港珠澳大橋島隧工程預防性維養管理應用

朱定

（港珠澳大橋管理局，廣東 珠海 519060）

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，連接粵港澳三地，是集橋、島、隧于一體的特大型跨海通道，工程設計使用壽命120 a，其中島隧工程是大橋的控制性關鍵工程。隧道采用沉管方案，島隧工程總長7 440.5 m，包括5 664 m長沉管隧道，2個面積10萬m2離岸人工島。港珠澳大橋沉管隧道共分33節，標準管節每節長180 m，寬37.95 m，高11.4 m，單節重約7.4萬t，最大沉放水深44 m。是我國首條于外海建設的沉管隧道，也是目前世界上施工建設綜合難度最大的沉管隧道。

2 維養管理理念

堅持以“全壽命周期內的維修及養護”為理念，立足預防、防治并舉。依靠成熟的傳統工藝工法，不斷創新，延緩設施的大中修周期，保持運行養護成本的經濟性，提高營運養護的總體水平。同時突出“以人為本、用戶滿意”的服務理念，以全面、及時、安全、優質、高效的養護行為，營造舒適、整潔的行車環境。

3 維養管理目標

確保結構安全受控，保障設施安全運行。結構安全受控是保證設施安全運行的基礎，根據設計要求和結構特點，制定巡查和各類檢查計劃，以達到設施的全壽命周期管理，使設施的技術效益、經濟效益和社會效益得以全面實現。

保證設施完好整潔，提供舒適行車環境。根據結構的特性和現狀，制定各類設施、設備的針對性養護維修計劃，保證結構的設計使用功能，創造快捷、舒適的行車條件。

注重積累各類資料，建立維養工作檔案。在養護工作中，收集設施的各類技術資料，記錄運行歷史，做好各類技術儲備工作，為長效管理打好扎實的基礎。

以信息化管理為引領，不斷提升管理水平。結合養護維修實踐，開發創新信息管理技術，提高工作效率，持續提升營運養護水平。

4 維養管理架構

港珠澳大橋維養管理采取“管理局—職能業務部門—維養單位”三級管理體系，實行統一領導、分工負責、歸口管理的原則。管理局工程管理部是維養歸口管理部門，其主要職責是審核月度、季度及年度維養計劃；組織實施維養工作；對維養效果進行檢查及考核；負責建立維養工作檔案。維養單位采用公開招標模式，其具體負責實施維養各項工作，包括日常巡視、清潔、檢查、監測與檢測、維修、檔案整理等工作。

5 預防性維養管理應用

5.1 結構單元分解

本項目維養管理采用工程分解體系[1-2]（Object Breakdown Structure，OBS）將主體工程按結構類型、使用功能、材料分類、結構層次和附屬關系分解為更為簡單、易于管理的標準化結構單元，所有的檢查和維護活動等都基于OBS實現。標準化結構單元劃分便于使用統一的檢查、維護記錄、單元編碼及數據檔案管理，有利于完全涵蓋與捕捉具有多途徑，多因素特點的結構病害或缺陷，反映結構真實健康狀況和工作狀態。因此將島隧工程劃分為5個區段，依次為：東人工島隧道敞開段及現澆暗埋段、沉管隧道段、西人工島隧道現澆暗埋段及隧道敞開段。根據區段劃分再作進一步OBS分解，包括：基礎、管節結構、管廊、止水系統、防火系統、檢修道、隧道路面、減光罩、泵房、擋浪墻等。

5.2 數據管理

以“港珠澳大橋主體工程綜合管理信息系統”、“港珠澳大橋主體工程結構健康監測系統”等為基礎，形成數據管理系統。為島隧工程提供數據管理及存檔管理支撐，實現對已產生的關鍵工程數據和運營期動態數據的管理，提供數據存檔、維護、查詢及評估報告等功能。

5.3 日常巡查與清潔

日常巡查與清潔是最基本且頻率最高的維養工作，可以在第一時間發現工程的突發性事故、突出病害等異常情況。日常巡查是針對土建結構各部件是否處于正常工作狀態、是否妨礙交通安全等進行的檢查。日常巡查采用人工與信息化手段相結合的方式，巡查中發現結構缺陷與病害應及時上報并做好檔案記錄。

清潔工作是針對工程結構各單元在使用過程中產生的垃圾、污跡、淤積等進行的清理工作。清潔工作應制定詳細的計劃和實施方案，并將清潔情況記錄在冊。

5.4 檢查

檢查可分為初始檢查、經常檢查、定期檢查、應急檢查和專項檢查五類[3]，檢查流程見圖1。圖中：S為情況正常；B為一般異常；A為嚴重異常。狀況值及其表述見5.6節。采用OBS對島隧工程單元結構進行科學分解，所有構件及設施檢查旨在評估結構的狀態，并及時發現存在的問題及隱患，為后續的運營維護和病害處治提供依據。

圖1 檢查流程圖Fig.1 The check flow chart

5.4.1 初始檢查

初始檢查的目的服務于結構零狀態基準數據采集，建立技術檔案，作為日后經常檢查、定期檢查、專項檢查及工程評估的基礎。初始檢查可以確定島隧結構各構件的基準技術狀況，對后期發現的結構缺陷和病害做對比分析，確定病害或缺陷成因及發展程度，為進一步養護工作提供依據。初始檢查包含結構檢查和耐久性檢查。

5.4.2 經常檢查

經常檢查原則上使用簡單的巡查工具進行目視巡查，以定性判斷為主。破損狀況判定分3種情況：情況正常、一般異常、嚴重異常。島隧工程經常檢查頻率不低于1次/月。

5.4.3 定期檢查

定期檢查是按規定周期對主體結構及其附屬構造物的技術狀況進行的全面檢查及等級評定，主要功能是搜集結構技術狀態的動態數據，為評定島隧工程的使用功能，制定維養管理計劃提供基本數據。通過定期檢查，系統掌握結構基本技術狀況，評定結構物功能狀態，為制訂維養工作計劃提供依據。定期檢查建立在日常巡查和經常檢查基礎之上，是對結構基本狀況的全面細部檢查。同時針對本工程，特別增加耐久性檢查內容作為定期檢查的一部分。

5.4.4 應急檢查

應急檢查是指結構遭遇自然災害、發生交通事故或隧道保護區域遭受大型施工等外力作用后，對遭受影響的隧道結構立即進行詳細勘察、檢查，及時掌握結構受損情況，為下一步采取針對性維修對策提供依據。

5.4.5 專項檢查

專項檢查是根據定期檢查和應急檢查結果，并經過技術狀態評估之后，判斷需要進一步查明某些破損或病害的詳細情況而進行的更為深入的專門檢測。通過專項檢查，完整掌握破損或病害的詳細情況，為其是否實施處治以及采取何種處治措施等提供技術依據。

5.5 自動化及智能化檢測

為有效掌握運營期隧道和人工島結構狀態及其發展演化趨勢，對結構出現的各類異常狀況及時作出診斷并預警，確保結構的運營安全，本項目于施工階段已在沉管隧道和人工島結構上布置了自動化監測點，隧道內監測點布設詳見圖2[4-5]。

圖2 隧道內自動化監測點布置示意圖Fig.2 Layout of automatic monitoring points in the tunnel

隧道結構自動化監測項目包括：重要的環境要素（溫度、濕度、交通荷載、地震）、管節間相對位移、關鍵控制截面應力及應變、混凝土氯離子腐蝕狀態、管節接頭止水帶滲漏等。人工島結構自動化監測項目包括：結構空間變位、深層水平位移和巖土體分層沉降等。

自動化監測項目可以實現監測數據的實時采集、傳輸和分析處理。數據分為實時數據和特征數據，不僅可以進行數據回放、查詢、統計，還可以用來進行島隧結構數據動態展示、對比及預警，指導島隧工程開展預防性、針對性檢查工作。港珠澳大橋根據結構危險狀態等級分黃色、橙色、紅色三級預警，當結構預警指標到達設定閾值時，系統將通過數字顏色改變、窗口提示、聲音、短信等方式，醒目直觀的提醒和通知管養人員。

5.6 隧道結構技術狀況評定

5.6.1 各隧道區段技術狀況評分

式中：wi為分項權重；jgcii為隧道各區段分項狀況值；i為OBS隧道各區段各分項。

5.6.2 隧道總體技術狀況評定

式中：j為OBS隧道各區段各單位；JGCIj為隧道各單位技術狀況值；Wj為隧道各單位的權重，其值見表1[6]。

表1 各隧道段權重表Table 1 Weight table of each tunnel section

5.6.3 技術狀況評定分類界限

港珠澳大橋島隧工程技術狀況評定分類界限值詳見表2[7]。

表2 隧道技術狀況評定分類界限值Table 2 Boundary values of classification and evaluation for the tunnel technology status

1類為完好狀態。2類為輕微破損，應對結構破損部位進行監測或檢査，必要時實施保養維修。3類為中等破損，應對結構破損部位進行重點監測，并對局部實施保養維修。4類為嚴重破損，已影響行人、行車安全，應盡快實施結構病害處治措施，并及時實施交通管制。

5.7 維修

維修分為小修保養、中修、大修三類。因港珠澳大橋沉管隧道在設計施工中采用了大型化、工廠化、標準化、預制化理念，與傳統的隧道相比，維修模式必然也存在較大差異。因此，基于OBS結構分解，對于混凝土結構裂縫、混凝土結構破損、鋼結構（鋼剪力鍵、鋼緊固件、預應力錨具、隧道減光罩）、隧道路面、排水設施、檢修道、記憶支座、止水系統、無縫伸縮縫等均制定了詳細的維修手冊[8]。明確了結構缺陷分類及所對應的維修方法、適用材料和檢查驗收標準等，已期達到精細化維修施工管理目標和質量優良目標。

6 結語

科學檢查與預防性維養是保證最大限度實現和延長主體結構設計使用壽命不可缺少的重要環節。港珠澳大橋提出建設是發展，維養管理也是發展；建設是生產力，維養管理也是生產力的理念。本項目從設計階段即開始“預謀”養護工作，對結構單元維養進行科學分解；規范人工日常巡查、清潔、結構檢查（初始、經常、定期、應急和專項檢查五類）頻次與內容；通過結構內預留預埋的自動化檢測設備實時采集數據；對人工及設備收集的大量數據科學分析并研判；規范各類維修施工管理。在運營期維養實施過程中將結合本項目島隧工程特點，立足預防、防治并舉、精心組織，精細管理，創造一流養護水平，保證大橋具備暢通、舒適、安全、經濟、美觀的使用功能，確保實現大橋120 a的設計使用壽命。