天津地铁隧道运营状态评价方法研究

郭剑勇 张继清 王秀妍 宋 冉

（1.中国铁路设计集团有限公司 天津 300142；2.城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程实验室 天津 300142）

1 引言

截至2016年底，中国大陆地区共30个城市开通运营城市轨道交通，共计133条线路，其中地铁运营长度3 168.7 km，占城市轨道交通运营总长度的76.3%［1］。天津地铁始建于 20世纪 70年代［2］，截至目前通车总里程为168.3 km，全国排名前列。然而，由于设计、施工、维保、材料及地质因素等各方面的原因，很多地铁隧道都在运营期出现了不同程度的病害，甚至有一些隧道不得不在服役期内进行断交维修或大修［3］。因此，必须合理评估各类病害对隧道结构服役性能造成的影响，为病害的治理与维修提供依据［4］。

传统的地铁隧道运营状态评估一般都是依靠经验，采取定性化的方法对隧道病害状况进行描述分析，这类方法显然已不能满足当前地铁结构运营的维修和养护要求［5］。目前，国内已有一些城市和企业出台了自己的地铁隧道运营状态评价规范，这些规范以衬砌的变形、裂缝、渗漏水、材料劣化及连接构件状态等为评价指标，对隧道服役期间的状态进行等级评定。这些规范普遍具有明显的区域性特色，无法有效指导其他地区地铁隧道运营期的安全评估，且在评价指标与量化标准上也存在一定的差异。因此，国内尚无统一的、得到广泛认可的地铁运营隧道状态评价标准，亟待制定［6］。

本文针对天津地铁隧道的病害特点，在对目前国内3部地铁隧道规范进行分析与改进的基础上，建立地铁隧道结构区段综合性量化评价体系，提出地铁隧道整体运营状态评价方法。

2 目前国内隧道运营状态评价方法

2.1 北京市地方标准《城市轨道交通设施养护维修技术规范》

该规范规定了隧道结构的分项和综合状态评定标准。主体结构的检查项目包括：衬砌裂缝、衬砌变形、变形缝、渗漏水、隧底结构压溃、材料劣化。附属结构的检查项目包括：联络通道、迂回风道和区间通道。各分项状态评定分为5级，每级扣掉相应的分数。隧道整体状态按照下式综合评定：

式中，Mi为第i类病害分项总扣分值；wi为第i类结构分项的权重，按照表1取值。

表1 各病害的权重

总体状况评定级别：TCI为90～100时，评为一级；TCI为80～89，评为二级；TCI为66～79，评为三级；TCI为50～65，评为四级；TCI小于50，评为五级。一级为轻微病害，二级为中等病害，三级为较重病害，四级为严重病害，五级为极严重病害。

该规范给出了裂缝、变形、底板压溃、材料劣化的评价量化指标，利用式（1）可较便捷地计算得到隧道状态评定的具体分数，该评价方法清晰直观，便于在工程中的应用。但该规范中渗漏水等指标没有量化的评价标准，也没有涉及结构连接服役状态和结构区段服役状态等的等级评定［7］。

2.2 上海市地方标准《盾构法隧道结构服役性能鉴定规范》

该规范对运营隧道结构性能进行评定，并采用结构服役状态等级表示。规范将隧道使用环境中的一般环境、氯化物环境、化学腐蚀环境按照从正常到危险划分为“A～E”5个作用等级。结构构件服役状态等级根据构件所处环境等级、完整状态、密闭状态、变形状态和结构构件极限承载能力状态的子项指标评定，按照从正常到危险划分为“a～e”5级。结构连接服役状态等级根据密封件完整性、连接的渗漏水程度、接缝张开量和错台量、衬砌管片间连接螺栓损伤程度、预埋件损伤和钢构件损伤的子项指标评定，按照从正常到危险也划分为“a～e”5级。结构区段服役状态等级根据构件及连接服役状态等级、结构区段相对变形和防水性能等级的子项指标评定，按照从正常到危险划分为“i～v”5级。隧道整体服役状态等级应根据构成隧道结构的各区段服役状态等级评定，按照从正常到危险划分为“I～V”5级［8］。

该规范给出了裂缝、变形、剥落深度、接缝张开量、错台量等的具体量化指标，并对结构构件在不同环境条件、密闭与变形状态下的服役性能进行了详细的分级，是目前国内地铁隧道运营状态评价规范中评估类别范围最广、划分等级最细致的规范之一。但此规范中隧道整体运营状态等级评定标准较为繁琐，由于分类过多，完成分项评定和整体评定耗时较长，某些指标现场不易测量，给实际的隧道状态评定带来不便。

2.3 深圳市地铁集团企业标准《深圳地铁钢筋混凝土结构质量缺陷修补技术规程》

该规范对隧道病害的危害程度进行了分级，并针对不同的分级规定了相应的修补方法。病害类型主要包括渗漏水、裂缝、材料劣化等。病害评定等级分为一般缺陷和严重缺陷两种［9］。

该规范对变形缝、施工缝、构件与混凝土交界处的渗漏水现象进行了单独分类，并给出了具体评估标准，同时提出了相应的修补方案。但此规范中各分项指标的状态评定等级较为粗略，也并未涉及裂缝、变形、结构连接状态等分项指标，同时未给出隧道运营状态的整体评价标准。

3 天津地铁隧道结构区段运营状态的综合性评价体系

目前天津地铁渗漏水现象较为严重［10］，尤其是运营最早的1号线，隧道结构顶板、侧墙部分均有不同程度的渗水及涌水现象［11］。而由于渗漏水和环境湿度过大造成的材料劣化也成为天津地铁隧道的主要病害，实际勘测发现，混凝土结构破损、保护层剥落、露筋水蚀等现象逐年增多［12］。

因此，针对天津地铁隧道病害特点，总结以上3部规范各自的优点，摒弃它们的不足之处，建立包含衬砌变形、裂缝、渗漏水、压溃、材料劣化、结构构件及构件连接服役状态的隧道区段综合量化评价体系。

隧道区段分项评定标准如表2所示。

表2 隧道区段分项状态评定标准

各分项权重按表3取值。

表3_

隧道区段结构技术状况评分EV按下式计算：

根据式（2），得到地铁隧道区段结构运营状态评价等级与分级界限，如表4所示。

_表4 地铁隧道区段结构运营状态评价等级与分级界_限

根据以上建立的综合性评价体系，即可对地铁隧道区段结构的运营状态进行评定。

4 天津地铁隧道整体运营状态的评价方法

隧道整体运营状态等级应根据隧道各区段结构的运营状态等级评定。隧道分为n个勘测区段，n＝n1＋n2＋n3＋n4＋n5，n1～n5为自然数。各评价等级下区段的数量如表5所示。

表5 各评价等级下区段的数量

根据各评价等级下区段数占总区段数的比例，对隧道整体运营状态的等级进行划分，并给出相应的等级说明，如表6所示。

表6 隧道整体运营状态等级与分级标准

根据以上提出的判别方法，即可依据隧道各区段结构的运营状态对隧道整体运营状态进行评定。

5 结束语

本文对目前国内3部地铁隧道运营状态评价规范进行分析，从检查项目的种类、分项评价量化指标、隧道运营状态评价标准与分级等方面进行对比，指出各规范的合理性及其中的不足之处，作为科学评估地铁隧道运营状态的基础。

考虑天津地区地铁隧道病害的特点，在国内3部地铁规范的基础上，建立隧道结构区段的综合性量化评价体系，便捷高效地对隧道勘测区段的运营状态进行评估分级。

综合考量区段的评价等级以及各评价等级下区段数占总区段数的比例，提出地铁隧道整体运营状态的评价方法，指导地铁隧道的日常维护工作，保证地铁的安全运营。