全國隧道常見災(zāi)害與防治技術(shù)（共67）

1隧道常見災(zāi)災(zāi)害及其防防治技術(shù)土木工程學(xué)學(xué)院江江學(xué)良2我國各類隧隧道均存在在不同程度度的病害。。以隧道鐵鐵路為例：：根據(jù)1997年技術(shù)狀態(tài)態(tài)檢查統(tǒng)計計，我國運運營鐵路有有隧道5000余座。大部部分存在不不同程度的的病害，有有的還相當(dāng)當(dāng)嚴重，其其中發(fā)生失失穩(wěn)現(xiàn)象隧隧道3270座，占運營營總數(shù)的65%現(xiàn)狀隧道常見的的主要病害害包括：隧隧道水害、、襯砌裂損損、隧道凍凍害、與震震害3隧道水害與與隧道防水水4隧道水害的的種類及其其危害隧道滲漏水水隧道滲漏，，按發(fā)生的的部位分為為：拱部有有滲水、滴滴水、漏水水成線和成成股射流四四種，邊墻墻有滲水、、淌水兩種種，少數(shù)有有涌水災(zāi)害害。危害：隧道滲水水對隧道穩(wěn)穩(wěn)定、洞內(nèi)內(nèi)設(shè)施、行行車安全、、地面建筑筑和隧道周周圍水環(huán)境境產(chǎn)生諸多多不利影響響甚至威脅脅。襯砌周圍積積水危害:水壓過大時時導(dǎo)致襯砌砌破裂軟化圍巖，，從而加大大襯砌壓力力，導(dǎo)致襯襯砌破裂膨脹性圍巖巖體積膨脹脹，導(dǎo)致襯襯砌破裂寒冷地區(qū)引引發(fā)凍脹病病害5潛流沖刷概念：由于于地下水滲滲流和流動動而產(chǎn)生的的沖刷和溶溶蝕作用。。危害：襯砌基礎(chǔ)下下沉，邊墻墻開裂或仰仰拱、整體體道床下沉沉開裂圍巖滑移錯錯動導(dǎo)致襯襯砌變形開開裂超挖回填不不實或未全全部回填著著，引起圍圍巖坍塌，，導(dǎo)致襯砌砌破壞。67邊墻溶洞出出水8涌水9水害的成因因可以歸結(jié)為為客觀和主主觀兩方面面原因：隧道穿越含含水的不良良地層隧道襯砌防防水及排水水設(shè)施不完完善10防水設(shè)計應(yīng)應(yīng)考慮地表表水、地下下水、毛細細管水等的的作用，以以及由于人人為因素引引起的附近近水文地質(zhì)質(zhì)改變的影影響防水原則：：防、排、、截、堵相相結(jié)合，剛剛?cè)岵?，，因地制宜，，綜合治理理。隧道防水結(jié)結(jié)構(gòu)多采用用塑料板防防水層和防防水混凝土土。同時要要重視混凝凝土的“裂裂縫”處理理。對于承受高高壓水的隧隧道防水或或防水要求求高的地下下工程要考考慮多層防防線，層層層設(shè)防。隧道的防水水設(shè)計11細部構(gòu)造防防水隧道與地下下結(jié)構(gòu)的施施工縫、變變形縫、后后澆帶、穿穿墻管、埋埋設(shè)件、孔孔口等處是是整個工程程防水的薄薄弱環(huán)節(jié)，，對于細部部構(gòu)造的設(shè)設(shè)計與施工工要認真對對待。12施工縫防水水13變形縫的防防水1415隧道排水隧道排水洞內(nèi)排水洞外排水豎向盲溝環(huán)向盲溝縱向盲管排水溝截水溝排水溝洞門仰坡防防護1617盾構(gòu)隧道防防水主要是是解決管片片本身的防防水和管片片接縫的防防水襯砌管片的的防水方法法：管片結(jié)結(jié)構(gòu)的自防防水;管片的制作作精良管片的防水水措施：密密封墊防水水、嵌縫防防水、螺栓栓孔防水、、二次襯砌砌盾構(gòu)隧道防防水1819襯砌類型和和防水：襯襯砌由防水水混凝土，，鋼板或鋼鋼板與混凝凝土復(fù)合材材料制作，，在侵蝕性性介質(zhì)中采采用耐侵蝕蝕材料或做做內(nèi)襯保護護層管筒的接口口是關(guān)鍵，，形式有剛剛性接口、、剛?cè)峤Y(jié)合合接口和柔柔性接口頂管隧道防防水20不同形式的的頂管接頭頭形式剛性接口剛?cè)峤Y(jié)合接接口21柔性接頭22沉管隧道防防水分為管管段自身防防水、管段段外防水和和管段接頭頭防水特點：1）采用水密密型的防水水技術(shù)；2）采用柔性性接頭，常常采用的是是性能優(yōu)越越的GINA和OMEGA型橡膠止水水帶所形成成的柔性接接頭形式；；3）三種防水水形式的綜綜合應(yīng)用形形成嚴密的的防水體系系沉管隧道防防水23GINA斷面止水設(shè)設(shè)計24基本方法：：適當(dāng)疏通注漿堵水增設(shè)內(nèi)防水水層水害整治技技術(shù)關(guān)鍵：：分析病害成成因，對癥癥整治合理選擇防防水材料嚴格施工工工藝運營隧道的的水害治理理25隧道襯砌裂裂損及其防防治26襯砌裂損的的常見病害害襯砌變形、、開裂、滲滲漏水端墻、側(cè)墻墻、翼墻位位移、開裂裂路面拱起、、沉陷、錯錯臺、開裂裂27襯砌開裂28對不良地質(zhì)質(zhì)地段襯砌砌，應(yīng)貫徹徹“寧強勿勿弱，寧曲曲勿直，加加強襯砌過過渡段，寧寧長勿短””的原則盡量減少對對圍巖的的的擾動，提提高襯砌質(zhì)質(zhì)量。大力力推廣光面面爆破，錨錨噴支護，，提高混凝凝土永久性性襯砌的抗抗裂、抗?jié)B滲性能。預(yù)防措施29襯砌變形、、開裂的治治理措施若襯砌背面面存在空隙隙，可在襯襯背壓注水水泥砂漿由于襯砌厚厚度不足,年久變質(zhì)，，或裂縫區(qū)區(qū)域過大，影響響到到襯襯砌砌強強度度，，可可在在襯襯砌砌面面噴噴射射混混凝凝土土襯砌砌裂裂縫縫穩(wěn)穩(wěn)定定時時處處理理可采采用用壓壓注注環(huán)環(huán)氧氧水水泥泥砂砂漿漿或或水水泥泥砂砂漿漿的的方方法法加加固固對于于襯襯砌砌表表面面腐腐蝕蝕、、剝剝落落及及灰灰縫縫脫脫落落可可先先清清除除表表面面然然后后加加噴噴一一層層混混凝凝土土整治治措措施施30路面面拱拱起起、、沉沉陷陷、、錯錯臺臺、、開開裂裂處處理理誘因因采取取措措施施圍巖巖側(cè)側(cè)壓壓力力過過大大，，導(dǎo)導(dǎo)致致兩兩邊邊側(cè)側(cè)墻墻內(nèi)內(nèi)移移而而引引起起的的路路面面拱拱起起在路路面面下下加加設(shè)設(shè)水水平平支支撐撐路面面局局部部沉沉陷陷、、錯錯臺臺、、嚴嚴重重碎碎裂裂挖出出破破損損的的路路面面以以及及其其下下部部的的基基層層，，重重鋪鋪路路面面治理理滲滲漏漏水水，，并并將將水水引引入入兩兩側(cè)側(cè)邊邊溝溝3132對洞洞口口的的檢檢查查與與養(yǎng)養(yǎng)護護須引引起起注注意意的的方方面面：：擋墻墻、、邊邊坡坡的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性洞口口的的排排水水、、防防水水系系統(tǒng)統(tǒng)危石石33泥石石流流堵堵塞塞洞洞口口3435隧道道凍凍害害36常見見的的凍凍害害種種類類：：拱部部掛掛冰冰、、邊邊墻墻結(jié)結(jié)冰冰；；圍巖巖凍凍脹脹破破壞壞，，引引起起襯襯砌砌變變形形破破壞壞；；襯砌砌發(fā)發(fā)生生冰冰楔楔隧道道內(nèi)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)線線掛掛冰冰危害害性性：：隧道道凍凍害害會會導(dǎo)導(dǎo)致致襯襯砌砌凍凍脹脹開開裂裂，，甚甚至至疏疏松松剝剝落落，，造造成成隧隧道道襯襯砌砌結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的失失穩(wěn)穩(wěn)破破壞壞，，降降低低襯襯砌砌結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的安安全全可可靠靠性性，，嚴嚴重重影影響響運運輸輸?shù)牡陌舶踩秃驼３＿\運行行。。37嚴寒寒及及寒寒冷冷地地區(qū)區(qū)隧隧道道凍凍害害的的防防治治，，其其基基本本措措施施是是：：綜合合治治水水更換換或或改改造造土土壤壤保溫溫防防凍凍加強強結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，如如加加設(shè)設(shè)仰仰拱拱襯襯砌砌，，采采用用防防水水鋼鋼筋筋混混凝凝土土襯襯砌砌，，錨錨噴噴混混凝凝土土加加固固，，加加抗抗凍凍脹脹錨錨桿桿等等。。通過過加加深深邊邊墻墻，，加加強強底底部部排排水水等等方方法法防防止止融融坍坍凍害害的的防防治治38隧道道的的震震害害與與抗抗震震39隧道道的的震震害害類類型型及及特特征征1906年美美國國舊舊金金山山發(fā)發(fā)生生8.3級地地震震，，嚴嚴重重破破壞壞了了位位于于斷斷裂裂帶帶上上的的兩兩座座隧隧道道；；1923年日日本本關(guān)關(guān)東東發(fā)發(fā)生生8.2級地地震震，，區(qū)區(qū)鐵鐵路路線線上上82座隧隧道道遭遭到到破破壞壞或或變變形形;1952年美美國國克克斯斯發(fā)發(fā)生生7.7級地地震震，，穿穿越越地地震震斷斷裂裂帶帶的的四四座座鐵鐵路路隧隧道道全全部部都都發(fā)發(fā)生生了了嚴嚴重重破破壞壞；；1983年距距上上海海市市150km以外外的的洋洋面面上上發(fā)發(fā)生生6級地地震震，，打打浦浦路路管管片片上上的的出出現(xiàn)現(xiàn)了了5座可可見見裂裂縫縫；；1995年在在日日本本阪阪神神大大地地震震中中,地鐵鐵結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)發(fā)生生了了很很大大破破壞壞，，車車站站結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)破破壞壞尤尤為為明明顯顯。。神神戶戶高高鐵鐵大大開開車站站的的震震害害情情況況，，用用明明挖挖法法于于1964年建建成成，，中中柱柱（（B400××D1000mm，3.5m）約約30根完完全全破破壞壞，，頂頂板板下下沉沉約約3m，隧隧道道斷斷面面變變成成M形。。40隧道道的的震震害害類類型型及及特特征征隧道道的的中中柱柱上上端端或或下下端端混混凝凝土土剝剝落落，，鋼鋼筋筋彎彎曲曲。。在在線線路路方方向向及及垂垂直直方方向向上上，，軸軸向向鋼鋼筋筋鼓鼓出出，，箍箍筋筋也也有有許許多多破破壞壞的的，，在在側(cè)側(cè)壁壁的的隅隅角角部部分分也也發(fā)發(fā)生生裂裂縫縫及及變變位位但但無無顯顯著著破破壞壞。。在阪神大地震震中，山嶺隧隧道也遭到嚴嚴重的破壞。。主要是側(cè)壁壁的壓潰裂紋紋及拱部剪切切剝落及環(huán)向向開裂。許多多建于20世紀60年代的隧道，，由于設(shè)計時時未考慮淺埋埋地層變形的的影響，隧道道結(jié)構(gòu)的變形形性能不能承承受這次大地地震，拱頂部部分發(fā)生較嚴嚴重的剪切裂裂紋及剝落，，隧道橫斷面面方向發(fā)生混混凝土片的剝剝落。如山陽陽新干線的六六甲隧道，41隧道的震害類類型及特征長16235m，橫切六甲斷斷層系，地震震后隧道的水水泥內(nèi)壁有眾眾多裂縫，裂裂縫長達數(shù)十十米的地方有有3處，隧道的檢檢查通道在百百米范圍內(nèi)出出現(xiàn)裂縫。1999年9月21日，我國臺灣灣省臺中地區(qū)區(qū)發(fā)生了里氏氏7.3級地震（集集集地震）,那次大地震造造成2375人死亡,10000多人受傷，30000多座建筑物倒倒塌。地震發(fā)發(fā)生后,通過對臺中地地區(qū)57座山嶺隧道進進行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)除了8座隧道未受損損壞外,其余49座都有不同程程度的損壞,而且表現(xiàn)出不不同。形式式的損壞,如襯砌開裂、、襯砌剝落、、洞門破壞、、地下水涌入入、鋼筋鼓出出及彎曲、襯襯砌移位、底底板開裂及由由于邊坡破壞壞造成的隧道道坍塌。都汶公路11座隧道示意圖圖汶川地震隧道的震害類類型及特征都江堰－映秀：

都汶高速（紫坪鋪隧道、龍洞子隧道、龍溪隧道）

映秀-汶川：

都汶公路臥龍連接線（燒火坪隧道）都汶公路二級路段（單坎梁子隧道、草坡隧道、桃關(guān)隧道、福堂壩隧道、徹底關(guān)隧道、毛家灣隧道、皂角灣隧道）

1.洞口邊坡滑塌塌與崩塌（13處）洞口邊坡滑塌塌洞口邊坡滑塌塌龍洞子隧道出出口的震害龍溪隧道出口口高陡邊坡崩崩落2.洞門裂損主要發(fā)生在端端墻式和柱墻墻式洞門結(jié)構(gòu)構(gòu)中。桃關(guān)隧道圓弧形形端墻開裂與與松脫max:50cm洞口段坍方（（5處）3.襯砌及圍巖坍坍塌龍溪隧道K21+575-580拱部地震坍方方龍溪隧道二襯襯坍落縱向裂縫4.襯砌開裂及錯錯位都汶公路11座隧道中8座隧道出現(xiàn)了了不同程度的的襯砌開裂橫向張裂環(huán)向破裂與錯錯臺（最大可達20cm）斜向剪裂底板強烈隆起起5.底板開裂及隆隆起底板強烈隆起起初期支護鼓出出、剪裂6.初期支護變形形及開裂初期鋼架潰屈屈地下隧道屬于于幾何線性結(jié)結(jié)構(gòu)，在地震震荷載的作用用下，由于周周圍介質(zhì)的存存在，其動態(tài)態(tài)反應(yīng)會呈現(xiàn)現(xiàn)出與地面建建筑不同的特特性，主要變變現(xiàn)為：1)地下隧道的振振動變形受周周圍介質(zhì)的約約束作用明顯顯,結(jié)構(gòu)的動力反反應(yīng)一般不明明顯。2)在地震荷載作作用下,當(dāng)?shù)叵滤淼澜Y(jié)結(jié)構(gòu)存在明顯顯慣性或周圍圍介質(zhì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)間的剛度失失配時,結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生過過度變形而破破壞。3)地下隧道震害害多發(fā)生在地地質(zhì)條件有較較大變化的區(qū)區(qū)域;相反如果地質(zhì)質(zhì)條件均勻,即便震級較大大,結(jié)構(gòu)也較安全全。4)地下隧道若穿穿過地質(zhì)不良良地帶也易遭遭震害。5)結(jié)構(gòu)斷面形狀狀及剛度發(fā)生生明顯變化的的部位，如隧隧恫進出口等等部位均為抗抗震的薄弱環(huán)環(huán)節(jié)。5)地下隧道的破破壞形式主要要是彎曲裂縫縫、豎向裂縫縫混凝土脫落落和鋼筋外露露等。襯砌的剪切移位。當(dāng)隧道建在斷層層破碎帶上時時,常常會發(fā)生這這種形式的破破壞。在臺灣灣“9·21”地震中,位于斷層帶上上的一座輸水水隧道就發(fā)生生了這種破壞壞。由于斷層層的移位,該輸水隧道在在進水口下游游180m處發(fā)生了剪切切滑移,如圖6-18所示,隧道在豎直方向分開4隧道震害的主主要表現(xiàn)形式式襯砌剪切移位位圖m,在水平方向分分開3m,整個隧道發(fā)生生嚴重破壞。。(2)邊坡破壞造成成的隧道坍塌塌邊坡破壞造成成的隧道坍塌塌(3)襯砌開開裂地震中中,襯砌開開裂是是最常常發(fā)生生的現(xiàn)現(xiàn)象。。這種種形式式的襯襯砌破破壞在在又可可分為為縱向向裂損損、橫橫向裂裂損、、斜向向裂損損、斜斜向裂裂損進進一步步發(fā)展展所致致的環(huán)向向裂損損、底底板裂裂損以以及沿沿著孔孔口如如電纜纜槽、、避車車洞或或避人人洞發(fā)發(fā)生的的裂損損。襯砌縱縱向裂裂損圖圖襯砌橫橫向裂裂損圖圖襯砌斜斜向裂裂損圖圖襯砌環(huán)環(huán)向裂裂損圖圖底板裂裂損圖圖孔口附附近襯襯砌裂裂損圖圖(4)邊墻開開裂由于顯顯著的的邊墻墻向內(nèi)內(nèi)變形形造成成的隧隧道破破壞。。這種種變形形可以以造成成邊墻墻襯砌砌的大大量開開裂,甚至導(dǎo)導(dǎo)致邊邊溝的的倒塌塌。邊墻變變形隧道震震害的的機理理現(xiàn)場調(diào)調(diào)查表表明,隧道及及地下下結(jié)構(gòu)構(gòu)的震震害形形態(tài)的的差異異與地震震強度度、震震中距距、地地震波波的特特性、、地震震力的的作用用方向向、地地質(zhì)條條件、、襯砌砌條件件、隧隧道與與圍巖巖的相相對剛剛度、、施工工方法法、施施工的的難易易程度度以及及施工工過程程中是是否出出現(xiàn)坍坍方等等有密密切關(guān)關(guān)系。。根據(jù)據(jù)以往往地下下結(jié)構(gòu)構(gòu)在地地震中中所表表現(xiàn)的的行為為可知知,地震的的主要要或次次要效效應(yīng)均均可使使隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)遭受受破壞壞。這這些效效應(yīng)包包括兩兩個方方面:(1)圍巖失失穩(wěn),主要指指圍巖巖的變變形、、差異異位移移、震震害和和液化化；(2)地震慣慣性力力,主要指指強烈烈的地地層運運動在在結(jié)構(gòu)構(gòu)中所所產(chǎn)生生的慣慣性力力所造造成的的破壞壞。隧道震震害的的機理理圍巖失失穩(wěn)和和地震震慣性性力作作用是地下下結(jié)構(gòu)構(gòu)震害害的兩兩種主主要原原因。。對于于同一一程度度的大大地搖搖動而而言,如果僅僅論及及結(jié)構(gòu)構(gòu)的慣慣性力力,地下結(jié)結(jié)構(gòu)要要比地地面結(jié)結(jié)構(gòu)安安全的的多。。這是是因為為地下下結(jié)構(gòu)構(gòu)處于于周圍圍地層層的約約束之之中,并與地地層一一起運運動。。因而而,地下結(jié)結(jié)構(gòu)在在地震震運動動過程程中,僅僅按按照其其相對對于地地層的的質(zhì)量量密度度和剛剛度分分擔(dān)一一部分分地震震變形形和荷荷載,而不像像地面面結(jié)構(gòu)構(gòu)那樣樣,承擔(dān)全全部的的慣性性力。。研究表表明:隧道結(jié)結(jié)構(gòu)抵抵抗縱向的的拉壓壓和橫橫向的的剪切切兩種種作用用的能力力,并不因因結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度度的加加強而而有很很大改改善。。所以以,隧道結(jié)結(jié)構(gòu)的的抗震震設(shè)計計原則則應(yīng)當(dāng)當(dāng)考慮慮這種種破壞壞作用用,使設(shè)計計的結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)有足足夠的的韌性性以吸吸收地地震所所產(chǎn)生生的相相位衍衍生應(yīng)應(yīng)力和和相對對變位位,同時又又不損損害其其承受受靜載載的能能力。。一味味加強強結(jié)構(gòu)構(gòu),試圖讓讓結(jié)構(gòu)構(gòu)去抵抵抗相相當(dāng)大大的強強制變變位所所產(chǎn)生生的內(nèi)內(nèi)力是是不現(xiàn)現(xiàn)實的的。（1）選址址與規(guī)規(guī)劃設(shè)設(shè)計方方面在強震震區(qū)避避免隧隧道直直接穿穿越活活動斷斷裂，，穿越越活動動斷裂裂帶的的次級級斷層層時必必須要要加強強抗震震設(shè)防防措