公路隧道养护费用估价模型及评价体系研究

2017-02-18崔琦董敏毅王选仓

筑路机械与施工机械化 2017年1期

崔琦　董敏毅　王选仓

摘要：基于控制公路隧道养护费用的目的，通过对道养护费用的主要影响因素——隧道长度、通车年数、路面宽度、交通量等进行深入分析，利用MATLAB软件对所选取的指标建立公路隧道养护费用的估价模型，提出了公路隧道养护费用的单项评定标准；采用灰色关联度分析法确定了公路隧道养护费用的综合评价体系，经过实例验证，估价模型及评价体系有效、准确。

关键词：公路隧道；养护费用；估价模型；评价标准

中图分类号：U457文献标志码：B

Abstract： For the purpose of controlling the maintenance cost of highway tunnel， a comprehensive investigation and analysis of the maintenance cost of highway tunnel was conducted on the main influencing factors including tunnel length， service time， road width， traffic volume， etc. The evaluation model of highway tunnel maintenance cost was established by using MATLAB software. The standard of highway tunnel maintenance cost was put forward. The gray relational analysis method was used to determine the comprehensive evaluation system of highway tunnel maintenance cost， and the evaluation model and system are valid and accurate according to practical cases.

Key words： highway tunnel； maintenance cost； evaluation model； evaluation criterion

0引言

随着中国公路隧道的不断建成及发展，越来越多的公路隧道逐渐进入到养护阶段，养护费用也在逐年递增[13]。由于公路隧道病害發生的原因多种多样，导致隧道病害发生的时间、种类和程度等很难预测及控制，公路隧道养护费用的使用与控制仍然存在问题，因此公路隧道养护费用的合理使用及控制十分重要[46]。合理的控制使用养护费用，不仅能够提高公路隧道养护的质量，而且有利于养护费用的合理分配与控制，提高公路隧道养护工程的费用管理水平[79]。

本文通过对中国公路隧道的病害及养护措施和各项养护费用的调查，分析公路隧道养护费用因素的影响，并确定各阶段的养护费用区间；根据公路隧道养护费用的综合评价体系，提出公路隧道养护费用管理标准和办法，这对于中国公路隧道养护造价的控制与管理有重要意义，有利于提高养护管理水平、充分发挥养护资金的最大效益。

1养护费用调查分析

1.1年投入调查分析

近年来，中国各等级公路养护逐年增多，不管是从养护里程还是养护力度，都是在不断地增加[1012]。本文收集云南省2007～2012年隧道养护投入费用情况，绘制出的隧道养护费年投入情况，如图1、2所示。

从图1中可以看到，公路隧道在刚通车的前2年因路面、衬砌等的状况较好，投入的养护费用较少；在2010年隧道养护费用的突然增多，主要是因为国检和部分高速在2010～2012年进行了大中修工程。

观察图2可知，隧道机电设施病害处治和隧道土建结构病害治理占到总费用的93%。因此，控制管理好隧道机电设施养护费用和隧道土建结构病害的治理费用尤为重要。

1.2机电设施养护项的调查分析

通过对云南省隧道机电设施养护项的统计分析，得出机电设施各项养护费用的对比如图3所示。从图3中

可以明显看到，电费占隧道小修机电养护费用的53%。其中，照明系统维护费是照明系统和供配电系统2个系统的机电维护费，其他养护费用是通风系统、给排水消防救援系统的费用。

1.3土建工程养护项的调查及分析

通过部分数据的调查分析，绘制出土建工程各养护项的费用比例如图4所示。可以明显地看到，在收集到的养护项中，修复隧道内破损混凝土路面所需的费用最高，占到41%；其次是隧道内排水沟清於费用，占27%；再次是隧道内瓷砖清洁费用，占到16%；第四是衬砌渗漏水处治费用，占8%。

2影响公路隧道养护费用的因素分析

2.1隧道长度

隧道设计时最为关键的是隧道照明、通风、监控和消防等的安装密度。隧道越长，这些机电设施的布设密度也就越大，并且从公路运营安全的角度考虑，隧道越长，对机电设施的要求也就越高[1315]。

2.2通车年数

公路隧道通车之后，在荷载的不断作用下，病害逐渐增多，使其性能及技术状态逐渐衰退[16]。根据调查情况，对基础数据中通车年限相同的隧道进行合并平均，然后分析通车年限与养护费用之间的关系，如图5所示。

由图5分析得到，隧道小修养护费用随着通车年数的增加而增多。两者相关性显著，相关系数R2为0975 5。

2.3路面宽度

对公路隧道养护来说，随着路面宽度的不断增加，易出现裂缝、坑槽等局部病害，维修所需的资金也就增多；同时隧道内衬砌面积的增大，衬砌损坏和渗漏水、机电设施和其他工程的维修保养工作量的增加，相应的养护费用就越多；随着交通量增多，隧道内机电设施的损坏也就越多，特别是照明、通风、消防和降噪等机电，相应的维修费用就越多

[1718]。

随着隧道路面宽度的变化，隧道小修养护费用随着变化，如图6所示。随着路面宽度的增大，其小修费用的分布也是趋于上升的，用多项式来表示其变化规律，其相关系数R2达到了0865 2。

2.4交通量

交通量对道路使用性能的影响是毋庸置疑的。交通荷载造成路面结构的损坏，以及造成隧道衬砌结构的损裂、腐蚀和渗漏水等病害；交通量会影响隧道内的环境，造成隧道结构、机电设施的腐蚀和隧道内植物的死亡等，增加的病害造成维修养护费用增加[1920]。由于道路的损伤主要是大中型货车造成的，为减少有些因素造成的干扰，选取路面宽度为105～12 m的数据进行分析，分析结果如图7所示。

4基于区间数海明距离的养护费用综合评价体系研究

4.1区间控制研究

本文依据国内及云南省一些典型高速公路隧道和快速公路隧道养护费用实际水平，分析得到其实际使用费用的区间。

假设隧道各项养护费用为随机变量x，且服从参数μ与σ的正态分布，记做 x～N（μ，σ2）。由数理统计知识可知双边置信区间为

4.2单项评价标准研究

公路隧道养护费用的评价标准是衡量隧道养护费用合理性的一个标尺，这个标尺必须遵循一定的目的性、科学性、简洁性、全面性、客观性和可操作性。选取优、良、中、次、差5个等级作为评价标准。将评定结果为次和差的费用作为重点控制对象，各项评语代表确定的标尺下波动的大小，按照波动大小划分出个评语的等级，分别为确定的区间：5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%。

根据原始基础数据比例范围，按照各评语等级波动幅度计算得到公路隧道各养护工程费用单项评定等级及标准，见表4。

4.3关联度研究

根据评价指标，得到始点零化像及其變化；综合评价指标得到绝对关联度及灰色综合关联度为

采用灰色关联度分析法计算时，将灰色综合评价指数，即公路隧道养护项目总费用，作为系统特征序列x0（n），4个分项指标作为行为序列xi（n）（i=l，…，4；n为数据个数），通过始点零化像变换，可求出x0与xi的绝对关联度。

灰色综合评价指数，公路隧道养护项目总费用与4个分指标的灰色绝对关联度和相对关联度分别记为UU1，，U2，U3，U4。由式（9）可以得出公路隧道养护项目总费用模型。结合调查收集到的数据对几条隧道的各项养护费用进行灰色关联度分析法计算其权重。

（1）绝对关联度计算。对各养护费用的比例，进行始点零化像，结果见表5。

5实例验证分析

以楚大高速九鼎山隧道养护费用为例，对其养护费用情况进行单项评价和综合评价，确定其费用水平。该公路隧道养护费用及比例情况为：日常保养占4.28%，小修养护占12.06%，中修工程占4517%，大修工程占3849%。

现选取各个指标，确定养护费用比例综合评价单项指标划分。根据九鼎山隧道养护费用调查数据，采用区间数表示，得到九鼎山公路隧道养护费用比例。

6结语

通过对中国隧道养护项目资金费用调查，系统分析了隧道养护费用的主要影响因素，本文得出以下几点结论。

（1）全面调查分析公路隧道的养护费用投入，得到了影响公路隧道养护费用的因素，主要包括隧道长度、通车年数、路面宽度和交通量。