李克儉 劉夏冰 翁建宏 周瑜

摘要：為評(píng)估富水區(qū)運(yùn)營(yíng)公路隧道的排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)，基于對(duì)廣東省多座高速公路隧道的調(diào)研，總結(jié)了公路隧道排水系統(tǒng)病害與淤堵物類型，提出了淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，研究結(jié)果主要表明：①隧道滲漏水病害在時(shí)間上與季節(jié)性降雨密切相關(guān)，在空間上與巖溶等不良地質(zhì)的分布緊密相連，排水系統(tǒng)淤堵導(dǎo)致的排水功能下降是隧道水害的重要原因；②公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵物類型分為淤泥、砂石、混凝土塊或異物、結(jié)晶物或結(jié)垢物，對(duì)淤堵狀態(tài)提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)為充盈程度、流動(dòng)狀態(tài)、渾濁程度、堆積程度；③基于對(duì)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)的劃分，提出了公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，并將其成功應(yīng)用于新屋隧道的排水系統(tǒng)整治工程中。研究成果可為公路隧道排水系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程；排水系統(tǒng)；滲漏水；淤堵物類型；淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TV21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）02-0097-09

Blockage Types and Status Evaluation of Drainage System in Highway Tunnels in Guangdong Province

LI Kejian¹，LIU Xiabing^2，3*，WENG Jianhong¹，ZHOU Yu^2，3

（1.Guangdong Provincial Government Repayment Highway Management Center，Guangzhou 510623，China; 2.Guangdong Hualu Traffic Technology Co.，Ltd.，Guangzhou 510420，China; 3.Guangdong Provincial Key Laboratory of Tunnel Safety and Emergency Support Technology & Equipment，Guangzhou 510420，China）

Abstract：In order to evaluate the blockage status of the drainage system in operational highway tunnels，this paper summarized the types of problems and blockage materials in highway tunnel drainage systems and proposed an evaluation method for blockage status based on investigations of several highway tunnels in Guangdong Province.The results primarily indicated the following：① The water leakage problems in tunnels were closely related to seasonal rainfall over time and were spatially connected to the distribution of unfavorable geological conditions such as karst.and the decline of drainage function caused by drainage system siltation was an important cause of tunnel water damage.② The types of blockage materials in the highway tunnel drainage system included silt，sand and gravel，concrete blocks or foreign matter，and crystallization or scale deposits.The proposed evaluation indicators for blockage status were as follows：filling degree，flow status，turbidity degree，and accumulation degree.③ Based on the priority division of evaluation indicators for blockage status， a blockage status evaluation method of highway tunnel drainage systems was proposed，and this method has been successfully applied to the drainage system remediation project of the Xinwu Tunnel.The research results can provide reference for the operation and maintenance of highway tunnel drainage systems.

Keywords：tunneling engineering;drainage system;leaking water;types of blockage materials;blockage status evaluation

目前，中國(guó)每年平均約有2 817 km的公路隧道進(jìn)入運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)期^［1］，部分隧道長(zhǎng)期處于復(fù)雜的地下水環(huán)境中，易產(chǎn)生因地下水誘發(fā)的隧道病害，這對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及正常行車安全造成了影響^［2］。現(xiàn)有研究表明^［2-3］，隧道排水系統(tǒng)淤堵類病害是造成隧道水害的主要原因之一。

研究人員對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道排水系統(tǒng)的病害及處治對(duì)策進(jìn)行初步研究：蔣雅君等^［3］將隧道排水系統(tǒng)的病害分為結(jié)構(gòu)性病害和功能性病害，提出了隧道病害分級(jí)方法；張素磊等^［4］在防水板與二襯間增設(shè)了排水板，提出可以有效降低襯砌背后水壓的復(fù)合式排水系統(tǒng)；馬文鎮(zhèn)等^［5］針對(duì)廣東某隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶淤堵病害，提出了相應(yīng)的處治措施；蔣雅君等^［6］借助塑料排水板的通水量試驗(yàn)研究了滲水量及隧道排水能力對(duì)襯砌承受水壓力的影響關(guān)系；吳江鵬等^［7］的研究表明，隧道排水系統(tǒng)失效對(duì)拱頂部位襯砌外水壓力影響較大；基于現(xiàn)有的排水管道檢查方法和設(shè)備調(diào)研結(jié)果，文獻(xiàn)［8］提出了采用管道機(jī)器人和內(nèi)窺鏡對(duì)隧道縱向排水盲管檢查的方法。然而，縱觀現(xiàn)有研究，目前對(duì)于公路隧道排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)的研究尚處于起步階段^［8-11］，針對(duì)隧道排水系統(tǒng)的淤堵物分類和淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法目前相關(guān)報(bào)道較少，有待進(jìn)一步研究和完善。

為完善公路隧道排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，首先，對(duì)廣東省部分運(yùn)營(yíng)高速公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵狀態(tài)進(jìn)行調(diào)研，其次，依據(jù)調(diào)研結(jié)果細(xì)化了公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵物類型，提出了相應(yīng)的淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，最后，結(jié)合工程實(shí)例開展了應(yīng)用研究。研究成果可為公路隧道的養(yǎng)護(hù)提供參考。

1 運(yùn)營(yíng)高速公路隧道水害調(diào)研分析

1.1 廣東高速公路隧道滲漏水病害情況

廣東是中國(guó)降雨最豐富的地區(qū)之一，粵東、粵西、粵北地區(qū)以山地和重丘地貌為主，局部區(qū)域?yàn)榭λ固氐孛?，地下水發(fā)育良好。隨著廣東省高速公路網(wǎng)的持續(xù)建設(shè)，大量公路隧道已在上述地區(qū)投入運(yùn)營(yíng)。以廣東省交通集團(tuán)有限公司所管理的高速公路線路為例，截至2022年底，累積運(yùn)營(yíng)隧道里程約800 km，運(yùn)營(yíng)線路共46條，其中，運(yùn)營(yíng)年限超過(guò)10 a的線路達(dá)20余條，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間和運(yùn)營(yíng)隧道里程的不斷增加，部分隧道的滲漏水問(wèn)題病害不斷，已經(jīng)成普遍性頑疾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2022年需要進(jìn)行處治的高速公路隧道滲漏水病害分布情況見圖1，表中隧道數(shù)量是按雙線統(tǒng)計(jì)的。

根據(jù)廣東地區(qū)1987—2008年降雨量統(tǒng)計(jì)^［12］，廣東省月平均降雨量分布見圖2。由圖2可知，廣東地區(qū)的降雨量主要發(fā)生在4—9月，其中，6月份的降雨量超過(guò)300 mm，而圖1中隧道滲漏水病害最嚴(yán)重的時(shí)段也是這一時(shí)期，可見，運(yùn)營(yíng)公路隧道滲漏水等病害的發(fā)生與降雨量存在必然聯(lián)系，這也表明，每年降雨量最豐富的4—9月份也是公路隧道排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)的重要時(shí)間段。

基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和所收集的資料，圖3整理了廣東省滲漏水隧道的大致分布。由圖3可知，廣東地區(qū)的高速公路隧道滲漏水分布廣泛，部分巖溶區(qū)的隧道滲漏水病害最為嚴(yán)重，主要原因有：公路隧道排水系統(tǒng)淤堵導(dǎo)致的滲漏水與地質(zhì)條件有密切關(guān)系，在巖溶區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)、斷裂帶等地下水存量較大的區(qū)域，公路隧道的水害現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。

1.2 典型的滲漏水病害隧道情況

廣東地區(qū)地質(zhì)分布情況復(fù)雜，其中，巖溶地貌與滲漏水隧道都主要集中在粵北地區(qū)，同時(shí)，由于降雨豐富，非巖溶地區(qū)的隧道也存在滲漏水病害。本節(jié)選取部分典型滲漏水病害隧道進(jìn)行簡(jiǎn)介。

1.2.1 媲雙坳隧道

京珠高速粵境北段媲雙坳隧道處于低山丘陵區(qū)，屬巖溶地貌及構(gòu)造剝蝕地貌，地下水主要為巖溶裂隙水。隨著該隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，多次發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，部分滲漏點(diǎn)呈現(xiàn)出噴射狀，見圖4，嚴(yán)重影響了高速公路隧道的正常運(yùn)營(yíng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道縱向排水管排水不暢，導(dǎo)致隧道排水能力不足，降雨量較大時(shí)地下水集中在襯砌背后，水壓升高導(dǎo)致地下水由隧道襯砌的防水薄弱部位滲出。

1.2.2 東溪山隧道

大潮高速東溪山隧道在建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期均出較嚴(yán)重的排水系統(tǒng)結(jié)晶現(xiàn)象，結(jié)晶物導(dǎo)致隧道的排水系統(tǒng)淤堵，影響了正常的排水功能，使得二次襯砌發(fā)生了表面浸滲、滲漏水等現(xiàn)象。

1.2.3 鵝步嶺隧道

陽(yáng)陽(yáng)高速公路鵝步嶺隧道的側(cè)式排水暗溝和路基橫向排水管存在淤泥和砂石沉積現(xiàn)象，造成了局部淤堵，影響了公路隧道排水系統(tǒng)的正常排水功能，導(dǎo)致隧道襯砌背后的水壓力增加，地下水通過(guò)襯砌的薄弱部位滲出（圖6）。

綜上，公路隧道滲漏水病害是地質(zhì)環(huán)境、氣候條件等因素共同作用的結(jié)果。隧道排水系統(tǒng)的功能缺失是造成隧道滲漏水的主要原因之一，淤堵則是導(dǎo)致排水系統(tǒng)功能缺失的主因，因此在運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)階段，合理分析公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵類型對(duì)養(yǎng)護(hù)措施的制定具有重要意義。

1.3 淤堵物質(zhì)類型

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵物一般為黏性物、非黏性物、其他雜質(zhì)等，主要類型包括淤泥、砂石、混凝土或異物、結(jié)晶物或結(jié)垢物等。

1.3.1 淤泥

淤泥一般沉積在隧道排水溝或排水管的底部，影響其正常的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入隧道排水系統(tǒng)后，地下水溶解或攜帶了細(xì)小的淤泥及其他雜質(zhì)顆粒，這些物質(zhì)在排水坡度小的位置容易產(chǎn)生堆積，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加而逐步造成排水系統(tǒng)的淤堵。圖7為某長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)隧道側(cè)式排水暗溝內(nèi)部堆積的淤泥?？紤]到淤泥的滲透系數(shù)較小，堆積部分不再具有過(guò)水能力，此時(shí)需要采取疏通措施來(lái)確保排水系統(tǒng)的正常功能。

1.3.2 砂石

砂石在隧道排水系統(tǒng)堆積的原理與淤泥堆積原理基本一致，但在成因上有所差別。粒徑較大的砂石可能由于地下水的裹挾或沖刷作用而進(jìn)入排水系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)?shù)叵滤牧鲃?dòng)速度低時(shí)，砂石易在水力坡度小的位置產(chǎn)生堆積，造成淤堵，影響其過(guò)水能力。圖8為公路隧道排水暗溝內(nèi)產(chǎn)生堆積的砂石，隨著時(shí)間的增加，砂石逐步沉積在排水暗溝底部，影響了地下水的流動(dòng)狀態(tài)。

1.3.3 混凝土塊或異物

混凝土塊造成的淤堵主要存在于設(shè)有側(cè)式排水暗溝或中央排水管（溝）的隧道，產(chǎn)生此類淤堵的原因主要有：在施工期間或養(yǎng)護(hù)作業(yè)期間，建筑垃圾、廢棄混凝土塊等殘留在隧道排水系統(tǒng)內(nèi)，或在運(yùn)營(yíng)期間由于車輛荷載作用導(dǎo)致排水暗溝混凝土蓋板垮塌。異物垃圾也是隨機(jī)分布在隧道排水系統(tǒng)內(nèi)，使得排水系統(tǒng)功能降低甚或堵塞，部分情況下還可能引發(fā)排水構(gòu)件的功能性風(fēng)險(xiǎn)。圖9為檢查發(fā)現(xiàn)某隧道排水暗溝蓋板垮塌造成排水系統(tǒng)上游產(chǎn)生淤堵的現(xiàn)象。

1.3.4 結(jié)垢物或結(jié)晶物

結(jié)垢物或結(jié)晶物指的是地下水流經(jīng)碳酸類巖層后溶解了部分鈣離子，進(jìn)入排水系統(tǒng)后在積水或淤堵位置產(chǎn)生CaCO₃、BaCO₃、MgCO₃、BaSO₄等沉淀物，隨著排水時(shí)間的增加，這些沉淀會(huì)逐步在排水管或排水溝內(nèi)壁凝結(jié)、硬化，形成結(jié)垢或結(jié)晶堵塞。結(jié)垢或結(jié)晶類淤堵對(duì)隧道排水系統(tǒng)功能的突出危害在于減少了隧道排水溝或排水管的過(guò)水面積，且隨著結(jié)晶物質(zhì)硬化程度的增加，清理難度也不斷增大^［13］。

2 公路隧道排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

2.1 淤堵狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于對(duì)第1節(jié)所述多座典型滲漏水病害隧道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，提出了四類指標(biāo)評(píng)價(jià)或描述公路隧道排水系統(tǒng)的排水構(gòu)件淤堵狀態(tài)。隧道排水構(gòu)件一般指的是組成公路隧道排水系統(tǒng)的排水管或排水溝，包括隧道縱向排水管、側(cè)式排水暗溝或中央排水管等組成構(gòu)件。

2.1.1 充盈程度U₁

充盈程度U₁定義為公路隧道排水系統(tǒng)內(nèi)部地下水的占比，由進(jìn)入隧道排水構(gòu)件的地下水體積與隧道排水構(gòu)件容積之比描述，見式（1）：

U₁=V_w/V ???（1）

式中 V_w——一定范圍內(nèi)進(jìn)入隧道排水構(gòu)件內(nèi)地下水體積；V——一定范圍內(nèi)隧道排水構(gòu)件內(nèi)部的總?cè)莘e。

目前，城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程（CJJ 181—2012）^［14］以“地下水位很低、地下水位常年超過(guò)管道”等語(yǔ)句定性描述排水管道的地下水位狀態(tài)，缺乏對(duì)其充盈程度的定量描述。根據(jù)對(duì)多條運(yùn)營(yíng)高速公路隧道排水暗溝的調(diào)研，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排水暗溝的充盈程度U₁值超過(guò)70%時(shí)，排水暗溝處于深度積水狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)地下水位常年超過(guò)管道時(shí)的狀態(tài)，當(dāng)充盈程度U₁值小于10%時(shí)，認(rèn)為排水暗溝處于“無(wú)水”狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)地下水位很低時(shí)的狀態(tài)；上述兩者的中間范圍參照文獻(xiàn)［14］的定性描述，按2個(gè)等級(jí)劃分，得到充盈程度劃分等級(jí)見表1。

2.1.2 流動(dòng)狀態(tài)U₂

當(dāng)?shù)叵滤M(jìn)入隧道排水系統(tǒng)后，需要對(duì)其流動(dòng)狀態(tài)U₂進(jìn)行判斷。將流動(dòng)狀態(tài)U₂定義為描述地下水在隧道排水構(gòu)件內(nèi)的流動(dòng)程度，根據(jù)流動(dòng)速度v判斷隧道排水系統(tǒng)中的物質(zhì)是否產(chǎn)生了沉積或堆積，進(jìn)而初步判斷排水構(gòu)件發(fā)生淤堵現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)。其中，流動(dòng)速度根據(jù)式（2）計(jì)算：

v=Q/A ???（2）

式中 Q——流量，m³；A——排水構(gòu)件的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m²。

根據(jù)隧道排水構(gòu)件內(nèi)地下水的流動(dòng)狀態(tài)可根據(jù)雷諾數(shù)Re判斷，雷諾數(shù)Re的計(jì)算見式（3）：

式中 υ——運(yùn)動(dòng)黏度；d——管徑或等效管徑。

工程中常用臨界雷諾數(shù)Re_c=2 000作為流態(tài)判定依據(jù)，即當(dāng)雷諾數(shù)Re<2 000時(shí)，可以認(rèn)為地下水處于層流狀態(tài)，即其流動(dòng)狀態(tài)較差，排水系統(tǒng)內(nèi)可能存在淤堵點(diǎn)；當(dāng)?shù)叵滤睦字Z數(shù)Re≥3 000時(shí)，地下水可按無(wú)黏性流體處理，認(rèn)為其流動(dòng)速度處于較快的流動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)?shù)叵滤睦字Z數(shù)2 000≤Re<3 000時(shí)，介于流動(dòng)狀態(tài)較差和快速流動(dòng)狀態(tài)之間。

根據(jù)公路隧道排水系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算得到的地下水雷諾數(shù)Re值，將隧道排水系統(tǒng)內(nèi)的地下水的流動(dòng)狀態(tài)U₂分為3個(gè)等級(jí)，見表2。由表2所示的流動(dòng)狀態(tài)等級(jí)，結(jié)合隧道排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等因素可以初步判斷排其淤堵程度。

2.1.3 渾濁程度U₃

隧道排水系統(tǒng)內(nèi)中地下水的渾濁程度U₃定義為地下水溶解細(xì)砂、淤泥等的總質(zhì)量與地下水體積之比。當(dāng)?shù)叵滤臏啙岢潭仍酱?，隧道排水?gòu)件產(chǎn)生堵塞或淤積的可能性越大，尤其是充盈程度U₁值較高時(shí)，結(jié)合對(duì)地下水渾濁程度U₃的描述，可以進(jìn)一步判斷隧道排水系統(tǒng)的淤堵風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)定義，渾濁程度U₃的計(jì)算見式（4）：

U₃=m_z/V_z（4）

式中 V_z——區(qū)段地下水總體積；m_z——區(qū)段地下水中溶解的顆?；螂s質(zhì)的總質(zhì)量。

式（4）的定義與水質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)中的渾濁度定義存在明顯區(qū)別，根據(jù)第2節(jié)中對(duì)多座公路隧道排水系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的調(diào)研結(jié)果，當(dāng)隧道排水暗溝內(nèi)有明顯淤堵時(shí)，地下水中溶解的雜質(zhì)一般較多，嚴(yán)重時(shí)超過(guò)甚至超過(guò)了地下水總質(zhì)量的50%，而當(dāng)排水暗溝無(wú)淤堵或淤堵狀態(tài)輕微時(shí)，地下水一般較為澄清，地下水中溶解物的占比一般小于10%，因此，根據(jù)上述調(diào)研結(jié)果，本節(jié)將公路隧道排水系統(tǒng)的地下水渾濁程度劃分為4個(gè)等級(jí)，中間等級(jí)則按20%的梯度劃分（表3）。

2.1.4 堆積程度U₄

當(dāng)公路隧道排水系統(tǒng)中含有淤堵物時(shí)，淤堵物的粒徑大小和堆積狀態(tài)均會(huì)影響隧道排水構(gòu)件的正常功能。根據(jù)淤堵物影響隧道排水構(gòu)件過(guò)水面積的程度，定義指標(biāo)U₄描述淤堵物的堆積程度。將隧道排水構(gòu)件的截面簡(jiǎn)化為圓形或正方形，將淤堵物簡(jiǎn)化為圓形顆粒，堆積模型見圖10。

隧道排水構(gòu)件的堆積程度U₄的計(jì)算見式（5）：

U₄=S_a/S ???（5）

式中 S_a——隧道排水構(gòu)件中計(jì)算節(jié)點(diǎn)淤堵物的堆積面積；S——隧道排水構(gòu)件的橫截面積。

伴隨著某個(gè)斷面淤堵質(zhì)堆積程度U₄的增加，隧道排水構(gòu)件的過(guò)水面積減少，其排水功能也不斷下降。參考文獻(xiàn)［15］對(duì)排水管道沉積物厚度的劃分方法，本節(jié)將堆積程度U₄大于50%時(shí)設(shè)為重度堆積，低于50%時(shí)視為非重度堆積，將非重度堆積按梯度10%遞增劃分4個(gè)堆積等級(jí)，結(jié)果見表4。

2.2 隧道排水構(gòu)件淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

本節(jié)從隧道排水構(gòu)件的充盈程度出發(fā)，建立隧道排水構(gòu)件的狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)層次見圖11。

公路隧道的排水構(gòu)件由多個(gè)獨(dú)立的排水構(gòu)件單元組成，因此，其淤堵狀態(tài)需要綜合n個(gè)獨(dú)立排水構(gòu)件單元的淤堵狀態(tài)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。以公路隧道側(cè)式排水暗溝為例，其排水構(gòu)件單元可根據(jù)檢查井的間距進(jìn)行劃分，檢查井的間距一般為50 m。

依據(jù)圖11所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)層次關(guān)系，可以計(jì)算單個(gè)獨(dú)立排水構(gòu)件單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子Δ_n：

式中 λ_{i（i=1，2，3，4）}——各項(xiàng)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)U_{j（j=1，2，3，4）}的權(quán)重因子，反映的是各項(xiàng)評(píng)價(jià)狀態(tài)指標(biāo)對(duì)隧道排水構(gòu)件功能影響的程度分布狀況。

根據(jù)圖11，當(dāng)充盈程度U₁較高時(shí)（U₁≥10%），其余3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先級(jí)依次分別為：堆積程度U₄、流動(dòng)狀態(tài)U₂、渾濁程度U₃。當(dāng)充盈程度判定為無(wú)水狀態(tài)時(shí)（U₁≤10%），此時(shí)隧道排水構(gòu)件的淤堵狀態(tài)由淤堵物的堆積程度U₄決定。

根據(jù)式（6），為評(píng)價(jià)整個(gè)隧道排水構(gòu)件的淤堵狀態(tài)，還需要確定排水構(gòu)件各項(xiàng)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重因子λ_{i（i=1，2，3，4）}，此處選用層次分析法計(jì)算各項(xiàng)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重因子^［16］，計(jì)算見式（7）—（9）：

式中 α_ij——要素i與要素j的重要性比較結(jié)果；CI——一致性指標(biāo)；λ——最大特征根；n——評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)（此處為n= 4）；當(dāng)CI越接近于0時(shí)，一致性越強(qiáng)；CI越大時(shí)，越不一致。CR——一致性比率；RI——隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)CR＜0.1 時(shí)可認(rèn)為非一致陣Z在容許范圍內(nèi)具有一定滿意度，其特征向量歸一化后可作為狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)在該位置對(duì)應(yīng)的權(quán)向量；否則，若CR≥0.1時(shí)，則應(yīng)調(diào)整α_ij后對(duì)非一致陣Z進(jìn)行重構(gòu)并驗(yàn)算。

當(dāng)充盈程度U₁≥10%時(shí)，采用式（7）—（9）的方法分別計(jì)算得到4個(gè)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重因子如下：λ_{i（i=1，2，3，4）}=（λ₁，λ₂，λ₃，λ₄）=（0.231，0.154，0.154，0.462）。

當(dāng)充盈程度U₁≤10%時(shí)，此時(shí)隧道排水構(gòu)件的淤堵狀態(tài)完全可以由淤堵物的堆積程度U₄決定，即其權(quán)重因子λ₄=1。將單個(gè)獨(dú)立排水構(gòu)件單元?jiǎng)澐譃閙個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，假設(shè)該排水構(gòu)件單元在節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b之間發(fā)生堆積，則淤堵物的存在影響了原有的過(guò)水面積，改變了水流與實(shí)體接觸截面的粗糙程度，因此，根據(jù)式（10）計(jì)算得到單個(gè)獨(dú)立排水構(gòu)件單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子Δ_n：

式中 U_4m——第m個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的堆積程度值。

根據(jù)式（6），當(dāng)堆積程度U₄≥0.5的計(jì)算節(jié)點(diǎn)超過(guò)3個(gè)時(shí)，此時(shí)可認(rèn)為該獨(dú)立排水構(gòu)件單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子應(yīng)根據(jù)這些計(jì)算節(jié)點(diǎn)確定。

根據(jù)文獻(xiàn)［15］對(duì)排水管道的功能性風(fēng)險(xiǎn)的5類分級(jí)，并參考JTG H12—2015《公路隧道排水養(yǎng)護(hù)規(guī)范》將隧道土建結(jié)構(gòu)等級(jí)劃分為5級(jí)，結(jié)合多年公路隧道排水系統(tǒng)淤堵治理經(jīng)驗(yàn)和本文第2節(jié)的調(diào)研結(jié)果，排水系統(tǒng)作為隧道的重要組成部分，其淤堵程度也應(yīng)相應(yīng)劃分為5個(gè)等級(jí)。綜上，根據(jù)式（6）—（10）可以計(jì)算得到單個(gè)獨(dú)立排水構(gòu)件單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子，以狀態(tài)評(píng)價(jià)因子值的10%為分級(jí)梯度，最終得到的劃分結(jié)果見表5。

3 工程實(shí)例評(píng)價(jià)

3.1 新屋隧道水害概況

廣東潮漳高速公路新屋隧道為左、右線分離布設(shè)，左線隧道長(zhǎng)度為764 m，最大埋深約95.6 m；右線隧道長(zhǎng)度為794 m，最大埋深約90.2 m。新屋隧道穿過(guò)丘陵地貌區(qū)，地形起伏大，最大相對(duì)高差約125 m。隧址區(qū)地層巖性為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土、燕山二期花崗巖及其風(fēng)化層。該隧道于2017年底通車，隨著隧道運(yùn)營(yíng)年限的增加，在日常養(yǎng)護(hù)中發(fā)現(xiàn)，新屋隧道兩側(cè)的排水暗溝內(nèi)存在不同程度的淤堵現(xiàn)象。

3.2 排水系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

采用提出的淤堵物分類及淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，選取新屋隧道左線ZK1080+660至ZK1080+860段為研究對(duì)象，采用高清潛望鏡進(jìn)行初步檢查，結(jié)果見圖12，依據(jù)檢查結(jié)果對(duì)該區(qū)段排水暗溝的淤堵情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

將該隧道排水暗溝的檢查區(qū)段劃分為4個(gè)獨(dú)立排水單元，依據(jù)檢查結(jié)果計(jì)算每個(gè)獨(dú)立排水單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)式（6）得到各獨(dú)立排水單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子結(jié)果見表6。

根據(jù)表6的結(jié)果，依據(jù)層次分析法的權(quán)重因子計(jì)算結(jié)果，得到4個(gè)獨(dú)立排水單元的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子分別為0.24、0.25、0.23、0.23，計(jì)算得到整個(gè)區(qū)段的狀態(tài)評(píng)價(jià)因子Δ_n=0.237 5，根據(jù)表5的劃分，即新屋隧道排水系統(tǒng)的淤堵程度為II級(jí)，與專家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的評(píng)定結(jié)果一致，也表明前文提出的公路隧道排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法較為可靠。

3.3 淤堵物整治效果

基于對(duì)新屋隧道排水單元狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，決定采用高壓射水法對(duì)該隧道的排水暗溝進(jìn)行清洗，最終清洗效果見圖13，所提出的淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法得到了較好的工程應(yīng)用。

4 結(jié)論

a）公路隧道滲漏水病害是地質(zhì)環(huán)境、氣候條件等因素的綜合作用的結(jié)果，在時(shí)間上與季節(jié)性降雨關(guān)系密切，在空間上和巖溶等不良地質(zhì)的分布有關(guān)，排水系統(tǒng)淤堵或破損導(dǎo)致的排水功能下降是造成公路隧道滲漏水的主要原因之一。

b）廣東高速公路隧道排水系統(tǒng)的淤堵物可以分為淤泥、砂石、混凝土塊或異物、結(jié)晶物或結(jié)垢物，提出公路隧道排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即：充盈程度、流動(dòng)狀態(tài)、渾濁程度、堆積程度，并針對(duì)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)提出了淤堵狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法。

c）采用提出的評(píng)價(jià)方法評(píng)定潮漳高速新屋隧道排水系統(tǒng)淤堵程度為II級(jí)，提出公路隧道排水構(gòu)件淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果與專家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到的評(píng)定結(jié)果一致，提出的排水系統(tǒng)淤堵狀態(tài)評(píng)價(jià)方法在新屋隧道得到了較好的工程應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：高天揚(yáng)）