某早期坑道式人防工程結構安全性評估

李健全，涂世云，呂 瑾

(1.浙江大合檢測有限公司，浙江 杭州 311122； 2.杭州艾弗森節能科技有限公司，浙江 杭州 311100)

早期坑道式人防工程大多建于20世紀80年代以前，數量多，分布廣，一般采用磚石砌體或混凝土砌塊結構。這些早期人防工程若按現行的規范標準去判定，很多已經滿足不了人防工程的要求。如有的缺少口部防護設施，有的沒有完善的人員(物資)掩蔽生存環境，有的因地下水浸蝕、地質狀況和外部環境的變化，結構已經受到不同程度的損壞，加上工程年久失修等原因，工程防護能力降低，安全隱患增多，部分工程已直接威脅到人民群眾的生命財產安全。既有人防工程因年久失修威脅民眾生命安全和造成經濟損失的案例屢見不鮮，如2020年浙大玉泉校區旁路面坍塌、2018年臨潼一人防工程坍塌造成2輛汽車損壞，2016年鄭州一防空洞塌陷、2012年溫州一人防工程坍塌等。因此，早期坑道式人防工程結構安全性的評估是一個迫切需要探討和解決的問題。

本文通過對某早期坑道式人防工程的結構形式、口部和主體結構現狀調查，并采用結構混凝土強度檢測，側墻位移收斂情況檢測、墻體厚度檢測、振動監測以及探地雷達等技術手段，對其結構安全性進行了綜合分析和評估，得到了其結構安全性評估結論。

1 工程概況

該早期坑道式人防工程修筑于20世紀70年代，目前處于閑置中。該工程主通道長度約310 m，備用通道長度約378 m，總面積約2 273 m2，其中主通道及所屬房間面積約1 152 m2，備用通道及所屬房間面積約1 121 m2。

為方便制定后續使用和維護計劃，對其內部結構和口部邊坡安全進行了調查和檢測，并對其結構安全性進行了評估。坑道平面示意圖見圖1。

2 工程環境調查

該早期人防工程位于某山體內，山形完整，主山脊線呈東西方向延伸，南北方向上脊和山谷交錯橫生。山體東側坡度較緩，有較厚土層，山體南側和西側坡度較大，土層脊薄，有部分裸露巖石。該山體森林植被茂密，生長狀況良好，其現狀為休閑公園。局部山體狀況如圖2所示。

3 結構形式調查

該工程采用暗挖方法構筑的坑道式人防工程，通道襯砌為混凝土直墻拱頂結構(見圖3)，主通道及備用通道拱頂表面為噴漿毛面，主通道水池上方及備用通道轉角處為裸露巖體、無襯砌(見圖4)。通過觀察隧道襯砌斷面(備用通道轉角處、備用通道四號耳室附近勘探洞口處)可初步判斷隧道施工過程中，局部襯砌與基巖面間先使用石塊堆砌填充，之后再支模使用混凝土澆筑，主體結構屬于混凝土被覆結構形式。

4 口部現狀調查

經現場調查發現：1)口部結構上方為自然土坡，坡面樹木無明顯傾斜，未發現土體存在滑動現象，口部邊坡較為穩定。2)口部砌筑磚墻風化嚴重，砌筑砂漿流失。3)該 工程主通道出口處存在沿拱頂裂縫，長度約為12 m，最大裂縫寬度為2.8 mm。4)主通道出口處側墻存在拼接裂縫，局部存在滲水現象，地面無積水。5)支洞出口處存在沿拱頂裂縫，長度約為8 m，最大裂縫寬度為0.76 mm。6)支洞出口處側墻存在拼接裂縫(見圖5)。

5 主體結構現狀調查

經現場調查發現：1)該工程主體結構混凝土表面基本完好，未發現明顯蜂窩、孔洞及裂縫情況。主體通道拱頂未發現明顯下撓，側壁未發現明顯變形，地面未發現隆起等情況。2)該工程主體結構未發現明顯滲漏水現象，地面未發現積水。3)該工程人防門鋼筋銹蝕嚴重，混凝土爆裂，人防門已不能正常開閉，且主通道出口第一道人防門已拆除。4)經過現場踏勘，結合主通道水池上方及備用通道轉角兩處出露巖層綜合分析，兩處出露巖層巖性及產狀無較大差異(見圖6)。

a.地層：地層具有明顯分層界線，為典型沉積地層。地層層面接近水平。巖體中的破碎面及裂紋較多，節理裂隙較發育，巖石表面濕潤，局部有滴水現象，地下水較發育。

b.巖性：出露巖石風化面呈紅褐色，斷口新鮮面呈灰白色，巖石質地堅硬，為灰白色硅質石英砂巖。

6 結構現場檢測

1)側墻混凝土抗壓強度抽檢(見圖7)。

根據現場檢測條件，按照JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程現場抽取混凝土構件部位采用回彈法檢測混凝土抗壓強度，該工程修筑于20世紀70年代，考慮混凝土強度回彈值齡期修正，依據相關規范對超過1 000 d的混凝土強度進行修正，修正系數為0.87，檢測結果為12.0 MPa～17.0 MPa之間。

2)側墻收斂值檢測。

為了解工程的側墻的位移情況，分別于2021年3月2日及2021年3月26日對側墻相對位移進行測量，收斂值檢測結果為0.01 mm～0.05 mm之間。測定結果見表1。側墻收斂值現場檢測見圖8。

表1 側墻收斂值測試結果

3)混凝土墻體厚度值檢測。

為了解該工程的混凝土墻體的厚度情況，采用鋼卷尺對混凝土墻體的厚度進行測量，測定結果基本為240 mm～600 mm之間。

4)動力測試。

現場采用941B型超低頻拾振器對該工程進行振動測試。根據檢測結果及分析，該工程在外界環境影響下，主振頻率為0.3 Hz，最大振動速度為4.402×10-4mm/s，根據GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準中附錄M.0.3條，該建筑結構的振動作用小于結構振動速度安全限值，具體檢測結果詳見表2。

表2 測點動測成果

5)探地雷達檢測。

采用探地雷達對該早期坑道式人防工程側墻與仰拱襯砌厚度及背后密實度進行檢測。

本次檢測共布置6條測線，各測線概況如下：

測線1：備用通道右側墻(不包含所屬房間)，檢測里程366.2 m。測線2：備用通道左側墻(不包含所屬房間)，檢測里程363.4 m。測線3：主通道右側墻(不包含所屬房間)，檢測里程269.7 m。測線4：主通道左側墻(不包含所屬房間)，檢測里程281.5 m。測線5：主通道仰拱，檢測里程304.0 m。測線6：備用通道仰拱，檢測里程370.0 m。

檢測里程共計1 954.8 m，因本工程隧道拱頂表面為噴射混凝土，雷達天線無法密貼表面，故未做檢測。

現場檢測采用LTD-2100探地雷達(如圖9所示)(M/166060436)和GC400MHz，GC900MHz天線進行。(側墻檢測采用GC900MHz天線、仰拱檢測采用GC400MHz天線)探地雷達由一體化主機、天線及相關配件組成。其基本原理是通過發射天線、接收天線以及主機共同工作。采集樣點時，首先由控制單元分別給發射器和接受器發出一個控制信號，發射器接收到該信號后，通過發射天線(T)向墻上某一測點發射一定主頻的電磁脈沖波，電磁脈沖波在各種介質的傳播過程中，遇到不同介質的物性分界面(電阻率、介電常數的差異分界面)時，發生波的反射，反射波由接收天線(R)接收，通過控制單元和計算機接收經光纜由接收天線傳送的反射波信號，并在計算機中存儲每一個測點上波形序列的振幅及波的雙程走時(Δt)，根據電磁波在介質中的傳播速度及波的雙程走時，采用公式S=V×Δt/2，求出反射面的深度。沿所布置的測線移動天線，控制單元即可采集到一條測線上的所有測點相應的波形序列，形成一整條測線的雷達剖面記錄，通過對雷達剖面記錄的分析與計算，即可得到隧道襯砌背后的回填質量情況。LTD探地雷達探測隧道時的工作原理見圖10。

現場檢測采用中國電波傳播研究所研制的LTD-2100型探地雷達，所用天線為地面耦合式一體化天線。雷達檢測時，發射和接收天線與檢測目標體表面密貼，沿測線滑動，由雷達主機高速發射雷達脈沖，進行快速連續采集。雷達每秒發射64個脈沖，每米測線約有測點100個。

探地雷達主要判定特征如下：

a.密實：界面信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號。

b.不密實：界面反射信號強，信號為強反射信號，同相軸不連續，錯斷，一般區域化分布。

c.空洞：界面反射信號強，呈典型的孤立體相位特征，通常為規整或不規整的雙曲線波形特征，三振相明顯。

將本次檢測的主通道及備用通道側墻及仰拱雷達掃描原始圖像進行增益恢復及各項數據處理后，結合現場情況及雷達圖像的分析，判斷隧道施工過程中，局部襯砌與基巖面間先使用石塊堆砌填充，之后再支模使用混凝土澆筑。結合雷達圖像反映局部邊墻后部存在的高頻信號反射波，推測主、備用通道側墻襯砌背后均有局部存在因石塊堆砌填充導致的不密實及空洞。測線位置示意圖見圖11。

7 結構安全性評估

早期坑道式人防工程結構安全性評估等級應取早期坑道式人防工程口部安全性評估等級和主體結構安全性評估等級的較低等級，由高到低分為基本安全、局部危險、危險三個等級。

7.1 口部安全性評估

1)經過現場踏勘，結合主通道水池上方及備用通道端頭兩處出露巖層綜合分析，出露巖石風化面呈紅褐色，斷口新鮮面呈灰白色，巖石質地堅硬，為灰白色硅質石英砂巖，巖體中的破碎面及裂紋較多，節理裂隙較發育。根據GB/T 50218—2014工程巖體分級標準,該工程巖體可初步判定為Ⅳ級巖體，巖體自穩能力較差。

2)按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結構安全性評估規程對該早期坑道式人防工程口部安全性進行評估，評估結果見表3。

表3 口部安全性評估表

7.2 主體結構安全性評估

按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結構安全性評估規程對該早期坑道式人防工程主體結構安全性進行評估，評估結果見表4。

表4 主體結構安全性評估表

7.3 結構安全性評估

按照DB 33/T 1172—2019早期坑道地道式人防工程結構安全性評估規程對該早期坑道式人防工程結構安全性進行評估，評估結果見表5。

表5 結構安全性評估表

8 評估結論

1)該工程口部邊坡為自然土坡，未發現土體存在滑動現象，坡面樹木無明顯傾斜，口部邊坡較為穩定，口部邊坡穩定性評估為基本安全。

2)主通道出口及備用通道出口口部襯砌存在沿拱頂裂縫，側墻拼接處存在拼接裂縫且局部存在滲水現象，該工程因缺少地質勘察資料，無法對該工程口部結構構件承載力進行驗算及評估口部結構構件安全等級。

3)該工程主體結構地面無積水，無滲漏點，工程積水情況安全性評估為基本安全。

4)該工程主通道和備用通道主體結構基本完好，構件未發現明顯變形、裂縫等情況，但該工程缺少地質勘察資料，無法對該工程主體結構構件承載力進行驗算及評估主體結構構件安全等級。

9 結語

早期人防工程結構安全性問題，是城市發展安全隱患重點之一，早期坑道式人防工程作為其中一種工程類型同樣存在這種問題，本文通過對某一早期坑道式人防工程結構安全性的評估，為后續同類工程結構安全性評估方法和內容的研究提供了方向和基礎。