ｍ?xiàng)檢測，并提出維修養(yǎng)護(hù)和整治的措施建議。

2.1.3 特別檢測

特別檢測是在隧道遭遇地震、海嘯等自然災(zāi)害、發(fā)生海水倒灌等異常事件后，對遭受影響的結(jié)構(gòu)和部位立即進(jìn)行的詳細(xì)檢查。通過特別檢測，及時掌握隧道受損情況，為采取對策措施提供依據(jù)。

檢查結(jié)果的記錄可與定期檢測相同。檢測完成后應(yīng)提交特別檢測報告，總結(jié)檢測內(nèi)容和結(jié)果，評估異常事件的影響，制定合理的對策措施。

2.1.4 專項(xiàng)檢測

專項(xiàng)檢測是根據(jù)定期檢測和特別檢測的結(jié)果，或者通過其他途徑，判斷需要進(jìn)一步查明某些破損或病害的詳細(xì)情況而進(jìn)行的更深入的專門檢測。檢測的項(xiàng)目、內(nèi)容及其要求，應(yīng)根據(jù)定期檢測或特別檢測的結(jié)果有針對性地確定。

通過專項(xiàng)檢測，應(yīng)完整掌握破損或病害的詳細(xì)資料，為其是否實(shí)施整治以及采取何種整治措施等提供技術(shù)依據(jù)。提交的專項(xiàng)檢測報告除應(yīng)包括定期報告的內(nèi)容外，還應(yīng)對所出現(xiàn)異常情況或病害的成因、范圍、程度進(jìn)行綜合分析，并提出詳細(xì)的維修整治對策、技術(shù)以及費(fèi)用預(yù)算等建議。

2.2 檢測頻率

海底管線隧道的檢測頻率宜按表1規(guī)定實(shí)施。

表1 海底管線隧道檢測頻率Table 1 Testing frequency of subsea utility tunnel

2.3 檢測內(nèi)容與方法

基于海底管線隧道的特殊性，應(yīng)通過關(guān)注隧道的整體功能、結(jié)構(gòu)安全、耐久性能來對隧道結(jié)構(gòu)的服役性能進(jìn)行檢測評價［5］，具體應(yīng)包括隧道表觀檢查、結(jié)構(gòu)沉降變形、滲漏情況、混凝土強(qiáng)度、壁后空洞、淤泥或水體腐蝕性和機(jī)電附屬設(shè)施共7個方面的內(nèi)容，相應(yīng)的檢測方法可采用目測、量測、儀器和化學(xué)分析等各種手段，目前國內(nèi)外這方面的檢測手段和設(shè)備都已比較成熟，應(yīng)用時應(yīng)結(jié)合所檢測隧道的規(guī)模、檢測類別擇優(yōu)選用。各檢測項(xiàng)目的具體檢查內(nèi)容、用途意義、檢測手段及適用類別詳見表2。

表2 檢測項(xiàng)目的工作內(nèi)容及方法Table 2 Testing items and testing methods

2.4 技術(shù)狀態(tài)評定

在對隧道結(jié)構(gòu)破損程度、破損發(fā)展趨勢、滲漏水情況、壁后空洞、腐蝕性和機(jī)電附屬設(shè)施的整體性能狀況等方面的檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，通過分項(xiàng)和綜合評分計算，利用評分結(jié)果評價隧道的整體技術(shù)狀態(tài)，按表3的規(guī)定從優(yōu)到劣劃分成5類。

表3 隧道整體技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Criteria for assessment on overall technical conditions of tunnel

技術(shù)狀態(tài)評定各分項(xiàng)的權(quán)重宜按表4取值，也可結(jié)合隧道的環(huán)境條件和管線要求，采用專家評估法修訂各分項(xiàng)權(quán)重值。各分項(xiàng)的具體評分辦法可參照《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》擬定。

表4 隧道各分項(xiàng)權(quán)重表Table 4 Weight values of different indices of tunnel

3 應(yīng)用案例

深圳前灣隧道為我國第一條專門用于敷設(shè)管線的跨海隧道，位于深圳市南山區(qū)媽灣大道與大鏟島之間，隧道內(nèi)徑2.44 m，總長1 448 m(其中1 076 m為盾構(gòu)法施工、372 m為礦山法+盾構(gòu)管片空拼)，兩端各有1座豎井。隧道內(nèi)敷設(shè)了1根φ 610高壓液化天然氣管和1根DN600供水管以及少量的電信光纜。隧道干式運(yùn)營至今已8年，但尚未進(jìn)行過全面系統(tǒng)的專業(yè)檢測。建設(shè)單位要求在注水運(yùn)行前對隧道進(jìn)行一次定期檢測，以評估隧道的安全性能和使用工況，并視檢測結(jié)果對隧道進(jìn)行維修整治處理。

運(yùn)用前述的檢測體系對整個隧道進(jìn)行了全面的定期檢測，部分檢測數(shù)據(jù)詳見表5和表6。

表5 隧道壁后空洞檢測結(jié)果Table 5 Testing results of voids behind tunnel lining

表6 隧道污泥的酸堿性及腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Testing results of acid，alkali and corrosion resistance of sludges in tunnel

檢測發(fā)現(xiàn)，該隧道的整體外觀及結(jié)構(gòu)性能現(xiàn)狀良好，無明顯的沉降變形和破損露筋現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度保持較好，滿足設(shè)計要求。但也發(fā)現(xiàn)了一些問題:

1)管片螺栓銹蝕嚴(yán)重，其中螺桿尾端銹蝕率80%、螺母銹蝕率92.3%、墊片銹蝕率99.5%，部分銹蝕嚴(yán)重的螺栓已出現(xiàn)松動和滲漏水情況。

2)隧道滲漏水較嚴(yán)重，局部管段已超出二級設(shè)計防水標(biāo)準(zhǔn)。共發(fā)現(xiàn)明顯的滲漏點(diǎn)114處，每天總漏水量達(dá)82 m3。

3)隧道壁后空洞較為明顯。共檢測出環(huán)片壁后空洞59處，空洞長度范圍為0.2～6.5 m，深度范圍為0.25～1.3 m。漏水越嚴(yán)重的地方空洞越嚴(yán)重，漏水點(diǎn)與環(huán)片壁后空洞呈正相關(guān)關(guān)系。

綜合判定該隧道技術(shù)狀態(tài)為4類，屬于存在重大隱患的隧道，且病害惡化蔓延趨勢較為明顯，亟需整治處理。根據(jù)檢測報告提供的技術(shù)整治建議，建設(shè)單位組織力量進(jìn)行了技術(shù)維修整治施工，重點(diǎn)開展了壁后空洞注漿回填、堵漏止水、螺栓除銹刷漆及手孔封堵等工作。修復(fù)后的隧道整體性能良好，經(jīng)再次檢測各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了1類水平，已滿足隧道注水運(yùn)行和管線安全運(yùn)營的要求。

4 結(jié)論與建議

1)本文針對海底管線隧道制定的運(yùn)營檢測體系，充分考慮了隧道的整體功能性、結(jié)構(gòu)安全性、構(gòu)建耐久性，對檢測分類、檢測頻率、檢測內(nèi)容、檢測方法和判定標(biāo)準(zhǔn)作出了具體規(guī)定。工程實(shí)踐案例證明，這套檢測體系是合理可行的，符合工程實(shí)際需要。

2)該檢測體系在實(shí)際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)隧道的具體情況，適當(dāng)調(diào)整檢測內(nèi)容，靈活使用先進(jìn)的檢測設(shè)備和手段，以使檢測結(jié)論更全面更準(zhǔn)確。

3)應(yīng)盡快著手制定海底管線隧道運(yùn)營檢測的規(guī)范規(guī)程，可在充分借鑒公路隧道、鐵路隧道、地鐵區(qū)間隧道等領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)范成果基礎(chǔ)上，結(jié)合海底隧道的特點(diǎn)和管線屬性要求制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使其更有針對性和適用性。

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