海底管线隧道运营检测体系的建立与应用实践

丁远见，张朝晖，郑洪波

(1.中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133;2.广东大鹏液化天然气有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

随着沿海城市的发展，跨海基础设施项目日益增多，大量的石油、燃气、供水和高压电缆等管线需要穿江越海，而通过修建隧道来敷设这些管线，对管线的施工安装、安全运营、维修养护都不失为一种较好的方案。因此，近年来越来越多的管线隧道投入运营或陆续上马，隧道的结构安全和工况性能是确保管线运营安全的基本前提和首要条件。

由于海底管线隧道位于海底以下，其建设施工不同于常规的山岭和地下隧道，加上所敷设的管线对隧道本体的要求也远远高于一般的公路和市政交通隧道，因此，除了在隧道建设过程中所采取的设计施工措施外，有必要定期对隧道进行全面、系统、专业的检测，并根据检测数据对隧道结构的整体性能和功能状况作出分析鉴定，对隧道的安全性和耐久性进行全面评估，并根据检测评估结论及时对隧道进行维修整治处理，从而确保隧道安全并延长其使用寿命。

对于公路隧道、铁路隧道［1］、地铁隧道［2］等以交通目的为主的山岭或地下隧道，目前国内外的检测案例较多，相应的检测指标、检测方法及检测规范也均已基本成熟，如JTG H12—2003《公路隧道养护技术规范》［3］等。但对海底隧道，尤其是海底管线隧道，由于其大多为新建工程，且专业性强、应用领域特殊，相关研究及文献资料鲜有报道，实际检测案例也不多见。本文在充分吸收国内外类似工程研究成果的基础上，研究建立一套适合海底管线隧道特点的运营检测体系，并给出应用案例，以期为同类工程提供借鉴参考。

1 建立检测体系需考虑的因素

1.1 影响海底隧道结构安全的潜在因素

1)隧道修建过程中遗留下来的质量缺陷，如壁后空洞、防水或衬砌质量不达标、环片错位开裂、混凝土强度不足、结构露筋、螺栓材质低劣或连接不够牢固等。

2)在隧道建成以后，由于潮汐作用造成的海水位频繁变化、土体冲刷位移和周围地质条件变迁等都可能会造成隧道外部受力条件发生改变。

3)隧道渗漏水病害，尤其是由于海水介质的特点会加剧既有渗漏点的渗漏量和渗漏面的蔓延恶化。

4)航道疏浚、沉船、抛锚和地震等外界因素。

1.2 海底隧道的水文地质环境

由于海底管线隧道处在海平面以下，长期受海水侵泡或被富含海水介质的土体所包覆，海水对钢筋的腐蚀性很强，尤其是在干式运营隧道内，隧道长期处在富含氯离子的干湿交融空气环境中，其对混凝土中的钢筋以及管片螺栓的腐蚀程度远远超过常规的山岭隧道和地下隧道。长期的混凝土碳化和钢筋氯蚀可能导致隧道衬砌结构劣化，进而造成隧道拱顶沉降和断面收敛［4］。

根据对国内近些年来已建成投用海底隧道的调查了解，无论隧道结构本身还是其中敷设的管线，其腐蚀速率和腐蚀强度都非常严重。如2006年投入使用的深圳某海底管线隧道，经检测发现其管片螺栓基本都已锈蚀，排水钢管早已腐蚀成空壳废渣状，水泵平均每2年要更换一次，电缆桥架大面积腐蚀脱落，实景图片如图1和图2所示。

1.3 管线对海底隧道的特殊要求

不同类型的管线由于其压力、材质及所输送流体介质属性的不同，对隧道结构的稳定性、沉降变形限值和渗漏水等都会有不同的要求。如高压燃气管对隧道的沉降变形非常敏感，而高压电缆对隧道渗漏水和空气质量要求会很严格。因此对隧道结构提出了不同的安全环境要求。

1.4 海底隧道的运营条件和使用工况

海底管线隧道在建成投入使用以后一般分为干式运营和注水封闭运营2种形式。干式运营可能会经常有人进去检查检修，而注水封闭运营的隧道其检测难度、检测成本和检测周期都会大大高于干式运营的隧道。因此在制定检测体系时要考虑隧道的运营形式和使用工况。

图1 某海底隧道螺栓及桥架实景Fig.1 Picture of bolts and cable trays in a subsea tunnel

图2 某海底隧道排水管实景Fig.2 Picture of water pipes in a subsea tunnel

2 检测体系内容

结合海底管线隧道的结构特征、周边环境、运营工况和管线类别，海底管线隧道的运营检测体系应包括检测分类、检测频率、检测内容及方法手段和技术状态判定标准等内容。

2.1 检测分类

参照《公路隧道养护技术规范》，海底管线隧道的检测也可分为日常检查、定期检测、特别检测和专项检测4类。

2.1.1 日常检查

日常检查是对隧道管廊和竖井结构的外观状况进行的日常巡视性检查。通过日常检查可发现早期破损、显著病害或其他异常情况，并制定对策措施。

日常检查应当场填写“隧道日常检查记录表”，详实记录检查项目的破损类型、渗漏水情况、估计破损范围和程度，对异常情况做出判定分类，并提出相应的整治措施。

2.1.2 定期检测

定期检测是按照规定周期对隧道土建结构和机电附属设施的基本技术状况进行检查。通过定期检查，应系统掌握隧道的基本技术状况，评定其功能状态，为制定维修养护工作计划提供依据。

定期检测应依次检查各个关键部位，注意发现异常情况和原有异常情况的发展变化，并在适当位置做出标记。检查结果尽可能量化，并汇总形成全面系统的定期检测报告，在报告中要对隧道本体及附属设施的技术状况和功能状态做出评价，应评判是否需要对隧道进行特别检测或专项检测，并提出维修养护和整治的措施建议。

2.1.3 特别检测

特别检测是在隧道遭遇地震、海啸等自然灾害、发生海水倒灌等异常事件后，对遭受影响的结构和部位立即进行的详细检查。通过特别检测，及时掌握隧道受损情况，为采取对策措施提供依据。

检查结果的记录可与定期检测相同。检测完成后应提交特别检测报告，总结检测内容和结果，评估异常事件的影响，制定合理的对策措施。

2.1.4 专项检测

专项检测是根据定期检测和特别检测的结果，或者通过其他途径，判断需要进一步查明某些破损或病害的详细情况而进行的更深入的专门检测。检测的项目、内容及其要求，应根据定期检测或特别检测的结果有针对性地确定。

通过专项检测，应完整掌握破损或病害的详细资料，为其是否实施整治以及采取何种整治措施等提供技术依据。提交的专项检测报告除应包括定期报告的内容外，还应对所出现异常情况或病害的成因、范围、程度进行综合分析，并提出详细的维修整治对策、技术以及费用预算等建议。

2.2 检测频率

海底管线隧道的检测频率宜按表1规定实施。

表1 海底管线隧道检测频率Table 1 Testing frequency of subsea utility tunnel

2.3 检测内容与方法

基于海底管线隧道的特殊性，应通过关注隧道的整体功能、结构安全、耐久性能来对隧道结构的服役性能进行检测评价［5］，具体应包括隧道表观检查、结构沉降变形、渗漏情况、混凝土强度、壁后空洞、淤泥或水体腐蚀性和机电附属设施共7个方面的内容，相应的检测方法可采用目测、量测、仪器和化学分析等各种手段，目前国内外这方面的检测手段和设备都已比较成熟，应用时应结合所检测隧道的规模、检测类别择优选用。各检测项目的具体检查内容、用途意义、检测手段及适用类别详见表2。

表2 检测项目的工作内容及方法Table 2 Testing items and testing methods

2.4 技术状态评定

在对隧道结构破损程度、破损发展趋势、渗漏水情况、壁后空洞、腐蚀性和机电附属设施的整体性能状况等方面的检测结果基础上，通过分项和综合评分计算，利用评分结果评价隧道的整体技术状态，按表3的规定从优到劣划分成5类。

表3 隧道整体技术状况评定标准Table 3 Criteria for assessment on overall technical conditions of tunnel

技术状态评定各分项的权重宜按表4取值，也可结合隧道的环境条件和管线要求，采用专家评估法修订各分项权重值。各分项的具体评分办法可参照《公路隧道养护技术规范》拟定。

表4 隧道各分项权重表Table 4 Weight values of different indices of tunnel

3 应用案例

深圳前湾隧道为我国第一条专门用于敷设管线的跨海隧道，位于深圳市南山区妈湾大道与大铲岛之间，隧道内径2.44 m，总长1 448 m(其中1 076 m为盾构法施工、372 m为矿山法+盾构管片空拼)，两端各有1座竖井。隧道内敷设了1根φ 610高压液化天然气管和1根DN600供水管以及少量的电信光缆。隧道干式运营至今已8年，但尚未进行过全面系统的专业检测。建设单位要求在注水运行前对隧道进行一次定期检测，以评估隧道的安全性能和使用工况，并视检测结果对隧道进行维修整治处理。

运用前述的检测体系对整个隧道进行了全面的定期检测，部分检测数据详见表5和表6。

表5 隧道壁后空洞检测结果Table 5 Testing results of voids behind tunnel lining

表6 隧道污泥的酸碱性及腐蚀性试验结果Table 6 Testing results of acid，alkali and corrosion resistance of sludges in tunnel

检测发现，该隧道的整体外观及结构性能现状良好，无明显的沉降变形和破损露筋现象，结构的混凝土强度保持较好，满足设计要求。但也发现了一些问题:

1)管片螺栓锈蚀严重，其中螺杆尾端锈蚀率80%、螺母锈蚀率92.3%、垫片锈蚀率99.5%，部分锈蚀严重的螺栓已出现松动和渗漏水情况。

2)隧道渗漏水较严重，局部管段已超出二级设计防水标准。共发现明显的渗漏点114处，每天总漏水量达82 m3。

3)隧道壁后空洞较为明显。共检测出环片壁后空洞59处，空洞长度范围为0.2～6.5 m，深度范围为0.25～1.3 m。漏水越严重的地方空洞越严重，漏水点与环片壁后空洞呈正相关关系。

综合判定该隧道技术状态为4类，属于存在重大隐患的隧道，且病害恶化蔓延趋势较为明显，亟需整治处理。根据检测报告提供的技术整治建议，建设单位组织力量进行了技术维修整治施工，重点开展了壁后空洞注浆回填、堵漏止水、螺栓除锈刷漆及手孔封堵等工作。修复后的隧道整体性能良好，经再次检测各项指标达到了1类水平，已满足隧道注水运行和管线安全运营的要求。

4 结论与建议

1)本文针对海底管线隧道制定的运营检测体系，充分考虑了隧道的整体功能性、结构安全性、构建耐久性，对检测分类、检测频率、检测内容、检测方法和判定标准作出了具体规定。工程实践案例证明，这套检测体系是合理可行的，符合工程实际需要。

2)该检测体系在实际应用时，应根据相应隧道的具体情况，适当调整检测内容，灵活使用先进的检测设备和手段，以使检测结论更全面更准确。

3)应尽快着手制定海底管线隧道运营检测的规范规程，可在充分借鉴公路隧道、铁路隧道、地铁区间隧道等领域的相关规范成果基础上，结合海底隧道的特点和管线属性要求制定相关标准，使其更有针对性和适用性。

［1］ 俞翰斌，马伟斌.铁路隧道运营状态评估及病害整治措施［J］.中国铁路，2013(7):21 － 24.(YU Hanbin，MA Weibin.Railway tunnel operating condition assessment and treatment measures disease［J］.Chinese Railways，2013(7):21 －24.(in Chinese))

［2］ 颜波，吴太成，杨国龙.运营地铁盾构隧道结构质量安全评价体系初探［J］.建筑监督检测与造价，2010，7(3):6－8.(YAN Bo，WU Taicheng，YANG Guolong.The preliminary discussion on quality and safety evaluation of the operation system sunway shield tunnel structure［J］.Supervision Test and Cost of Construction，2010，7(3):6 －8.(in Chinese))

［3］ 中华人民共和国交通部.JTG H12—2003公路隧道养护技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2014.(Ministry of Communications of the People’s Republic of China.JTG H12—2003 Technicalspecification ofmaintenance for highway tunnel［S］.Beijing:China Communications Press，2014.(in Chinese))

［4］ 孔祥兴，夏才初，仇玉良，等.衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析［J］.公路工程，2012，37(1):26－31.(KONG Xiangxing，XIA Caichu，QIU Yuliang，et al.Effect of lining degradation on deformation behavior of underwater shield tunnel［J］.Highway Engineering，2012，37(1):26 －31.(in Chinese))

［5］ 李剑.盾构公路隧道结构性能检测评估指标及应用研究［J］.地下空间与工程学报，2012，8(3):549 －556.(LI Jian.Applied research of index of the investigation and evaluation of the serviceability of the road shield tunnel［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2012，8(3):549 －556.(in Chinese))