全國隧道常見災(zāi)害與防治技術(shù)共67

1隧道常見災(zāi)害及其防治技術(shù)

土木工程學(xué)院江學(xué)良2我國各類隧道均存在不同程度的病害。以隧道鐵路為例：根據(jù)1997年技術(shù)狀態(tài)檢查統(tǒng)計，我國運營鐵路有隧道5000余座。大部分存在不同程度的病害，有的還相當(dāng)嚴(yán)重，其中發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象隧道3270座，占運營總數(shù)的65%

現(xiàn)狀隧道常見的主要病害包括：隧道水害、襯砌裂損、隧道凍害、與震害3隧道水害與隧道防水4隧道水害的種類及其危害

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

1.洞口邊坡坡滑塌與與崩塌（（13處）洞口邊坡坡滑塌洞口邊坡坡滑塌龍洞子隧隧道出口口的震害害龍溪隧道道出口高高陡邊坡坡崩落2.洞門裂損損主要發(fā)生生在端墻墻式和柱柱墻式洞洞門結(jié)構(gòu)構(gòu)中。桃關(guān)隧道圓圓弧形端端墻開裂裂與松脫脫max:50cm洞口段坍坍方（5處）3.襯砌及圍圍巖坍塌塌龍溪隧道道K21+575-580拱部地震震坍方龍溪隧道道二襯坍坍落縱向裂縫縫4.襯砌開裂裂及錯位位都汶公路路11座隧道中中8座隧道出出現(xiàn)了不不同程度度的襯砌砌開裂橫向張裂裂環(huán)向破裂裂與錯臺臺（最大可可達20cm）斜向剪裂裂底板強烈烈隆起5.底板開裂裂及隆起起底板強烈烈隆起初期支護護鼓出、、剪裂6.初期支護護變形及及開裂初期鋼架架潰屈地下隧道道屬于幾幾何線性性結(jié)構(gòu)，，在地震震荷載的的作用下下，由于于周圍介介質(zhì)的存存在，其其動態(tài)反反應(yīng)會呈呈現(xiàn)出與與地面建建筑不同同的特性性，主要要變現(xiàn)為為：1)地下隧道道的振動動變形受受周圍介介質(zhì)的約約束作用用明顯,結(jié)構(gòu)的動動力反應(yīng)應(yīng)一般不不明顯。。2)在地震荷荷載作用用下,當(dāng)?shù)叵滤硭淼澜Y(jié)構(gòu)構(gòu)存在明明顯慣性性或周圍圍介質(zhì)與與結(jié)構(gòu)間間的剛度度失配時時,結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生生過度變形形而破壞。。3)地下隧道震震害多發(fā)生生在地質(zhì)條條件有較大大變化的區(qū)區(qū)域;相反如果地地質(zhì)條件均均勻,即便震級較較大,結(jié)構(gòu)也較安安全。4)地下隧道若若穿過地質(zhì)質(zhì)不良地帶帶也易遭震震害。5)結(jié)構(gòu)斷面形形狀及剛度度發(fā)生明顯顯變化的部部位，如隧隧恫進出口口等部位均均為抗震的的薄弱環(huán)節(jié)節(jié)。5)地下隧道的的破壞形式式主要是彎彎曲裂縫、、豎向裂縫縫混凝土脫脫落和鋼筋筋外露等。襯砌的剪切移位位。當(dāng)隧道建在斷斷層破碎帶帶上時,常常會發(fā)生生這種形式式的破壞。。在臺灣““9·21””地震中,位于斷層帶帶上的一座座輸水隧道道就發(fā)生了了這種破壞壞。由于斷斷層的移位位,該輸水隧道道在進水口口下游180m處發(fā)生了剪剪切滑移,如圖6-18所示,隧道在豎直直方向分開4隧道震害的的主要表現(xiàn)現(xiàn)形式襯砌剪切移移位圖m,在水平方向向分開3m,整個隧道發(fā)發(fā)生嚴(yán)重破破壞。(2)邊坡破壞造造成的隧道道坍塌邊坡破壞造造成的隧道道坍塌(3)襯砌開裂地震中,襯砌開裂是是最常發(fā)生生的現(xiàn)象。。這種形式式的襯砌破破壞在又可可分為縱向向裂損、橫橫向裂損、、斜向裂損損、斜向裂裂損進一步步發(fā)展所致致的環(huán)向裂損損、底板裂裂損以及沿沿著孔口如如電纜槽、、避車洞或或避人洞發(fā)發(fā)生的裂損損。襯砌縱向裂裂損圖襯砌橫向裂裂損圖襯砌斜向裂裂損圖襯砌環(huán)向裂裂損圖底板裂損圖圖孔口附近襯襯砌裂損圖圖(4)邊墻開裂由于顯著的的邊墻向內(nèi)內(nèi)變形造成成的隧道破破壞。這種種變形可以以造成邊墻墻襯砌的大大量開裂,甚至導(dǎo)致邊邊溝的倒塌塌。邊墻變形隧道震害的的機理現(xiàn)場調(diào)查表表明,隧道及地下下結(jié)構(gòu)的震震害形態(tài)的的差異與地震強度度、震中距距、地震波波的特性、、地震力的的作用方向向、地質(zhì)條條件、襯砌砌條件、隧隧道與圍巖巖的相對剛剛度、施工工方法、施施工的難易易程度以及及施工過程程中是否出出現(xiàn)坍方等等有密切關(guān)關(guān)系。根據(jù)據(jù)以往地下下結(jié)構(gòu)在地地震中所表表現(xiàn)的行為為可知,地震的主要要或次要效效應(yīng)均可使使隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)遭受破壞壞。這些效效應(yīng)包括兩兩個方面:(1)圍巖失穩(wěn),主要指圍巖巖的變形、、差異位移移、震害和和液化；(2)地震慣性力力,主要指強烈烈的地層運運動在結(jié)構(gòu)構(gòu)中所產(chǎn)生生的慣性力力所造成的的破壞。隧道震害的的機理圍巖失穩(wěn)和和地震慣性性力作用是地下結(jié)構(gòu)構(gòu)震害的兩兩種主要原原因。對于于同一程度度的大地?fù)u搖動而言,如果僅論及及結(jié)構(gòu)的慣慣性力,地下結(jié)構(gòu)要要比地面結(jié)結(jié)構(gòu)安全的的多。這是是因為地下下結(jié)構(gòu)處于于周圍地層層的約束之之中,并與地層一一起運動。。因而,地下結(jié)構(gòu)在在地震運動動過程中,僅僅按照其其相對于地地層的質(zhì)量量密度和剛剛度分擔(dān)一一部分地震震變形和荷荷載,而不像地面面結(jié)構(gòu)那樣樣,承擔(dān)全部的的慣性力。。研究表明:隧道結(jié)構(gòu)抵抵抗縱向的拉壓壓和橫向的的剪切兩種種作用的能力,并不因結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度的加加強而有很很大改善。。所以,隧道結(jié)構(gòu)的的抗震設(shè)計計原則應(yīng)當(dāng)當(dāng)考慮這種種破壞作用用,使設(shè)計的結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足足夠的韌性性以吸收地地震所產(chǎn)生生的相位衍衍生應(yīng)力和和相對變位位,同時又不損損害其承受受靜載的能能力。一味味加強結(jié)構(gòu)構(gòu),試圖讓結(jié)構(gòu)構(gòu)去抵抗相相當(dāng)大的強強制變位所所產(chǎn)生的內(nèi)內(nèi)力是不現(xiàn)現(xiàn)實的。（1）選址與規(guī)規(guī)劃設(shè)計方方面在強震區(qū)避避免隧道直直接穿越活活動斷裂，，穿越活動動斷裂帶的的次級斷層層時必須要要加強抗震震設(shè)防措施施，在次級級斷裂帶兩兩側(cè)一定范范圍內(nèi)二次次襯砌應(yīng)采采用鋼筋混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)。隧道抗減震啟示示（2）洞口段山嶺隧道洞洞口邊坡在在強震作用用下的穩(wěn)定定性直接關(guān)關(guān)系到隧道道運營安全全，地震中中極易產(chǎn)生生崩滑、掩掩埋洞口、、毀壞