全国隧道常见灾害与防治技术（共67）

1隧道常见灾灾害及其防防治技术土木工程学学院江江学良2我国各类隧隧道均存在在不同程度度的病害。。以隧道铁铁路为例：：根据1997年技术状态态检查统计计，我国运运营铁路有有隧道5000余座。大部部分存在不不同程度的的病害，有有的还相当当严重，其其中发生失失稳现象隧隧道3270座，占运营营总数的65%现状隧道常见的的主要病害害包括：隧隧道水害、、衬砌裂损损、隧道冻冻害、与震震害3隧道水害与与隧道防水水4隧道水害的的种类及其其危害隧道渗漏水水隧道渗漏，，按发生的的部位分为为：拱部有有渗水、滴滴水、漏水水成线和成成股射流四四种，边墙墙有渗水、、淌水两种种，少数有有涌水灾害害。危害：隧道渗水水对隧道稳稳定、洞内内设施、行行车安全、、地面建筑筑和隧道周周围水环境境产生诸多多不利影响响甚至威胁胁。衬砌周围积积水危害:水压过大时时导致衬砌砌破裂软化围岩，，从而加大大衬砌压力力，导致衬衬砌破裂膨胀性围岩岩体积膨胀胀，导致衬衬砌破裂寒冷地区引引发冻胀病病害5潜流冲刷概念：由于于地下水渗渗流和流动动而产生的的冲刷和溶溶蚀作用。。危害：衬砌基础下下沉，边墙墙开裂或仰仰拱、整体体道床下沉沉开裂围岩滑移错错动导致衬衬砌变形开开裂超挖回填不不实或未全全部回填着着，引起围围岩坍塌，，导致衬砌砌破坏。67边墙溶洞出出水8涌水9水害的成因因可以归结为为客观和主主观两方面面原因：隧道穿越含含水的不良良地层隧道衬砌防防水及排水水设施不完完善10防水设计应应考虑地表表水、地下下水、毛细细管水等的的作用，以以及由于人人为因素引引起的附近近水文地质质改变的影影响防水原则：：防、排、、截、堵相相结合，刚刚柔并济，，因地制宜，，综合治理理。隧道防水结结构多采用用塑料板防防水层和防防水混凝土土。同时要要重视混凝凝土的“裂裂缝”处理理。对于承受高高压水的隧隧道防水或或防水要求求高的地下下工程要考考虑多层防防线，层层层设防。隧道的防水水设计11细部构造防防水隧道与地下下结构的施施工缝、变变形缝、后后浇带、穿穿墙管、埋埋设件、孔孔口等处是是整个工程程防水的薄薄弱环节，，对于细部部构造的设设计与施工工要认真对对待。12施工缝防水水13变形缝的防防水1415隧道排水隧道排水洞内排水洞外排水竖向盲沟环向盲沟纵向盲管排水沟截水沟排水沟洞门仰坡防防护1617盾构隧道防防水主要是是解决管片片本身的防防水和管片片接缝的防防水衬砌管片的的防水方法法：管片结结构的自防防水;管片的制作作精良管片的防水水措施：密密封垫防水水、嵌缝防防水、螺栓栓孔防水、、二次衬砌砌盾构隧道防防水1819衬砌类型和和防水：衬衬砌由防水水混凝土，，钢板或钢钢板与混凝凝土复合材材料制作，，在侵蚀性性介质中采采用耐侵蚀蚀材料或做做内衬保护护层管筒的接口口是关键，，形式有刚刚性接口、、刚柔结合合接口和柔柔性接口顶管隧道防防水20不同形式的的顶管接头头形式刚性接口刚柔结合接接口21柔性接头22沉管隧道防防水分为管管段自身防防水、管段段外防水和和管段接头头防水特点：1）采用水密密型的防水水技术；2）采用柔性性接头，常常采用的是是性能优越越的GINA和OMEGA型橡胶止水水带所形成成的柔性接接头形式；；3）三种防水水形式的综综合应用形形成严密的的防水体系系沉管隧道防防水23GINA断面止水设设计24基本方法：：适当疏通注浆堵水增设内防水水层水害整治技技术关键：：分析病害成成因，对症症整治合理选择防防水材料严格施工工工艺运营隧道的的水害治理理25隧道衬砌裂裂损及其防防治26衬砌裂损的的常见病害害衬砌变形、、开裂、渗渗漏水端墙、侧墙墙、翼墙位位移、开裂裂路面拱起、、沉陷、错错台、开裂裂27衬砌开裂28对不良地质质地段衬砌砌，应贯彻彻“宁强勿勿弱，宁曲曲勿直，加加强衬砌过过渡段，宁宁长勿短””的原则尽量减少对对围岩的的的扰动，提提高衬砌质质量。大力力推广光面面爆破，锚锚喷支护，，提高混凝凝土永久性性衬砌的抗抗裂、抗渗渗性能。预防措施29衬砌变形、、开裂的治治理措施若衬砌背面面存在空隙隙，可在衬衬背压注水水泥砂浆由于衬砌厚厚度不足,年久变质，，或裂缝区区域过大，影响响到到衬衬砌砌强强度度，，可可在在衬衬砌砌面面喷喷射射混混凝凝土土衬砌砌裂裂缝缝稳稳定定时时处处理理可采采用用压压注注环环氧氧水水泥泥砂砂浆浆或或水水泥泥砂砂浆浆的的方方法法加加固固对于于衬衬砌砌表表面面腐腐蚀蚀、、剥剥落落及及灰灰缝缝脱脱落落可可先先清清除除表表面面然然后后加加喷喷一一层层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、、错错台台、、开开裂裂处处理理诱因因采取取措措施施围岩岩侧侧压压力力过过大大，，导导致致两两边边侧侧墙墙内内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设设水水平平支支撑撑路面面局局部部沉沉陷陷、、错错台台、、严严重重碎碎裂裂挖出出破破损损的的路路面面以以及及其其下下部部的的基基层层，，重重铺铺路路面面治理理渗渗漏漏水水，，并并将将水水引引入入两两侧侧边边沟沟3132对洞洞口口的的检检查查与与养养护护须引引起起注注意意的的方方面面：：挡墙墙、、边边坡坡的的稳稳定定性性洞口口的的排排水水、、防防水水系系统统危石石33泥石石流流堵堵塞塞洞洞口口3435隧道道冻冻害害36常见见的的冻冻害害种种类类：：拱部部挂挂冰冰、、边边墙墙结结冰冰；；围岩岩冻冻胀胀破破坏坏，，引引起起衬衬砌砌变变形形破破坏坏；；衬砌砌发发生生冰冰楔楔隧道道内内网网线线挂挂冰冰危害害性性：：隧道道冻冻害害会会导导致致衬衬砌砌冻冻胀胀开开裂裂，，甚甚至至疏疏松松剥剥落落，，造造成成隧隧道道衬衬砌砌结结构构的的失失稳稳破破坏坏，，降降低低衬衬砌砌结结构构的的安安全全可可靠靠性性，，严严重重影影响响运运输输的的安安全全和和正正常常运运行行。。37严寒寒及及寒寒冷冷地地区区隧隧道道冻冻害害的的防防治治，，其其基基本本措措施施是是：：综合合治治水水更换换或或改改造造土土壤壤保温温防防冻冻加强强结结构构，，如如加加设设仰仰拱拱衬衬砌砌，，采采用用防防水水钢钢筋筋混混凝凝土土衬衬砌砌，，锚锚喷喷混混凝凝土土加加固固，，加加抗抗冻冻胀胀锚锚杆杆等等。。通过过加加深深边边墙墙，，加加强强底底部部排排水水等等方方法法防防止止融融坍坍冻害害的的防防治治38隧道道的的震震害害与与抗抗震震39隧道道的的震震害害类类型型及及特特征征1906年美美国国旧旧金金山山发发生生8.3级地地震震，，严严重重破破坏坏了了位位于于断断裂裂带带上上的的两两座座隧隧道道；；1923年日日本本关关东东发发生生8.2级地地震震，，区区铁铁路路线线上上82座隧隧道道遭遭到到破破坏坏或或变变形形;1952年美美国国克克斯斯发发生生7.7级地地震震，，穿穿越越地地震震断断裂裂带带的的四四座座铁铁路路隧隧道道全全部部都都发发生生了了严严重重破破坏坏；；1983年距距上上海海市市150km以外外的的洋洋面面上上发发生生6级地地震震，，打打浦浦路路管管片片上上的的出出现现了了5座可可见见裂裂缝缝；；1995年在在日日本本阪阪神神大大地地震震中中,地铁铁结结构构发发生生了了很很大大破破坏坏，，车车站站结结构构破破坏坏尤尤为为明明显显。。神神户户高高铁铁大大开开车站站的的震震害害情情况况，，用用明明挖挖法法于于1964年建建成成，，中中柱柱（（B400××D1000mm，3.5m）约约30根完完全全破破坏坏，，顶顶板板下下沉沉约约3m，隧隧道道断断面面变变成成M形。。40隧道道的的震震害害类类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剥剥落落，，钢钢筋筋弯弯曲曲。。在在线线路路方方向向及及垂垂直直方方向向上上，，轴轴向向钢钢筋筋鼓鼓出出，，箍箍筋筋也也有有许许多多破破坏坏的的，，在在侧侧壁壁的的隅隅角角部部分分也也发发生生裂裂缝缝及及变变位位但但无无显显著著破破坏坏。。在阪神大地震震中，山岭隧隧道也遭到严严重的破坏。。主要是侧壁壁的压溃裂纹纹及拱部剪切切剥落及环向向开裂。许多多建于20世纪60年代的隧道，，由于设计时时未考虑浅埋埋地层变形的的影响，隧道道结构的变形形性能不能承承受这次大地地震，拱顶部部分发生较严严重的剪切裂裂纹及剥落，，隧道横断面面方向发生混混凝土片的剥剥落。如山阳阳新干线的六六甲隧道，41隧道的震害类类型及特征长16235m，横切六甲断断层系，地震震后隧道的水水泥内壁有众众多裂缝，裂裂缝长达数十十米的地方有有3处，隧道的检检查通道在百百米范围内出出现裂缝。1999年9月21日，我国台湾湾省台中地区区发生了里氏氏7.3级地震（集集集地震）,那次大地震造造成2375人死亡,10000多人受伤，30000多座建筑物倒倒塌。地震发发生后,通过对台中地地区57座山岭隧道进进行调查,发现除了8座隧道未受损损坏外,其余49座都有不同程程度的损坏,而且表现出不不同。形式式的损坏,如衬砌开裂、、衬砌剥落、、洞门破坏、、地下水涌入入、钢筋鼓出出及弯曲、衬衬砌移位、底底板开裂及由由于边坡破坏坏造成的隧道道坍塌。都汶公路11座隧道示意图图汶川地震隧道的震害类类型及特征都江堰－映秀：

都汶高速（紫坪铺隧道、龙洞子隧道、龙溪隧道）

映秀-汶川：

都汶公路卧龙连接线（烧火坪隧道）都汶公路二级路段（单坎梁子隧道、草坡隧道、桃关隧道、福堂坝隧道、彻底关隧道、毛家湾隧道、皂角湾隧道）

1.洞口边坡滑塌塌与崩塌（13处）洞口边坡滑塌塌洞口边坡滑塌塌龙洞子隧道出出口的震害龙溪隧道出口口高陡边坡崩崩落2.洞门裂损主要发生在端端墙式和柱墙墙式洞门结构构中。桃关隧道圆弧形形端墙开裂与与松脱max:50cm洞口段坍方（（5处）3.衬砌及围岩坍坍塌龙溪隧道K21+575-580拱部地震坍方方龙溪隧道二衬衬坍落纵向裂缝4.衬砌开裂及错错位都汶公路11座隧道中8座隧道出现了了不同程度的的衬砌开裂横向张裂环向破裂与错错台（最大可达20cm）斜向剪裂底板强烈隆起起5.底板开裂及隆隆起底板强烈隆起起初期支护鼓出出、剪裂6.初期支护变形形及开裂初期钢架溃屈屈地下隧道属于于几何线性结结构，在地震震荷载的作用用下，由于周周围介质的存存在，其动态态反应会呈现现出与地面建建筑不同的特特性，主要变变现为：1)地下隧道的振振动变形受周周围介质的约约束作用明显显,结构的动力反反应一般不明明显。2)在地震荷载作作用下,当地下隧道结结构存在明显显惯性或周围围介质与结构构间的刚度失失配时,结构会产生过过度变形而破破坏。3)地下隧道震害害多发生在地地质条件有较较大变化的区区域;相反如果地质质条件均匀,即便震级较大大,结构也较安全全。4)地下隧道若穿穿过地质不良良地带也易遭遭震害。5)结构断面形状状及刚度发生生明显变化的的部位，如隧隧恫进出口等等部位均为抗抗震的薄弱环环节。5)地下隧道的破破坏形式主要要是弯曲裂缝缝、竖向裂缝缝混凝土脱落落和钢筋外露露等。衬砌的剪切移位。当隧道建在断层层破碎带上时时,常常会发生这这种形式的破破坏。在台湾湾“9·21”地震中,位于断层带上上的一座输水水隧道就发生生了这种破坏坏。由于断层层的移位,该输水隧道在在进水口下游游180m处发生了剪切切滑移,如图6-18所示,隧道在竖直方向分开4隧道震害的主主要表现形式式衬砌剪切移位位图m,在水平方向分分开3m,整个隧道发生生严重破坏。。(2)边坡破坏造成成的隧道坍塌塌边坡破坏造成成的隧道坍塌塌(3)衬砌开开裂地震中中,衬砌开开裂是是最常常发生生的现现象。。这种种形式式的衬衬砌破破坏在在又可可分为为纵向向裂损损、横横向裂裂损、、斜向向裂损损、斜斜向裂裂损进进一步步发展展所致致的环向向裂损损、底底板裂裂损以以及沿沿着孔孔口如如电缆缆槽、、避车车洞或或避人人洞发发生的的裂损损。衬砌纵纵向裂裂损图图衬砌横横向裂裂损图图衬砌斜斜向裂裂损图图衬砌环环向裂裂损图图底板裂裂损图图孔口附附近衬衬砌裂裂损图图(4)边墙开开裂由于显显著的的边墙墙向内内变形形造成成的隧隧道破破坏。。这种种变形形可以以造成成边墙墙衬砌砌的大大量开开裂,甚至导导致边边沟的的倒塌塌。边墙变变形隧道震震害的的机理理现场调调查表表明,隧道及及地下下结构构的震震害形形态的的差异异与地震震强度度、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、地地质条条件、、衬砌砌条件件、隧隧道与与围岩岩的相相对刚刚度、、施工工方法法、施施工的的难易易程度度以及及施工工过程程中是是否出出现坍坍方等等有密密切关关系。。根据据以往往地下下结构构在地地震中中所表表现的的行为为可知知,地震的的主要要或次次要效效应均均可使使隧道道结构构遭受受破坏坏。这这些效效应包包括两两个方方面:(1)围岩失失稳,主要指指围岩岩的变变形、、差异异位移移、震震害和和液化化；(2)地震惯惯性力力,主要指指强烈烈的地地层运运动在在结构构中所所产生生的惯惯性力力所造造成的的破坏坏。隧道震震害的的机理理围岩失失稳和和地震震惯性性力作作用是地下下结构构震害害的两两种主主要原原因。。对于于同一一程度度的大大地摇摇动而而言,如果仅仅论及及结构构的惯惯性力力,地下结结构要要比地地面结结构安安全的的多。。这是是因为为地下下结构构处于于周围围地层层的约约束之之中,并与地地层一一起运运动。。因而而,地下结结构在在地震震运动动过程程中,仅仅按按照其其相对对于地地层的的质量量密度度和刚刚度分分担一一部分分地震震变形形和荷荷载,而不像像地面面结构构那样样,承担全全部的的惯性性力。。研究表表明:隧道结结构抵抵抗纵向的的拉压压和横横向的的剪切切两种种作用用的能力力,并不因因结构构刚度度的加加强而而有很很大改改善。。所以以,隧道结结构的的抗震震设计计原则则应当当考虑虑这种种破坏坏作用用,使设计计的结结构应应有足足够的的韧性性以吸吸收地地震所所产生生的相相位衍衍生应应力和和相对对变位位,同时又又不损损害其其承受受静载载的能能力。。一味味加强强结构构,试图让让结构构去抵抵抗相相当大大的强强制变变位所所产生生的内内力是是不现现实的的。（1）选址址与规规划设设计方方面在强震震区避避免隧隧道直直接穿穿越活活动断断裂，，穿越越活动动断裂裂带的的次级级断层层时必必须要要加强强抗震震设防防措