【全国】隧道常见灾害与防治技术（共67）

1隧道常见灾害害及其防治技技术土木工程学院院江江学良2我国各类隧道道均存在不同同程度的病害害。以隧道铁铁路为例：根根据1997年技术状态检检查统计，我我国运营铁路路有隧道5000余座。大部分分存在不同程程度的病害，，有的还相当当严重，其中中发生失稳现现象隧道3270座，占运营总总数的65%现状隧道常见的主主要病害包括括：隧道水害害、衬砌裂损损、隧道冻害害、与震害3隧道水害与隧隧道防水4隧道水害的种种类及其危害害隧道渗漏水隧道渗漏，按按发生的部位位分为：拱部部有渗水、滴滴水、漏水成成线和成股射射流四种，边边墙有渗水、、淌水两种，，少数有涌水水灾害。危害：隧道渗水对对隧道稳定、、洞内设施、、行车安全、、地面建筑和和隧道周围水水环境产生诸诸多不利影响响甚至威胁。。衬砌周围积水水危害:水压过大时导导致衬砌破裂裂软化围岩，从从而加大衬砌砌压力，导致致衬砌破裂膨胀性围岩体体积膨胀，导导致衬砌破裂裂寒冷地区引发发冻胀病害5潜流冲刷概念：由于地地下水渗流和和流动而产生生的冲刷和溶溶蚀作用。危害：衬砌基础下沉沉，边墙开裂裂或仰拱、整整体道床下沉沉开裂围岩滑移错动动导致衬砌变变形开裂超挖回填不实实或未全部回回填着，引起起围岩坍塌，，导致衬砌破破坏。67边墙溶洞出水水8涌水9水害的成因可以归结为客客观和主观两两方面原因：：隧道穿越含水水的不良地层层隧道衬砌防水水及排水设施施不完善10防水设计应考考虑地表水、、地下水、毛毛细管水等的的作用，以及及由于人为因因素引起的附附近水文地质质改变的影响响防水原则：防防、排、截、、堵相结合，，刚柔并济，，因地制宜，综综合治理。隧道防水结构构多采用塑料料板防水层和和防水混凝土土。同时要重重视混凝土的的“裂缝”处处理。对于承受高压压水的隧道防防水或防水要要求高的地下下工程要考虑虑多层防线，，层层设防。。隧道的防水设设计11细部构造防水水隧道与地下结结构的施工缝缝、变形缝、、后浇带、穿穿墙管、埋设设件、孔口等等处是整个工工程防水的薄薄弱环节，对对于细部构造造的设计与施施工要认真对对待。12施工缝防水13变形缝的防水水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护护1617盾构隧道防水水主要是解决决管片本身的的防水和管片片接缝的防水水衬砌管片的防防水方法：管管片结构的自自防水;管片的制作精精良管片的防水措措施：密封垫垫防水、嵌缝缝防水、螺栓栓孔防水、二二次衬砌盾构隧道防水水1819衬砌类型和防防水：衬砌由由防水混凝土土，钢板或钢钢板与混凝土土复合材料制制作，在侵蚀蚀性介质中采采用耐侵蚀材材料或做内衬衬保护层管筒的接口是是关键，形式式有刚性接口口、刚柔结合合接口和柔性性接口顶管隧道防水水20不同形式的顶顶管接头形式式刚性接口刚柔结合接口口21柔性接头22沉管隧道防水水分为管段自自身防水、管管段外防水和和管段接头防防水特点：1）采用水密型型的防水技术术；2）采用柔性接接头，常采用用的是性能优优越的GINA和OMEGA型橡胶止水带带所形成的柔柔性接头形式式；3）三种防水形形式的综合应应用形成严密密的防水体系系沉管隧道防水水23GINA断面止水设计计24基本方法：适当疏通注浆堵水增设内防水层层水害整治技术术关键：分析病害成因因，对症整治治合理选择防水水材料严格施工工艺艺运营隧道的水水害治理25隧道衬砌裂损损及其防治26衬砌裂损的常常见病害衬砌变形、开开裂、渗漏水水端墙、侧墙、、翼墙位移、、开裂路面拱起、沉沉陷、错台、、开裂27衬砌开裂28对不良地质地地段衬砌，应应贯彻“宁强强勿弱，宁曲曲勿直，加强强衬砌过渡段段，宁长勿短短”的原则尽量减少对围围岩的的扰动动，提高衬砌砌质量。大力力推广光面爆爆破，锚喷支支护，提高混混凝土永久性性衬砌的抗裂裂、抗渗性能能。预防措施29衬砌变形、开开裂的治理措措施若衬砌背面存存在空隙，可可在衬背压注注水泥砂浆由于衬砌厚度度不足,年久变质，或或裂缝区域过过大，影响到衬砌强强度，可在衬衬砌面喷射混混凝土衬砌裂缝稳定定时处理可采用压注环环氧水泥砂浆浆或水泥砂浆浆的方法加固固对于衬砌表面面腐蚀、剥落落及灰缝脱落落可先清除表表面然后加喷喷一层混凝土土整治措施30路面拱起、沉沉陷、错台、、开裂处理诱因采取措施围岩侧压力过过大，导致两两边侧墙内移移而引起的路路面拱起在路面下加设设水平支撑路面局部沉陷陷、错台、严严重碎裂挖出破损的路路面以及其下下部的基层，，重铺路面治理渗漏水，，并将水引入入两侧边沟3132对洞口的检查查与养护须引起注意的的方面：挡墙、边坡的的稳定性洞口的排水、、防水系统危石33泥石流堵塞洞洞口3435隧道冻害36常见的冻害种种类：拱部挂冰、边边墙结冰；围岩冻胀破坏坏，引起衬砌砌变形破坏；；衬砌发生冰楔楔隧道内网线挂挂冰危害性：隧道冻害会导导致衬砌冻胀胀开裂，甚至至疏松剥落，，造成隧道衬衬砌结构的失失稳破坏，降降低衬砌结构构的安全可靠靠性，严重影影响运输的安安全和正常运运行。37严寒及寒冷地地区隧道冻害害的防治，其其基本措施是是：综合治水更换或改造土土壤保温防冻加强结构，如如加设仰拱衬衬砌，采用防防水钢筋混凝凝土衬砌，锚锚喷混凝土加加固，加抗冻冻胀锚杆等。。通过加深边墙墙，加强底部部排水等方法法防止融坍冻害的防治38隧道的震害害与抗震39隧道的震害害类型及特特征1906年美国旧金金山发生8.3级地震，严严重破坏了了位于断裂裂带上的两两座隧道；；1923年日本关东东发生8.2级地震，区区铁路线上上82座隧道遭到到破坏或变变形;1952年美国克斯斯发生7.7级地震，穿穿越地震断断裂带的四四座铁路隧隧道全部都都发生了严严重破坏；；1983年距上海市市150km以外的洋面面上发生6级地震，打打浦路管片片上的出现现了5座可见裂缝缝；1995年在日本阪阪神大地震震中,地铁结构发发生了很大大破坏，车车站结构破破坏尤为明明显。神户户高铁大开开车站的震害害情况，用用明挖法于于1964年建成，中中柱（B400××D1000mm，3.5m）约30根完全破坏坏，顶板下下沉约3m，隧道断面面变成M形。40隧道的震害害类型及特特征隧道的中柱柱上端或下下端混凝土土剥落，钢钢筋弯曲。。在线路方方向及垂直直方向上，，轴向钢筋筋鼓出，箍箍筋也有许许多破坏的的，在侧壁壁的隅角部部分也发生生裂缝及变变位但无显显著破坏。。在阪神大地地震中，山山岭隧道也也遭到严重重的破坏。。主要是侧侧壁的压溃溃裂纹及拱拱部剪切剥剥落及环向向开裂。许许多建于20世纪60年代的隧道道，由于设设计时未考考虑浅埋地地层变形的的影响，隧隧道结构的的变形性能能不能承受受这次大地地震，拱顶顶部分发生生较严重的的剪切裂纹纹及剥落，，隧道横断断面方向发发生混凝土土片的剥落落。如山阳阳新干线的的六甲隧道道，41隧道的震害害类型及特特征长16235m，横切六甲甲断层系，，地震后隧隧道的水泥泥内壁有众众多裂缝，，裂缝长达达数十米的的地方有3处，隧道的的检查通道道在百米范范围内出现现裂缝。1999年9月21日，我国台台湾省台中中地区发生生了里氏7.3级地震（集集集地震））,那次大地震震造成2375人死亡,10000多人受伤，，30000多座建筑物物倒塌。地地震发生后后,通过对台中中地区57座山岭隧道道进行调查查,发现除了8座隧道未受受损坏外,其余49座都有不同同程度的损损坏,而且表现出出不同。形形式的损损坏,如衬砌开裂裂、衬砌剥剥落、洞门门破坏、地地下水涌入入、钢筋鼓鼓出及弯曲曲、衬砌移移位、底板板开裂及由由于边坡破破坏造成的的隧道坍塌塌。都汶公路11座隧道示意意图汶川地震隧道的震害害类型及特特征都江堰－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）

1.洞口边坡滑滑塌与崩塌塌（13处）洞口边坡滑滑塌洞口边坡滑滑塌龙洞子隧道道出口的震震害龙溪隧道出出口高陡边边坡崩落2.洞门裂损主要发生在在端墙式和和柱墙式洞洞门结构中中。桃关隧道圆弧弧形端墙开开裂与松脱脱max:50cm洞口段坍方方（5处）3.衬砌及围岩岩坍塌龙溪隧道K21+575-580拱部地震坍坍方龙溪隧道二二衬坍落纵向裂缝4.衬砌开裂及及错位都汶公路11座隧道中8座隧道出现现了不同程程度的衬砌砌开裂横向张裂环向破裂与与错台（最大可达达20cm）斜向剪裂底板强烈隆隆起5.底板开裂及及隆起底板强烈隆隆起初期支护鼓鼓出、剪裂裂6.初期支护变变形及开裂裂初期钢架溃溃屈地下隧道属属于几何线线性结构，，在地震荷荷载的作用用下，由于于周围介质质的存在，，其动态反反应会呈现现出与地面面建筑不同同的特性，，主要变现现为：1)地下隧道的的振动变形形受周围介介质的约束束作用明显显,结构的动力力反应一般般不明显。。2)在地震荷载载作用下,当地下隧道道结构存在在明显惯性性或周围介介质与结构构间的刚度度失配时,结构会产生生过度变形形而破坏。。3)地下隧道震震害多发生生在地质条条件有较大大变化的区区域;相反如果地地质条件均均匀,即便震级较较大,结构也较安安全。4)地下隧道若若穿过地质质不良地带带也易遭震震害。5)结构断面形形状及刚度度发生明显显变化的部部位，如隧隧恫进出口口等部位均均为抗震的的薄弱环节节。5)地下隧道的的破坏形式式主要是弯弯曲裂缝、、竖向裂缝缝混凝土脱脱落和钢筋筋外露等。衬砌的剪切移位位。当隧道建在断断层破碎带带上时,常常会发生生这种形式式的破坏。。在台湾““9·21””地震中,位于断层带带上的一座座输水隧道道就发生了了这种破坏坏。由于断断层的移位位,该输水隧道道在进水口口下游180m处发生了剪剪切滑移,如图6-18所示,隧道在竖直直方向分开4隧道震害的的主要表现现形式衬砌剪切移移位图m,在水平方向向分开3m,整个隧道发发生严重破破坏。(2)边坡破坏造造成的隧道道坍塌边坡破坏造造成的隧道道坍塌(3)衬砌开裂地震中,衬砌开裂是是最常发生生的现象。。这种形式式的衬砌破破坏在又可可分为纵向向裂损、横横向裂损、、斜向裂损损、斜向裂裂损进一步步发展所致致的环向裂损损、底板裂裂损以及沿沿着孔口如如电缆槽、、避车洞或或避人洞发发生的裂损损。衬砌纵向裂裂损图衬砌横向裂裂损图衬砌斜向裂裂损图衬砌环向裂裂损图底板裂损图图孔口附近衬衬砌裂损图图(4)边墙开裂由于显著的的边墙向内内变形造成成的隧道破破坏。这种种变形可以以造成边墙墙衬砌的大大量开裂,甚至导致边边沟的倒塌塌。边墙变形隧道震害的的机理现场调查表表明,隧道及地下下结构的震震害形态的的差异与地震强度度、震中距距、地震波波的特性、、地震力的的作用方向向、地质条条件、衬砌砌条件、隧隧道与围岩岩的相对刚刚度、施工工方法、施施工的难易易程度以及及施工过程程中是否出出现坍方等等有密切关关系。根据据以往地下下结构在地地震中所表表现的行为为可知,地震的主要要或次要效效应均可使使隧道结构构遭受破坏坏。这些效效应包括两两个方面:(1)围岩失稳,主要指围岩岩的变形、、差异位移移、震害和和液化；(2)地震惯性力力,主要指强烈烈的地层运运动在结构构中所产生生的惯性力力所造成的的破坏。隧道震害的的机理围岩失稳和和地震惯性性力作用是地下结构构震害的两两种主要原原因。对于于同一程度度的大地摇摇动而言,如果仅论及及结构的惯惯性力,地下结构要要比地面结结构安全的的多。这是是因为地下下结构处于于周围地层层的约束之之中,并与地层一一起运动。。因而,地下结构在在地震运动动过程中,仅仅按照其其相对于地地层的质量量密度和刚刚度分担一一部分地震震变形和荷荷载,而不像地面面结构那样样,承担全部的的惯性力。。研究表明:隧道结构抵抵抗纵向的拉压压和横向的的剪切两种种作用的能力,并不因结构构刚度的加加强而有很很大改善。。所以,隧道结构的的抗震设计计原则应当当考虑这种种破坏作用用,使设计的结结构应有足足够的韧性性以吸收地地震所产生生的相位衍衍生应力和和相对变位位,同时又不损损害其承受受静载的能能力。一味味加强结构构,试图让结构构去抵抗相相当大的强强制变位所所产生的内内力是不现现实的。（1）选址与规规划设计方方面在强震区避避免隧道直直接穿越活活动断裂，，穿越活动动断裂带的的次级断层层时必须要要加强抗震震设防措施施，在次级级断裂带两两侧一定范范围内二次次衬砌应采采用钢筋混混凝土结构构。隧道抗减震启示示（2）洞口段山岭隧道洞洞口边坡在在强震作用用下的稳定定性直接关关系到隧道道运营安全全，地震中中极易产生生崩滑、掩掩埋洞口、、毁坏洞门门、中断交交通。因此，强震震区洞口边边坡应加大大防护力度度，将边坡坡防护、洞洞