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行业动态

交通土建结构长寿命安全保障—我国交通基础设施现状分析
发布时间:2022年05月19日

截至 2015 年末,我国“五纵五横”综合运 输大通道基本贯通,已建成的主要交通基础设施 规模如下:全国公路总里程 4.6×106 km,其中 高速公路里程为 1.3×105 km;全国铁路运营里程 达到 1.24×105 km,其中,高速铁路运营里程超过 2.2×104 km;全国城市道路长度为 3.65×105 km, 路面面积为 7.18×109 m2 ,人均城市道路面积为 15.60 m2 ;县城道路长度为 1.34×105 km,道路面 积为 2.49×109 m2 ,人均城市道路面积为 15.98 m2 ; 公路桥梁总数已达 7.79×105 座,已建成一批在国 际上具有重要影响力的 桥梁工程;铁路桥梁 总数达到 6.5×104 座,其中高速铁路中长桥、高架 桥、大跨度桥梁众多,桥梁所占线路比例达 50 % 以上;运营公路隧道 11 359 座,总长 9 605.6 km(特 长隧道 562 座、共计 2 500.69 km);运营铁路隧 道 11 074 座,总长 8 938.78 km;全国已有 24 个城 市建成轨道交通,线路长度为 3 069 km,车站数为 2 008 个 [1]

总体来说,我国已建成了规模居于世界靠前的 交通基础设施,但由于受到各种因素的影响,重大 结构的安全保障问题面临着越来越严峻的挑战。

我国交通基础设施重大结构的设计使用年限与 实际使用寿命有显著的差异与不确定性。以桥梁工 程为例,我国特大桥、大桥和重要中桥的设计寿命 为 100 年(特殊桥梁可按 120 年设计),中桥、重 要小桥的设计寿命为 50 年,小桥和涵洞的设计寿 命为 30 年。在桥梁设计使用年限内,由于各类因 素的影响,实际使用寿命会小于设计使用寿命,对 桥梁结构的正常安全使用造成威胁。另外,由于受 不同时期国情和经济条件的限制,建国后修 建的大量桥梁,其建设标准和建设质量存在较大的 差异,总的趋势是实际荷载等级在不断增大,原有 桥梁已难以适应当今运输的要求。

随着时间的推移,大量的交通基础设施重大结 构也将陆续达到其设计使用寿命,并形成一笔巨大 的“带有问题”的固定资产。若采用完全更换的方 式往往是经济上不能承受的,有的在技术上也是难 以实现的。比如,重要的城市地铁系统、大型桥梁 隧道,即使其使用年限达到设计使用寿命,也难以 及时更换或重建。在确保使用安全的情况下,这些 结构仍将服役相当长的时间并发挥巨大的社会效益 与经济效益。因此,如何在理论、技术、规范、政 策和管理制度上保证这些老化结构(包括达到或即 将达到设计使用寿命的结构)的可靠性与安全性, 也是我们面临的严峻课题。

结构长期性能退化、材料老化与劣化对我国 交通基础设施重大结构安全的影响日益突出。以 桥梁与隧道为例,据统计,我国公路网中的危桥 数量呈逐年递增趋势。2014 年,各类危桥数量 高达 7.96 万座,约占公路桥梁总数的 10.5 %,根 据 2009 年铁道部秋检资料统计,我国铁路桥梁劣 化等级达到 A 级(严重)以上病害的占总座数的 24.8 %。在我国运营的 5 200 多座铁路隧道中,存 在漏水、衬砌严重裂损及道床损坏等病害的隧道 达 2 000 多座,发生病害的隧道长度约占隧道总长 度的 10 %[1]。隧道结构采用的混凝土或钢筋混凝 土材料会由于隧道周围地下水中含有侵蚀性物质 以及机车排放废气侵蚀而导致混凝土腐蚀;氯离 子侵蚀、混凝土碳化而发生钢筋腐蚀,硫酸盐侵 蚀、碱集料反应及冻融、盐结晶破坏等多种形式的电化学腐蚀,化学和物理破坏等导致我国铁路隧 道裂损的现象十分严重。

设计与施工质量不达标是影响我国目前存量交 通基础设施长寿命安全的重大隐患,也是目前重大 事故发生的主要原因之一。如何科学诊断、评估、 处置该类隐患将会是一项长期而艰巨的任务。众所 周知,改革开放以来,由于我国基本建设超常规的 发展,导致设计周期短且质量监控措施不到位、施 工周期短且监理作用发挥不充分、材料质量参差不 齐且检验措施不够严谨、对施工人员相应的技术培 训缺失,导致所建结构存在不同程度的缺陷。以隧 道为例,隧道结构中由于施工不规范造成的隧道衬 砌结构裂损占 80 % 左右,材料质量差或配合比不 合理产生的裂损占 15 % 左右,设计不当引起的裂 损占 5 % 左右 [1]

超载与日常维修管理欠缺是影响重大结构损伤 状态和实际使用寿命的重要因素。近年来,随着交 通运输量的大幅增长和汽车的大型化与重型化,超 载、超限运输现象十分严重,运输荷载大大超越结 构的设计荷载和承受能力,长期超负荷运营导致结 构发生开裂与损伤,严重缩短结构的使用寿命,危 及结构的使用安全。据统计,我国公路每年因车辆 超载、超限运输造成的经济损失约为 300 亿元,全 国每年有 10 万人死于因超载导致的交通事故。以四 川省为例,全省40万辆货运汽车90%以上存在超限、 超载,超载程度普遍在核定吨位的 50%~200%,少 数车辆超载甚至达到 300% 以上 [1]

各类自然灾害与人为损害是重大结构使用安全 的重大威胁。我国幅员辽阔,地理环境和气候条件 复杂,自然灾害种类多、且发生频繁,大量修建的 交通基础设施重大结构受台风、地震、泥石流、滑 波等自然灾害的影响巨大,同时,爆炸、冲击、火 灾等人为灾害对结构安全的影响也不容忽视。

目前,我国仍处于交通基础设施建设快速发展 时期,交通基础设施的安全保障呈现新内容、新形 式和新特征。因此,迫切需要建立合理的安全风险 预测评估和保障机制,以提高其抗风险能力,保证 在运营期间的安全性。