包家山隧道洞周湿滑返潮机制及防治对策

朱绪飞，雷 甲，胡 平

(陕西省交通建设集团公司，西安 710075)

0 引言

包家山特长公路隧道投入运营后，每到夏秋季节，隧道内洞壁及路面上便会出现水汽凝结现象，形成一层薄薄的水膜，直接影响到高速公路行车安全，同时对隧道内机电设施运行及结构混凝土耐久性也会产生不良影响。隧道湿滑返潮现象涉及到气象学、水文地质及交通安全工程等相关学科，国内外学者对此问题的研究尚未真正开始，相关的基础理论尚未建立。随着我国隧道工程的迅猛发展，隧道安全运营将被提上议事日程。该课题的研究及应用旨在分析洞周湿滑机制，提出对策。

1 工程概况

包家山特长隧道为包茂高速公路小(河)至(安)康段的控制工程，全长11.2 km，穿越了南秦岭山脉的青山和玉皇山，地形崎岖、地势险要、山高沟深、植被茂密。全隧共穿越断层37条、大型褶皱带3处、涌水段25处，地质构造复杂、地层岩性多变、洞身岩石破碎、节理裂隙发育、富水性较强。隧道围岩以片岩、千枚岩为主，在隧道中段有层状灰岩分布。工程地理位置见图 1［1］。

包家山隧道进口标高为539.7 m，出口标高为677.4 m。受青山、玉皇山(海拔1 361 m)影响，进出口气候差异较大。区内气候为凉亚热带山地气候，1月平均气温0.6℃，7月平均气温 23.7℃，年平均气温12.2℃，极端最高气温37.4℃，极端最低气温 －12.6℃。年降水量为800～950 mm，雨季一般集中在7—9月，具有春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。

图1 包家山特长隧道地理位置Fig.1 Profile of Baojiashan extra-long tunnel

该隧道进出口位于圆曲线上，线路纵断面为人字坡，进口坡度为1.95%，出口坡度为0.6%。隧道净宽10.25 m，隧道限高 5.0 m，设计速度为 80 km/h。隧道设置了总长3 883m(含3座斜井、1座竖井及相应的送排风道等)的通风工程。隧道于2006年4月30日开工建设，2009年5月28日建成通车。

2 洞周湿滑情况

包家山特长隧道通车后，随着炎热夏季的来临，洞内空气湿度趋向饱和。洞外气温不断升高，隧道洞壁出现雨露状水滴(见图2)，混凝土路面返潮湿滑，部分路面出现水汽凝结现象，形成一层薄薄的水膜，给正常运营管理带来很大隐患，严重影响道路行车安全。

图2 隧道洞壁水滴Fig.2 Dews on the tunnel wall

通过观察，隧道洞周湿滑多发生在每年的6月上旬至9月上旬。洞外温度达到40℃、洞内相对湿度达到92%以上时，除两端洞口各有300～400m路段比较干燥外，其余路段均出现湿滑返潮现象，且越接近隧道中部，湿滑返潮现象越剧烈。发生时段一般为13:00—16:00比较严重。从洞外气候条件分析，在晴天天气愈炎热，洞内湿滑现象愈严重。

3 返潮机制分析

2009年8 月，在隧道内外安设了7个温度计和湿度计并进行全年不间断观测;同时，委托专业气象部门，在隧道内外建立5个自动气象观测站，每小时自动采集温度、湿度、气压、风向、风速、降雨等气象数据。所采集到的温度年变化记录见图3。从图3中可以看出:洞外温度越高、洞内相对湿度越大，隧道内湿滑返潮现象越严重。在湿滑最严重地段做覆盖实验(将湿滑段用喷灯烤干，用棉被覆盖)，2 d后，覆盖部位未返潮。由此初步判断:特长隧道内出现的路面湿滑现象，是由于洞外湿热空气进入洞内冷却后“结露”所致。影响洞周湿滑主要因素分析如下。

1)该隧道为超长隧道，洞内通风指标偏低。包家山隧道单洞长11.2 km且进出口均处于曲线段，目前尚未实施原设计的纵向分段式抽排通风，仅依靠射流风机纵向接力式完成。

2)该隧道为富水隧道，自身湿度过大。包家山隧道地处陕南秦巴山区，年降水量为800～950 mm，加之岩体构造发育、地表水与地下水联系紧密。根据地下水流量观测，本隧道地下水日排泄量高峰值可达10万m3，为隧道洞周湿滑提供了基本条件。

3)洞内拥有的泄水沉砂池加剧了湿滑程度。包家山隧道在建设后期，为了治理岩溶地段发生的涌泥涌沙地质灾害，在隧道中部2个主洞间设置了3处泄水沉砂池，总长1 100 m，贮藏水体12 007 m3。根据观察，该路段也是包家山隧道发生返潮湿滑最严重路段，说明泄水沉砂池的存在加剧了主洞返潮湿滑。

4)结构设计对隧道湿滑返潮具有不利影响。该隧道拱墙为模筑混凝土衬砌，底部为混凝土路面，隧道两侧边墙铺设了3m高的装饰磁砖，这些都限制了隧道自身的吸湿能力。对隧道内有无衬砌以及水泥混凝土路面与沥青混凝土路段进行比较，显示装饰磁砖、水泥混凝土衬砌及混凝土路面对隧道湿滑返潮具有不利影响。

图3 包家山隧道温度年变化记录Fig.3 Annual fluctuation of temperature of Baojiashan tunnel

4 处治对策

经过2年多的不间断气象观测和分析研究，初步认为包家山特长隧道内出现的洞周、路面湿滑现象是由于洞外湿热空气进入洞内冷却后“结露”所致。据此，提出以下措施，以减轻洞周路面湿滑程度，减少行车安全事故的发生。

1)加强隧道通风，改善洞内空气湿度，防止或减轻洞周湿滑现象的出现。依据包家山隧道返潮湿滑的实际情况，在隧道中增加射流风机数量，在竖(斜)井中配置射流风机引自然风，同时开启所有横洞卷闸门，使2个主洞内风流自然循环，实现“以自然风为主、机械风补充”的通风模式，提高通风、换气标准，最大限度排除洞内湿气。

2)在混凝土路面刻槽，及时引流路面积水，提高路面抗滑能力。隧道返潮湿滑的最大危害是路面湿滑引起交通事故，针对混凝土路面抗滑能力不足的情况，分路段对原混凝土路面进行了刻槽处理、增加振动标线，对保证行车安全效果明显。

3)实行必要的交通管制以减少交通事故的发生。在道路通行条件不良(湿滑、隧道进口光线不足)的前提下，绝大部分交通事故是由超速超载造成的，所以通过在隧道内利用可变情报板、设置减速振荡标线、隧道内道路状况提示及减速指示牌等措施进行必要的交通管制，能有效降低交通事故的发生概率。

5 结束语

包家山隧道洞周、路面湿滑现象是由于洞外湿热空气进入洞内冷却后“结露”所致。经过多次研究论证并采取有效处治措施，效果初步显现。随着我国隧道工程的迅猛发展，类似的问题将会愈来愈突出，其成因、预防和处治措施仍需要进一步研究探索。

［1］ 陕西省交通建设集团公司.关于包家山隧道涌水处治及路面湿滑治理专家咨询会议纪要［R］.西安:陕西交通建设集团公司，2009.