北京市电力隧道结构损伤现状及评价分析

王娟娟，王锦森，袁伟衡，翟传明，张达

（中电投工程研究检测评定中心有限公司）

1 引言

我国部分大中城市的既有电力隧道数量巨大，特别是北京、上海和广州，这些电力隧道承载着城市输电系统的主脉络，其安全运营对城市运行和安全极其重要。北京市大部分电力隧道埋深较浅、断面较小，工作环境相对恶劣、复杂，电力隧道运行中主要存在结构损伤、钢筋锈蚀、混凝土开裂及隧道渗漏等问题，影响隧道结构的安全性、适用性和耐久性[1]。北京市规划2018年底，完成既有老旧地下电力隧道的维护和改造。

2 电力隧道结构形式及建造年代

自2012—2018年，对北京市718km电力隧道进行了全面排查，并陆续对北京市东城、西城、海淀、朝阳、石景山、通州及顺义等11个区的135段（约102km）存在安全隐患的电力隧道进行详细的现场检测，北京市电力隧道分布总览如图1所示。

其中，东城区、西城区、朝阳区、海淀区和丰台区电力隧道开始修建年代最早，东、西城区早年修建规模较大，发展较快，近年来，修建规模增长不大，已接近饱和，因此，其结构形式也相对较陈旧，主要为暗挖单衬隧道、明挖砖混隧道和顶管隧道；其他远郊区域（通州区、顺义区和石景山区等）电力隧道建设年代较晚，大部分隧道已采用暗挖双衬结构或明挖浇筑结构[2]。北京市电力隧道结构形式、建造年代及尺寸统计表如表1所示。其中，存在安全隐患的135段电力隧道段结构类型统计表如表2和图2所示。

表1 北京市电力隧道结构形式、建造年代及尺寸统计表

表2 电力隧道结构类型统计表

图2 电力隧道结构类型示意图

由表2和图2可以看出，存在安全隐患的135段电力隧道中，暗挖单衬结构的隧道段共有72段，占比53.3%，混凝土顶管结构和明挖砖混结构占比分别为17.0%和16.3%，上述3种结构类型的电力隧道建造年代较早，均开始于1978年。电力隧道质量受建造年代影响存在很大差异，据检测与分析，20世纪七八十年代建成的电力隧道主要存在墙体开裂、钢筋锈蚀、渗水等问题，主要原因是设计标准低及周围环境干扰，且部分电力隧道已到达使用寿命；20世纪90年代建成的隧道主要存在隧道渗漏、衬砌背后空洞等问题，主要原因是暗挖衬砌结构本身的结构问题；2000年以后建成的电力隧道主要存在混凝土开裂、变形、沉降等问题，主要原因为地下工程增多，对土体干扰严重。

3 电力隧道断面类型

对135段电力隧道的主要截面类型进行了检测与统计，如表3所示。电力隧道主要断面类型有3种，分别为圆形、直墙拱形和矩形。从表中可以看出，直墙拱形电力隧道共有79段，占比58.5%；圆形隧道共有22段，占比16.3%；矩形隧道共有34段，占比25.2%。电力隧道断面图如图3所示。

表3 断面类型统计表

图3 电力隧道断面图

4 电力隧道损伤情况分析

电力隧道在使用过程中，受外界环境干扰以及结构自身问题，存在衬砌裂缝、衬砌背后空洞、钢筋锈蚀、混凝土保护层脱落、强度降低等问题，存在变形和坍塌的隐患。在北京市电力隧道检测过程中发现，一段电力隧道中往往存在多种破坏，由于电力隧道衬砌裂缝，导致内部出现渗漏水情况，进而引起隧道衬砌受到侵蚀，出现酥松、蜂窝麻面、碱化及骨料分离等材质破坏，导致电力隧道衬砌材料强度降低，钢筋锈蚀等灾害。常见的电力隧道结构损伤如图4所示。

图4 常见的电力隧道结构损伤图

已检测的135段电力隧道中，存在的损伤情况共有9种，电力隧道损伤情况统计表如表4所示。从表4可以看出，电力隧道主要的损伤类型有渗水、衬砌裂缝、隧道积水和钢筋锈蚀4种，其中，存在衬砌裂缝的电力隧道共有63段，占比46.7%，是电力隧道中存在数量最多的损伤类型，也是引起其他损伤的最根本原因。

表4 电力隧道损伤情况统计表

同一段电力隧道中可能存在2种及以上并发损伤，为了后续对电力隧道进行安全性分级，对135段隧道中每段隧道存在的损伤情况进行了统计，如表5所示。

表5 并发损伤情况统计表

从表5中可以看出，同一段电力隧道存在1种损伤情况占比为33.3%，存在2种损伤情况占比为31.1%，存在2种及以上损伤情况占比为52.5%，存在3种及以上损伤情况占比为21.4%。且随着时间增长，渗水或衬砌裂缝等单一损伤不仅本身对隧道结构产生危害，降低衬砌结构的可靠性，而且还会引发钢筋锈蚀、保护层脱落等其他损伤，对隧道整体结构的稳定产生较大影响[3]。

在电力隧道检测过程中，由于衬砌裂缝是存在最多的损伤类型，本文对裂缝宽度及裂缝宽度与其他损伤的相互关系进行了统计，裂缝宽度统计情况如表6所示。

由表6知，共有63段隧道出现不同程度的裂缝损伤，部分电力隧道存在多条裂缝，裂缝宽度范围为0～10mm（长虹桥东侧电力隧道断出现10mm裂缝），出现宽度0.5mm及以下裂缝的电力隧道占总数的90.5%，出现宽度0.5～1.0mm裂缝的电力隧道占总数的42.9%，出现宽度1.0～1.5mm裂缝的电力隧道占总数的34.9%。

表6 裂缝宽度统计表

图5 电力隧道损伤情况数量统计

本文对存在超过3.0mm裂缝的电力隧道进行了其他损伤的综合统计，如表7所示。

表7 电力隧道损伤综合统计（裂缝宽度≥3.0mm）

由表7可以看出，裂缝宽度超过3.0mm时，多数隧道出现其他并发损伤；裂缝宽度为3.0～4.0mm的电力隧道共有13段，其中，有8段同时存在渗水或积水情况，有9段存在钢筋锈蚀情况；裂缝宽度为7mm以上的电力隧道共有7段，其中，这7段隧道均存在不同程度的渗水/积水情况，且均存在钢筋锈蚀情况。这说明裂缝宽度与渗水和钢筋锈蚀等其他损伤之间存在一定的关联。

5 隧道损伤情况评级

根据各损伤因子之间的相互关系，结合三维有限元模拟结果和多年检测经验将135段电力隧道进行安全性评级，按照隧道的损伤程度、隧道结构变形结果（通过现场检测结合数值模拟结果获得）分为A、B、C、D四个等级，A级为损伤最严重的电力隧道。以下为评级标准：

1） A级：沿线隧道内连续多个断面集中出现较宽裂缝（裂缝宽度＞1mm），有严重渗水或积水现象，钢筋外露且锈蚀严重，材料严重劣化，隧道结构变形较大，墙体（板）严重开裂，应立即采取修补或加固措施以提高原结构承载力；

2） B级：沿线隧道内个别断面出现较宽裂缝（裂缝宽度＞1mm）且有渗水或积水现象，部分钢筋外露且锈蚀严重，材料明显劣化，隧道结构明显变形，墙体（板）开裂，应及时采取修补或加固措施提高原结构承载力；

3） C级：沿线隧道内断面分散性出现裂缝（裂缝宽度≤1mm），少数钢筋外露锈蚀、混凝土剥落，墙体（板）局部开裂，应采取措施对隧道结构表面进行修复处理，恢复原结构承载能力；

4） D级：少数隧道内断面出现衬砌裂缝（裂缝宽度≤0.5mm），衬砌完好，墙体（板）完好，无明显变形或裂缝，可正常使用。

根据上述评级标准对135段隧道进行评级，评级结果见表8所示。

表8 电力隧道评定等级统计表

从表8中可以看出，评为A级（严重损伤）的电力隧道共有13段，占比9.6%，评为A级的电力隧道应立即采取修补或加固措施，防止灾害事故的发生；评为B级（中等损伤）的电力隧道共有64段，该部分占据比例最大，为47.4%，评为B级的电力隧道应及时采取修补或加固措施，以保障电力隧道的正常运行。

6 结语

本文通过对北京市718km电力隧道的安全排查及135段存在安全隐患电力隧道的详细现场检测，对电力隧道的结构形式、建造年代及灾害类型进行了统计与分析，形成了隧道检测现状数据库，以便及时了解、掌握并应对隧道的各种突发状况。

对电力隧道损伤进行统计与分析，找出各损伤因子之间的相互关系，提出电力隧道安全评级标准，并对隧道进行评级，对评为A级、B级（隐患较大）的电力隧道及时采取有效措施进行处理，以保证电力隧道的安全运行，防止电力隧道灾害的发生。