沉管隧道运维技术发展现状综述

为促进沉管隧道运维技术发展,通过文献调研、现场调查与数据挖掘等方法,系统梳理了沉管隧道的国内外概况、运营与病损情况、检测与评估技术、病害预防及处治等方面的技术成果。以沉管隧道用途、管节长度与埋置水深等关键信息为基础,阐释了其国内外发展概况;简述了沉管隧道运营现状,并重点对沉管隧道接头、主体结构、附属结构与设施的常见病损特征进行了数据挖掘;对隧道检测、监测与评估技术进行了对照剖析,阐述了目前国内外检测与评估技术的进步与不足;从前期预防与后期处治的双角度,阐述了沉管隧道的不均匀沉降、裂缝与渗漏水等常见病害的预防与处治;并从沉管隧道运维信息的角度,对其运维技术的发展趋势进行了展望。结果表明：沉管隧道建设已取得丰硕成果,但仍存在诸多运维技术难题;在役沉管隧道出现了过大(差异)沉降、裂缝、渗漏水等病损,其中管节不均匀沉降最为常见;沉管隧道检测仍以结构检测对象和传统周期性检测方法为主;沉管隧道评估诊断多侧重于沉降量控制标准的角度,考虑多因素综合角度的服役性能评估尚处于空白阶段;沉管隧道常见病害应坚持建设期预防和运营期处治双管齐下的对策。未来,沉管隧道运维将向运营环境全要素拓展,并更注重实时自动化监测技术、大数据智能评估技术与基于状态的养护策略等新技术。     

沉管隧道沥青路面服役现状及病害分析

为解决我国沉管隧道沥青路面实践经验缺乏等问题，以文献查阅、交流问询、实地观察和现场检测相结合的方式，对港珠澳大桥海底隧道、韩国釜山海底隧道等国内外12座沉管隧道沥青路面服役现状进行调研，对病害原因进行分析。结果表明： 1）沉管隧道沥青路面车辙病害并不突出，路面最低温度比区域自然环境最低气温高约6 ℃，最高温度与区域自然环境最高气温相当，服役温度通常不超过40 ℃； 2）裂缝是沉管隧道沥青路面最为典型的病害之一，沉管隧道管节和节段接缝处是沥青路面受力的薄弱环节，易开裂破损； 3）存在路面平整度较差、抗滑性能衰减突出、隧道口易形成坑槽病害等问题； 4）对于新建沉管隧道，宜根据隧道结构条件、环境条件和交通条件进行力学分析，对节段和管节接缝处沥青路面进行细部设计； 5）对于沉管隧道上面层沥青混合料，宜采用较大公称粒径的SMA以及耐磨性能更优的集料； 6）对于隧道口上面层沥青混合料，应具有良好的抗水侵害能力。     

运营铁路隧道病害检测、监测、评估及整治技术发展现状

铁路隧道病害具有一定的发展过程，如何在隧道病害进一步恶化之前采用相关仪器设备进行有效检测和实时监测，并进行定量化的科学评估，是铁路隧道检测、监测和评估领域面临的问题与考验。通过在铁路隧道运营维护领域的多年探索和积累，总结当前运营铁路隧道检测、监测、评估及整治技术的发展现状，对运营铁路隧道的日常运维养修具有重要的参考意义。首先，通过对铁路隧道病害进行普查和调研，对运营期铁路隧道病害进行梳理；然后，利用由验收检测、周期检测、日常检测、重点监测构成的运营铁路隧道检测、监测体系，及时掌握运营铁路隧道的运营状态；此外，基于运营铁路隧道状态评估方法，实现隧道建筑物劣化状态的快速评定；最后，通过对铁路隧道病害类型的归纳和原因分析，总结出一套适用于运营铁路隧道的病害整治技术体系。     

贵州省公路隧道常见病害调查与成因分析

以2018年贵州5条高速公路隧道土建结构定期检测结果为基础,对各类病害进行频率统计,结合规范中各类病害在评分中的权重W_i,并引入各类病害的养护关注系数J_i,分析养护单位对各类病害的关注程度,为贵州省公路隧道病害处治提供依据,提高养护的针对性;结合地质、水文、气候等资料及各类病害的养护关注系数J_i,分析病害的成因主要包括工程地质、水文地质、施工工艺和人为因素等。     

交通隧道智能巡检系统分析方法与应用研究

为了高效率解决交通隧道巡检维护中人员响应速度慢，消息滞后，应急调度不及时等问题，通过分析交通隧道实际运维中出现的各类事故和灾害，建立了交通隧道事故和灾害预警模型，并据此提出了交通隧道智能巡检解决方案。该方案可实现隧道的火灾监测、交通预警和危化品泄漏处置等智慧运维巡检功能，提高交通隧道养护维修的效率以及管理水平的精细化程度。     

橡化沥青非固化材料在沉管隧道堵漏中的应用

由于沉管隧道不同于盾构隧道，因此采用常用隧道结构渗漏封堵材料封堵沉管隧道的渗漏，效果并不是很理想。为提高沉管隧道养护施工堵漏的质量，通过外环线沉管隧道采用橡化沥青非固化防水材料试验应用，介绍了该材料的施工工序和应用效果，以供同行参考。     

沉管结构预制阶段裂缝控制参数影响分析

混凝土沉管隧道在越江和跨海工程中得到了较广的应用,预制方法从传统的干坞法预制发展为工厂法预制。沉管隧道的混凝土管节在工厂化预制阶段容易因温度梯度、收缩以及约束等原因出现危害性裂缝,影响沉管结构的正常使用和长期耐久性。采用数值仿真和试验研究相结合的方法,基于水化度方法建立了混凝土材料模型,综合考虑混凝土温度变形、自收缩和徐变等时变体积变形以及热-力学边界条件;针对沉管工厂化预制的各个阶段,对配合比、入模温度、养护环境温度、模板、拆模时间、养护时间以及保温养护措施等参数进行了对比分析;在温度场和应力场计算结果基础上,以开裂风险指数为主要判断依据,得到了沉管在预制过程中裂缝控制的关键影响因素。研究结果表明:工厂化预制沉管隧道混凝土管节的入模温度和养护温度是沉管结构预制各阶段的关键裂缝控制影响因素,两者之间的关系对沉管结构的裂缝控制有直接影响,入模温度较高时,可以通过提高养护温度来保证沉管开裂风险指数大于1.4。在冬季时,养护温度的提高使沉管有较好的保温效果,进而降低内外温差和开裂风险;但在夏季还需注意控制其内部最高温度。最后开展足尺节段温控试验,提出入模温度和养护温度的控制措施,并通过温度监测得到较高环境温度下的温度控制指标,以指导工厂化混凝土沉管预制阶段裂缝控制。     

大坂山高寒隧道病害检测与状态评定

根据青海省国道227线大坂山高寒隧道病害类型、分布等特征,设计隧道病害检测方案,并进行病害检查和检测。在专项病害检测结果的基础上,深入分析隧道运营条件、工程地质、水文地质及气候特征,进行病害成因分析和隧道运营状态评定,并给出隧道养护和处治建议。为类似隧道工程病害检测和状态评定工作提供借鉴。     

劣化可靠度下的隧道衬砌结构预防性养护决策

现阶段中国隧道工程已经由建设阶段转向了建养并重阶段，科学养护已成为一个重要课题。为了提出科学合理的隧道衬砌结构养护策略，首先通过病害统计，考虑隧道特点与功能要求构建三层次的隧道系统失效模式；针对底层的4种失效模式（隧道极限承载、收敛变形、开裂、渗水），建立判断其失效与否的极限状态方程；采用理论近似方法，实现劣化可靠度的计算；考虑相关性给出隧道系统可靠度计算的实用方法；随后，基于风险最优给出详细的隧道预防性养护决策过程，构建隧道预防性养护的决策框架；最后，通过算例，依照所提出的框架对隧道养护决策中"何时维护、何处维护、何项目维护"的问题给出了解答。研究结果发现：结合隧道病害统计以及隧道结构的安全性、稳定性、耐久性功能需求可以选用隧道极限承载、收敛变形、开裂以及渗水4种模式代表隧道结构最底层的失效模式；"隧道系统-隧道区段-具体功能"三层次的失效表达能合理定义隧道系统的可靠状态；通过劣化可靠度可以考虑参数的不确定性，并为预防性养护决策提供具体指标；随着服役时长的增加，4种底层模式的可靠性均发生劣化，并且抗弯承载能力的均值和方差均随时间减少，在运营中开裂渗水为最易发生的病害。研究方法以及研究成果可为隧道衬砌结构预防性养护决策提供支持。     

甘肃公路隧道病害主要类型及养护对策研究

分析4年来甘肃600余km公路隧道技术状况评定结果,统计发现结构破损及渗水是隧道最主要的病害类型,应重点关注并长期投入防治;隧道结构变形病害主要分布在黄土和泥岩或二元复合结构等软弱围岩地层中,经过多年处治后,病害数量明显减少但尚未根除,需及时开展专项治理;隧道运营5年以后病害数量明显增多,应重点开展运营5年内的隧道预防性养护。经过统计专项检查结果,湿陷性黄土、泥质岩等软弱围岩在水的作用下发生性能劣化,叠加一定程度的质量缺陷是产生病害的主要原因。针对隧道病害特点,提出加强预防性养护、结构变形及渗水病害专项处治、加强隧道薄弱环节设计、配备隧道养护专业化设施设备等养护建议,结合隧道典型案例,对养护效果情况进行了介绍。最后提出应重点围绕交通影响较小的检测维修技术与实施模式、隧道检查信息化和数字化建设开展相关探索。研究成果可对公路隧道病害防治提供借鉴参考。     

运营公路隧道排水系统病害检查方法与技术要点

运营公路隧道排水系统的病害处治问题目前已经成为隧道养护的重难点，而目前尚未形成系统性的病害检查技术。结合现场实施工程案例，提出了具有普适性的运营公路隧道排水系统病害检查方法和技术要点，包括方案编制、检查实施和分析总结3个主要阶段，其中方案编制主要是搜集隧道和现场资料，编制检查实施方案；检查实施主要是采用地质雷达、内窥镜等设备针对中央排水管、纵横向排水盲管、边墙检查井和中央排水管出水口进行全面检查；分析总结主要对检查获得的资料进行整理、分析、编制报告和资料存档。该检查方法试用于某运营公路隧道排水系统检查的实际案例，取得了良好效果。     

阳阳高速公路鹅步岭隧道病害监测

营运公路隧道病害以衬砌裂缝、渗漏、隧道结构稳定性为养护工作的难点,尤其是工程地质条件复杂和浅埋、偏压等地段的隧道结构稳定性是隧道养护的关键工作。结合鹅步岭隧道近3年的应力应变监测、裂缝监测和衬砌周边收敛监测,以该隧道病害监测发展情况,预判隧道结构的稳定性,为养护及维修加固处治提供参考依据。     

公路隧道经常检查及养护工作探讨

为规范公路隧道经常检查行为，统一行业内经常检查方法，首先,采用资料调研、统计分析等方法，通过梳理98处单洞隧道的定期检查，按定期检查子项统计病害分布特点，总结隧道病害频发部位，为养护部门开展经常检查工作指明检查重点。其次,依托近几年对隧道经常检查工作的现场调研，提出一整套规范化的隧道经常检查方法，从隧道经常检查的检查计划、检查工具、现场开展要求、检查结果、应对措施等方面进行规范化阐述，系统详细地梳理公路隧道经常检查环节，总结出经常检查的规范化做法，为养护单位开展经常检查工作提供参考。最后,基于笔者多年养护工作经验，指出隧道经常检查工作中存在的其他非技术问题，为后续隧道日常养护工作的提升提供借鉴。     

城市盾构隧道技术状况评定方法研究

针对目前大量城市盾构隧道逐渐进入高维修阶段,而我国目前在隧道技术状况评定方面的技术体系和相应的指导规范又存在严重脱节的背景,结合盾构隧道的实际病害情况,对隧道养护现状和主要问题、隧道结构技术状况评定等方面作了系统研究,提出了隧道评定单元的划分原则、子构件评分指标、构件单元评分方法以及隧道结构整体评价方法。该方法结合现场实际检测数据,在实际隧道检测和技术状况评定中得到了应用,可以为城市盾构隧道结构性能评定和后续的养护措施决策提供有益的技术支持。     

苏州阳澄西湖隧道提质升级工程实践

为提升公路水下隧道服务品质,保障隧道通行安全，针对检查评定体系亟待建立、土建结构风险点多、机电设施故障率高、预防性养护与养护决策难以实施等问题，开展水下隧道提质升级实践意义重大。依托已建成通车的苏州阳澄西湖隧道，基于特隧特养、安全风险防控和信息化管养理念，系统性提出了设施本体性能改善、管养信息化水平提升及风险防控能力提升的提质升级解决方案。主要开展了以下工作： 1）土建结构病害处治、机电设施改造升级和交安设施性能完善设计与实施； 2）建立了隧道管养信息化系统； 3）研究制定了隧道检查评定体系和运营阶段安全风险识别与防范体系。方案实施后，苏州阳澄西湖隧道的设施技术状况得到明显改善，信息化水平和风险防控能力显著提升。     

宁波甬江沉管隧道建设和运营维护

宁波甬江沉管隧道是我国大陆第一座水底软土地基沉管隧道,1995年建成通车。本文介绍了甬江沉管隧道的设计、施工、运营及大修概况,分析了隧道沉降和结构病害的原因,并提出一些改进措施和建议,以期为类似工程提供借鉴。     

城市下穿通道结构健康监测及安全评价

城市隧道长时间的运营使用过程中,由于隧道自身施工缺陷或养护不到位等问题,容易引发隧道结构变形、病害等,对隧道结构安全造成隐患.因此必须准确掌握隧道结构安全状态,进而采取结构安全控制措施,以确保城市隧道运营安全.城市下穿通道作为城市快速路的重要组成部分,其重要性不言而喻,以扬州市润扬北路、泰州路下穿通道为依托,开展隧道结构变形监测和病害调研,评价隧道结构安全状态,并提出相应的养护措施.希望能为类似城市下穿通道的结构安全监测和评价提供一定的借鉴和参考.     

海底沉管隧道基础处理及沉降控制技术的新进展

文中在对沉管隧道基础处理形式及境内外沉管隧道病害调研数据分析的基础上,指出不利荷载与不良地质作用是引发沉管隧道沉降及病害的主要原因。在对境外典型海底沉管隧道基础处理创新技术评述的基础上,重点介绍了港珠澳大桥沉管隧道基础处理技术的创新与提升,主要包括刚柔并济的双层垫层技术、挤密砂桩加堆载预压地基处理技术、基于CPTu的回弹再压缩沉降计算方法以及沉降控制标准的确定等,分析了深中通道沉管隧道基础处理面临的超宽变宽管节、采砂坑软土地基、风化岩遇水软化、砂土液化、回淤强度大等建设条件,并给出了相应的基础处理对策。在此基础上,结合国家重点研发计划,指出应在充分考虑结构与基础相互作用基础上,开展不良地质条件下海底沉管隧道病害诱发机理与主动防控技术的研究,提出了技术路线和主要研究内容,可供行业相关专业技术人员参考。     

深中通道沉管隧道钢壳设计及制造关键技术

深中通道沉管隧道具有高水压、大回淤、结构超大跨和建设要求高等特点,为保证沉管隧道结构在建设与运营期内的安全和耐久性,深中通道沉管隧道在世界上首次大规模采用钢壳混凝土组合结构。为推动钢壳混凝土组合结构沉管隧道在我国的发展,介绍深中通道钢壳混凝土沉管隧道结构选型、横断面设计、纵向管节划分、特殊结构构造和钢壳详细构造等技术,管节钢壳制造、拼装和运输的创新工艺,自密实混凝土浇筑技术和钢壳混凝土脱空检测方法,总结深中通道钢壳混凝土组合结构沉管隧道设计、智能制造以及施工关键技术。另外,结合深中通道沉管隧道钢壳混凝土组合结构的特点,对钢壳混凝土抗剪连接件设计、钢板件连接构造和混凝土脱空检测方法提出优化建议。     

结构健康监测系统与巡检养护管理系统在青岛海湾大桥上的一体化设计

正在中国山东省建设的青岛海湾大桥包含一座双塔双柱钢箱梁斜拉桥、一座独塔双柱钢箱梁斜拉桥和一座独塔自锚式钢箱梁悬索桥,主线全长28.880 km.对于这样庞大而复杂的大型桥梁结构体系,传统的桥梁巡检养护方法难以精确有效地检测和识别大桥内各构件的结构健康变化状况.随着现代传感、网络通讯、信号分析与处理、数据管理、知识挖掘、结构分析等领域技术的发展和成熟,综合了这些技术的结构健康监测系统实现了指导结构的运营管理,验证设计假设和参数,预警异常荷载响应损伤,评估结构的性能与安全,纠正更新结构设计标准等功能.青岛海湾大桥的运营期结构监测巡检养护管理系统,包含自动化数据采集系统、基于半自动化人工巡检的养护管理系统、构件评级系统和损伤预警状态评估系统,以大桥结构为平台,有机结合结构健康监测系统与巡检养护管理系统,结构健康监测为巡检养护管理提供目标和依据,巡检养护管理给结构健康监测作补充和完善,一体化的设计最大限度地保证大桥安全运营,延长大桥使用寿命.