全国隧道常见灾害与防治技术共67

1隧道常见灾害及其防治技术

土木工程学院江学良2我国各类隧道均存在不同程度的病害。以隧道铁路为例：根据1997年技术状态检查统计，我国运营铁路有隧道5000余座。大部分存在不同程度的病害，有的还相当严重，其中发生失稳现象隧道3270座，占运营总数的65%

现状隧道常见的主要病害包括：隧道水害、衬砌裂损、隧道冻害、与震害3隧道水害与隧道防水4隧道水害的种类及其危害

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

1.洞口边坡坡滑塌与与崩塌（（13处）洞口边坡坡滑塌洞口边坡坡滑塌龙洞子隧隧道出口口的震害害龙溪隧道道出口高高陡边坡坡崩落2.洞门裂损损主要发生生在端墙墙式和柱柱墙式洞洞门结构构中。桃关隧道圆圆弧形端端墙开裂裂与松脱脱max:50cm洞口段坍坍方（5处）3.衬砌及围围岩坍塌塌龙溪隧道道K21+575-580拱部地震震坍方龙溪隧道道二衬坍坍落纵向裂缝缝4.衬砌开裂裂及错位位都汶公路路11座隧道中中8座隧道出出现了不不同程度度的衬砌砌开裂横向张裂裂环向破裂裂与错台台（最大可可达20cm）斜向剪裂裂底板强烈烈隆起5.底板开裂裂及隆起起底板强烈烈隆起初期支护护鼓出、、剪裂6.初期支护护变形及及开裂初期钢架架溃屈地下隧道道属于几几何线性性结构，，在地震震荷载的的作用下下，由于于周围介介质的存存在，其其动态反反应会呈呈现出与与地面建建筑不同同的特性性，主要要变现为为：1)地下隧道道的振动动变形受受周围介介质的约约束作用用明显,结构的动动力反应应一般不不明显。。2)在地震荷荷载作用用下,当地下隧隧道结构构存在明明显惯性性或周围围介质与与结构间间的刚度度失配时时,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