刘 涛

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

1 公路隧道渗漏水病害的主要危害

由于受到地下水或外界雨水的影响，公路隧道很容易产生渗漏水，导致出现各种病害，对隧道衬砌结构稳定性和耐久性产生不利影响，影响了使用功能[1]。渗漏水病害普遍存在于公路隧道建设中，且防治难度一般较大，其危害性主要表现为以下几个方面：

a）渗漏水会对衬砌结构产生侵蚀作用，加快其风化、剥蚀速度，进而导致衬砌结构性能劣化。尤其是当渗漏水中富含腐蚀性物质时，还会与材料发生化学反应，促使围岩发生软化现象，导致结构变形增大，甚至失稳。对于严寒地区，渗漏水还可能会结冰冻胀，在冻融循环反复作用下，结构就容易发生较大变形，也促使了其他病害的发展。

b）若在施工过程中出现渗漏水，施工就会受到干扰，譬如导致初喷的混凝土质量处于不可控状态。掌子面一旦发生涌水现象，会导致坍塌下陷。

c）渗漏水在路面上的滞储会显著降低路面摩擦系数，降低轮胎与路面之间的附着力，导致车辆滑移、侧翻或失控。特别是在严寒季节结冰时，这一问题更加突出。

d）当渗漏水侵入到隧道内，有可能会导致通风、监控、通讯以及照明等设备短路，影响设备正常运行。

总体来看，渗漏水对于公路隧道的影响比较复杂，涉及到结构的安全性、耐久性、适用性等，同时对行车安全也会造成较大的风险[2]，因此其病害检测就显得尤为必要，且需要可靠的评价模型对其进行研判。

2 公路隧道渗漏水病害的检测方法

公路隧道渗漏水病害检测方法选取是渗漏水治理的核心环节。目前我国在隧道病害检测技术的选择上主要有以下两类：传统检测法与无损检测法。传统检测法以专家目视法及钻芯法、开槽法等破坏性检测为主，其中前者主要是通过行业专家到场对工程进行实地调研来判断病害的发展情况，而后者则需要在原有结构上取样，并对样本进行实验室检测来获取结构的物理、力学性质。传统检测法虽然能够直接得到可靠的样本，但这一类检测往往具有非常突出的破坏性，对于原结构不可避免地会产生扰动，甚至导致结构失稳破坏[3]。而且，这类检测方法以结构某一部分为样本，很容易导致评价结果的片面性和局限性。此外，大量的人工劳动也会带来检测成本高、检测效率低、结果误差大的问题。无损检测最大优势在于避免了对待测对象的破坏，可借助材料的物理、化学性质来获取结构的检测数据，从而得到材料的基本参数。究其本质，在于充分区分不同病害的特点，并能够灵活应用多种不同无损检测方法来确定隧道结构的状态。

公路隧道的检测一般应至少包含日常检测、定期巡查、特别检查以及专项排查4个部分[4]。如上文所述，公路隧道的检测直接决定着隧道整体的功能性及耐久性，因此应当特别予以重视，隧道各个部分的检测内容如图1所示。

图1 隧道各部分的检测内容

3 公路隧道渗漏水病害评价模型的建立

笔者以某公路隧道为例进行阐述分析。该隧道地处山地丘陵地带，隧址区地势起伏较大且地表水系丰富，整体气候较温和，降水丰沛，尤其是春夏两季降水比较突出。

3.1 公路隧道渗漏水病害评价模型的思路

隧道工程建设较为复杂，且受多重因素的影响较大，因此在建立渗漏水病害评价模型时，需要充分考虑隧道全寿命周期，进行量化评价，并以自然环境、地下水、设计、施工、运营等5个层面作为主要因素进行考虑，从而形成较为全面、可靠的评价体系。

模糊数学理论在公路隧道评价中的引进为评价模型的建立提供了理论支持。本文评价模型建立时，首先需要对影响渗漏水的因素有全面充分的认识，并分析其影响强度、产生原因，将因素划分为若干个层次，经过模糊数学分析后，形成二级模糊综合评价模型。模型评价体系的结构可大致分为3个不同的层次：目标层、准则层以及子准则层。其中，目标层含有项目评价的总体目标，即评价系统整体；而准则层则对影响渗漏水的主要因素进行了分析，以自然环境、地下水、设计、施工、运营5个层面进行描述，并构成因素集B；子准则层又被称为指标层，其在准则层的基础上对影响因素进行了进一步的划分，以具体的指标作为组成内容。本文所构建的评价体系应用二级模糊综合评价模型，其中子准则层向准则层的描述为第一级的评价，而准则层向目标层的描述则为第二级的评价，在这样两级的描述评价中即可得到整体的综合评价。

3.2 确定模糊综合评价的评语集

通常，根据渗漏水病害程度由轻到重可大致划分为湿润、渗水、漏水、射水以及涌水5个不同的级别。在进行渗漏水等级划分时，可以参考借鉴国外的一些划分方法。如：美国在其隧道检查规范中对渗漏水作出了轻、中、重3个等级的定性评价标准；日本隧道养护规范将渗漏水划分为4个等级，且基于渗水程度及渗水位置对等级进行了细化，值得注意的是在日本规范要求中，隧道渗漏水的评级对象细化为拱部和边墙两个不同的部位，具体见表1所示。依据渗漏水对工程可能产生的不利后果，我国公路隧道养护规范中附录表B-4将渗漏水等级划分为了5个等级，见表2。

表1 日本公路隧道渗漏水等级划分

表2 我国公路隧道养护规范中的渗漏水等级

此外，在渗漏水等级划分上，还有一种比较常见的方法，其主要根据最大允许渗漏量来定量分析，其中一级至七级分别对应：难以察觉、1 L/d/m2、3 L/d/m2、13 L/d/m2、30 L/d/m2、100 L/d/m2以及无限制。

上述各类分级标准大多是基于渗漏水量来确定的，但并未充分考虑到渗漏水可能产生的后果以及导致渗漏水病害发生的原因。因此，这些分级标准无法在实际工程中指导技术人员采取有效措施防止渗漏水病害的发生，同时对于日常维护工作也难以起到指导作用。在对项目渗漏水病害的主要成因进行分析后，结合建设地区当地已有治理经验，本文对渗漏水分级进行了细化，以渗漏水病害的严重程度作为参考依据，同时也将围岩分级方法纳入到评价范围内，建立了适宜于该项目的分级方法。在该分级方法中，渗漏水病害被划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ这4个不同的等级，并建立起相应的评语集：

V=｛V1，V2，V3，V4，｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝.

3.3 确定模糊综合评价的权隶属函数

在开展模糊综合评价时应当注意，指标之间具有一定的不可公度性，也就是说不同指标的度量单位并非统一，所以这也就导致在对比时往往较为困难。为了保障后续量化评价的可行性与合理性，在开展评价前，首先应明确所选指标群中各指标的计算隶属度。因此，隶属函数的建立也就直接影响着评价体系的可靠与否，同时也决定着评价结果与实际情况之间的拟合程度。一般而言，确定隶属函数的方法比较多，譬如三分法、专家评分法、F统计方法等都是常用的方法。由于隧道渗漏水因素较多，所涉及到的样本数量也比较庞大，若采用专家评分的方式很容易引发主观误差，同时也会降低工作效率，因此该研究选择指派隶属函数法来完成评价。各个因素能够借助隶属函数直接计算得到，而定性描述的因素也可以将其转化为适当的定量表达，譬如对因素进行分级表达，按照相应的描述来取用对应的数值，并借助隶属函数来确定隶属度。

在具体的工程实践中，隶属函数一般难以直接通过公式求得，而是需要借助于实验，所以隶属函数不可避免地会存在一定的主观性，且较为依赖实践经验。除了可以基于统计结果中不同因素所对应的频率来确定外，典型函数法也具有很好的应用效果。特别地，若论域可以借助实数闭区间进行表达时，隶属函数就可以用模糊分布曲线来描述。由于隧道渗漏水影响因素较多，为了简化计算过程，本文隶属函数采用降半梯形分布，其函数形式为以下几种形式：偏小型、中间型、偏大型如图2所示。参数a、b、c由各临界状态的指标值确定。

图2 隶属函数形式

3.4 建立模糊综合评价的权重集

基于上文对各影响因素权重判断方法的论述，该研究应用层次分析法来确定具体权重取值。首先，需要按照二级模糊综合评价结构在不同指标间建立起关系。随后，需要在各指标间两两写出判断矩阵。矩阵内各元素取值可按照不同指标的相对重要性来确定，并应充分考虑项目环境因素，以此得到最终矩阵。

3.5 渗漏水病害的模糊综合评价

对具体准则层的描述Uk=(1,2,…,5)，基于各元素的相对影响强度即可得到因素模糊向量Ak=(ak1,ak2,ak3,ak4)，将其代入到隶属函数中整理获得渗漏水等级V=(v1,v2,v3,v4)，进而就能够得到：

Bk=Ak·Rk=(bk1,bk2,bk3,bk4)(k=1,2,…,5)，

式中:B表征准则层指标Uk对应的评价结果。

在确定完准则层5个不同指标的评价结果U1、U2、U3、U4、U5后，可按照其各自的重要程度分配不同的权重，进一步构成模糊向量A=(a1,a2,a3,a4)，将Uk的评价结果Bk=(bk1,bk2,bk3,bk4)，看作单因素的评价矩阵，可以得到：

进而最终评价结果为：

这便是二级模糊评价的模型。该研究中借助最大隶属度法来处理评价指标，即最大B值所对应的等级为公路隧道渗漏水评价结果的等级。

4 结语

a）由于公路隧道渗漏水病害的产生是多种因素综合作用的结果，其本身具有一定的模糊性，因此本文通过采用模糊数学法对其进行评价，根据评价结果进行渗漏水病害等级划分。

b）在渗漏水病害检测与评价时，首先需要充分明确病害产生的原因及发展状态，针对性地选择相应的检测方法。

c）将渗漏水影响因素划分为5个不同的一级目标层，并进一步细化至准则层及指标层，然后对渗漏水病害进行二级模糊综合评价，最后按照其各自权重形成量化的评价结果，可用于指导后续渗漏水病害的治理工作。