隧道及地下工程的灾害事故及其防治技术

1隧道及地下工程的灾害、事故及其防治技术

张子新教授、博导同济大学地下建筑与工程系，上海，200092

2介绍提纲一、隧道的灾害防护、保养与养护二、隧道及地下工程事故分析3一、隧道的灾害防护、保养与养护4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5隧道主要病害包括：隧道水害、衬砌裂损、隧道冻害、震害、洞内空气污染和火灾6隧道水害与隧道防水7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8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。910边墙溶洞出水11涌水12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13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14细部构造防水

隧道与地下结构的施工缝、变形缝、后浇带、穿墙管、埋设件、孔口等处是整个工程防水的薄弱环节，对于细部构造的设计与施工要认真对待。15

施工缝防水16变形缝的防水1718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1920盾构三隧道三防水三主要三是解三决管三片本三身的三防水三和管三片接三缝的三防水衬砌三管片三的防三水方三法：三管片三结构三的自三防水;管片三的制三作精三良管片三的防三水措三施：三密封三垫防三水、三嵌缝三防水三、螺三栓孔三防水三、二三次衬三砌盾构三隧道三防水2122管片三接头三常出三现的三几个三问题三和解三决办三法接头三区混三凝土三剥落小型三管道三密封三件23拐弯三区混三凝土三裂开能增三大柔三性的三几何三尺寸24十字三接头三泄漏接口三自动三闭合三（能三在压三力下三自动三挤出三粘性三物质三）25密封三松动倒钩三设计26嵌入三封顶三块滑动三材料三表面27衬砌三类型三和防三水：三衬砌三由防三水混三凝土三，钢三板或三钢板三与混三凝土三复合三材料三制作三，在三侵蚀三性介三质中三采用三耐侵三蚀材三料或三做内三衬保三护层管筒三的接三口是三关键三，形三式有三刚性三接口三、刚三柔结三合接三口和三柔性三接口顶管三隧道三防水28不同三形式三的顶三管接三头形三式刚性三接口刚柔三结合三接口29柔性三接头30沉管三隧道三防水三分为三管段三自身三防水三、管三段外三防水三和管三段接三头防三水特点三：1）采三用水三密型三的防三水技三术；2）采三用柔三性接三头，三常采三用的三是性三能优三越的GI三NA和OM三EG三A型橡三胶止三水带三所形三成的三柔性三接头三形式三；3）三三种防三水形三式的三综合三应用三形成三严密三的防三水体三系沉管三隧道三防水31GI三NA断面三止水三设计32基本三方法三：适当三疏通注浆三堵水增设三内防三水层水害三整治三技术三关键三：分析三病害三成因三，对三症整三治合理三选择三防水三材料严格三施工三工艺运营三隧道三的水三害治三理33隧道三衬砌三裂损三及其三防治34衬砌三裂损三的常三见病三害衬砌三变形三、开三裂、三渗漏三水端墙三、侧三墙、三翼墙三位移三、开三裂路面三拱起三、沉三陷、三错台三、开三裂35衬砌三开裂36对不三良地三质地三段衬三砌，三应贯三彻“三宁强三勿弱三，宁三曲勿三直，三加强三衬砌三过渡三段，三宁长三勿短三”的三原则尽量三减少三对围三岩的三的扰三动，三提高三衬砌三质量三。大三力推三广光三面爆三破，三锚喷三支护三，提三高混三凝土三永久三性衬三砌的三抗裂三、抗三渗性三能。预防三措施37衬砌三变形三、开三裂的三治理三措施若衬三砌背三面存三在空三隙，三可在三衬背三压注三水泥三砂浆由于三衬砌三厚度三不足,年久三变质三，或三裂缝三区域三过大，影响三到衬三砌强三度，三可在三衬砌三面喷三射混三凝土衬砌三裂缝三稳定三时处三理可采三用压三注环三氧水三泥砂三浆或三水泥三砂浆三的方三法加三固对于三衬砌三表面三腐蚀三、剥三落及三灰缝三脱落三可先三清除三表面三然后三加喷三一层三混凝三土整治三措施38路面三拱起三、沉三陷、三错台三、开三裂处三理诱因采取三措施围岩三侧压三力过三大，三导致三两边三侧墙三内移三而引三起的三路面三拱起在路三面下三加设三水平三支撑路面三局部三沉陷三、错三台、三严重三碎裂挖出三破损三的路三面以三及其三下部三的基三层，三重铺三路面治理三渗漏三水，三并将三水引三入两三侧边三沟39无损三检测4041对洞三口的三检查三与养三护须引三起注三意的三方面三：挡墙三、边三坡的三稳定三性洞口三的排三水、三防水三系统危石42泥石三流堵三塞洞三口4344隧道三冻害45常见三的冻三害种三类：拱部三挂冰三、边三墙结三冰；围岩三冻胀三破坏三，引三起衬衬砌发生冰楔隧道内网线挂冰危害性：隧道冻害会导致衬砌冻胀开裂，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。概念：冻结圈、融化圈46严寒三及寒三冷地三区隧三道冻三害的三防治三，其三基本三措施三是：综合三治水更换三或改三造土三壤保温三防冻加强三结构三，如三加设三仰拱三衬砌三，采三用防三水钢三筋混三凝土三衬砌三，锚三喷混三凝土三加固三，加三抗冻三胀锚三杆等三。通过三加深三边墙三，加三强底三部排三水等三方法三防止三融坍冻害三的防三治47衬砌三腐蚀48隧道三衬砌三腐蚀三分为三物理三腐蚀三和化三学腐三蚀。物理三腐蚀冻融三交替三部位三的冻三胀性三裂损干湿三交替三部位三的盐三类结三晶性三胀裂三损坏化学三腐蚀三：硫酸三盐侵三蚀、三镁盐三侵蚀三、软三水溶三出性三侵蚀三和一三般酸三类腐三蚀隧道三腐蚀三的分三类和三影响三因素49提高三衬砌三的密三实度三和整三体性外掺三加料三法：三比如三掺加三粉煤三灰可三以去三除游三离的Ca三(O三H)2。选用三耐侵三蚀水三泥加强三衬砌三外排三水措三施在衬三砌表三面做三隔离三防水三层采用三与侵三蚀性三环境三水不三起化三学反三应的三天然三石料三筑衬三砌向衬三砌背三后压三注防三蚀浆三液等防治三措施50隧道三的震三害与三抗震51特点三：地下三结构三在地三震作三用下三，由三于周三围岩三土介三质的三存在三，会三发生三不同三于地三面结三构的三响应隧道三容易三发生三震害三的地三段与三部位隧道三洞口特殊三地层三条件衬砌三有缺三陷的三地段三和部三位对隧三道震三害的三认识52隧道三震害三与支三护的三关系三：当围三岩不三稳定三时，三衬砌三只要三能与三围岩三保持三大致三一致三的变三形，三既不三致产三生严三重的三震害支护三与围三岩密三贴对三隧道三震害三十分三重要三。推三广新三奥法三施工三、采三用喷三锚衬三砌及三复合三衬砌三，衬三砌背三后压三浆等三措施三。为保三证机三构具三有适三应地三层变三形的三能力三，应三适当三减少三结构三的刚三度曲墙三式衬三砌优三于直三墙式三，封三闭衬三砌优三于未三封闭三式单线三隧道三的裂三缝出三现在三仰拱三、拱三顶内三侧以三及仰三拱拱三趾的三外侧53隧道三抗震三加固三与震三害整三治问题加固三方法有滑三坡危三险的三不安三全斜三坡新设三抵抗三偏压三的加三厚边三墙混三凝土三、拱三架保三护工三程三，内三衬砌三，锚三杆加三固工三程表面三有岩三石滑三下危三害的三洞口延长三隧道三，重三新衬三砌，三进行三防护有泥三石流三危险三的洞三口治理三山坡三，筑三防沙三堤有山三体崩三毁、三流沙三历史三，以三及随三喷水三有泥三砂流三出的三的区三间山体三注浆三及排三水衬砌三背后三有空三洞回填三注浆54地铁三震害三与抗三震19三95年日三本阪三神地三震表三明，三强烈三地震三时，三地下三结构三震害三严重三；同三时地三下铁三道延三伸范三围广三，其三间场三地土三的特三性复三杂多三变，三土层三的液三化、三震陷三等现三象亦三会对三地铁三造成三间接三影响三。因三此，三对地三铁抗三震性三能的三研究三应该三引起三重视三。55对95年阪三神地三震资三料总三结发三现，三地震三破坏三主要三特点三：不对三称结三构发三生的三破坏三比对三称结三构严三重上层三结构三比下三层破三坏严三重。破坏三主要三发生三在中三柱上地下三结构三上部三土层三越厚三，破三坏越三轻。纵墙三和横三墙均三出现三大量三的斜三向裂三纹，三特别三是角三点部三位。三顶板三与侧三墙的三破坏三程度三与中三柱密三切相三关区间三隧道三的破三坏形三式主三要是三裂缝三，其三中多三为侧三墙中三部的三轴向三弯曲三裂缝56隧道三及地三下工三程安三全与三防灾57隧道三和地三铁建三筑结三构复三杂、三环境三密闭三，加三上人三员密三集，三一旦三发生三火灾三，扑三救相三当困三难，三往往三会造三成重三大的三人员三伤亡三和财三产损三失隧道三火灾三的危三害性5820三03年2月18日上三午，三由于三一名三中年三男子三纵火三，韩三国大三邱市三地铁三一号三线的三中央三路车三站顷三刻间三被烈三焰和三浓烟三吞没三，两三列满三载乘三客的三地铁三列车三被烧三毁。三根据三韩国三官方三提供三的数三字，三当时三有12三6人死三亡，14三6人受三伤，三另有31三8人下三落不三明5960火灾三现场三试验三结果61隧道三火灾三的主三要原三因1.车辆三电气三线路三短路三、汽三化器三失灵三、载三重汽三车气三动系三统故三障等三引发三火灾三。2.隧道三内道三路狭三小，三能见三度较三差、三情况三又较三复杂三，容三易发三生车三辆相三撞事三故，三也可三引发三隧道三火灾三。3.隧道三内通三行的三车辆三所载三货物三可能三有易三燃易三爆物三品，三遇明三火（三或热三源）三发生三燃烧三或自三燃。62主要三防火三措施1.采用三耐火三材料2.较长三的隧三道划三分防三火分三区3.隧道三内设三置自三动的三水喷三淋灭三火系三统和三火灾三自动三报警三系统三，以三及配三备各三类便三携式三灭火三器。4.设置三疏散三避难三设施三，如三避难三通道三、隧三道两三侧的三诱导三路、三定点三急救三避难三场所三等5.加强三隧道三消防三管理三和交三通管三理以三及经三常检三查隧三道的三防火三安全三工作63地铁三火灾三的主三要原三因1.地铁三车站三在装三修、三设备三、办三公等三方面三存在三一定三数量三的可三燃物三，操三作不三慎引三发火三灾2.施工三中进三行焊三接、三切割三作业三以及三工作三人员三吸烟三、列三车运三行时三产生三的电三弧等三原因三。3.乘客三违反三规定三，以三及车三上电三器设三备故三障等三原因4.变配三车站三设备三故障三导致三火灾5.人为三纵火三和恐三怖袭三击64主要三防火三措施1.车站三的布三局应三合理三，采三取防三火墙三、水三幕等三措施三。严三格限三制车三站内三各类三易燃三物品2.加强三隧道三维修三施工三管理3.地铁三客车三采用三不燃三材质三制造4.地铁三变电三站、三高压三电缆三应在三地面三建筑三敷设三。5.设计三时考三虑火三灾排三烟要三求6.自动三监控三系统三；灭三火淋三喷系三统65火灾三时的三烟雾三排放三系统66附属三设施三的养三护67隧道三附属三设施三养护三工作三范围三包括三：照明三、通三风、三排水三、消三防等隧道三的维三修保三养检三查包三括经三常检三查、三定期三检查三以及三特殊三检查68通风对于三利用三竖井三、边三窗通三风者三，应三随时三检查三，清三除井三内杂三物对各三式通三风机三、管三道、三机电三、动三力设三备等三，每三月进三行一三次运三转情三况检三修69照明通过三遮阳三棚、三减光三格栅三、绿三化等三尽量三保持三洞外三附近三低亮三度采用三路面三标线三、路三缘石三、刷三白色三反光三材料三等方三式，三提高三隧道三亮度三并诱三导视三线加强三隧道三内路三面、三侧墙三、顶三棚和三照明三灯具三的清三扫工三作设置三的照三明器三应当三防震三、防三水、三防尘三，并三作定三期检三查70二、三隧道三及地三下工三程事三故分三析●盾构三隧道－事故三调查三及分三类－事三故原三因分三析－工三程对三策●公路三隧道71盾构三隧道三－事故三调查三及分三类盾构三法中三常见三的施三工事三故类三型有三以下三几种三：结饼压力三舱土三体在三隔板三传递三的推三力作三用下三发生三固结三，结三成硬三块的三现象三。闭塞闭塞三是由三于土三体成三拱使三得不三能正三常出三土进三入土三体压三实充三满压三力舱三，而三缺乏三流塑三性的三土体三又使三搅拌三翼的三阻力三上升三，加三大刀三盘扭三矩进三而引三起施三工困三难。喷涌盾构三掘进三打开三螺旋三输送三器阀三门出三土时三，以三水为三主，三水和三砂混三合从三出土三口喷三涌而三出，三散落三在隧三道内三，皮三带运三输无三法带三走土三体。开挖三面失三稳由于三千斤三顶、三隔板三传递三到压三力舱三的压三力不三能均三匀作三用于三开挖三面，三而使三开挖三面失三去稳三定的三现象三。地表三发生三沉降隧道三施工三中不三论采三用何三种施三工方三法都三会产三生不三同程三度的三地面三沉降三，盾三构法三也不三例外三。特三别是三在松三软饱三和和三含水三不稳三定的三淤泥三质粘三土层三的浅三覆土三隧道三中，三这种三现象三尤为三明显三。盾三构法三施工三中要三求将三地面三沉降三控制三在允三许的三范围三内。三当地三面沉三降超三出允三许范三围时三，会三引起三地面三建筑三物墙三体开三裂，三个别三地点三由于三墙体三开裂三而产三生不三良的三影响三。渗漏三水不论三何种三隧道三施工三，都三要对三渗漏三水采三取相三应的三措施三及时三加以三控制三和治三理，三否则三会隧三道施三工带三来严三重威三胁，三因此三渗漏三水量三应符三合结三构防三水标三准。塌陷其他三事故72上海三地铁三四号三线事三故照三片（1）上海三地铁三四号三线事三故照三片（2）74上海三地铁三四号三线事三故照三片（3）75上海三地铁三四号三线事三故照三片（4）76北京三地铁三五号三线崇三文门三车站事故三现场三的坍三塌钢三筋77广州三地铁三三号三线事三故照三片(1三)78广州三地铁三三号三线事三故照三片(2三)79台湾三高雄三坑內三滲水三情形三及阻三漏80陷下三去的三车子8283事故三原因三分析结饼三原因三分析闭塞三原因三分析喷涌三原因三分析开挖三面失三稳原三因分三析地表三发生三沉降三原因三分析渗漏三水原三因分三析坍塌三原因三分析其他三事故三原因三分析84工程三对策结饼1、掘三进时三注泡三沫剂三，改三善土三体的三和易三性，三预防三粘土三结块2、盾三构刀三盘在三设计三上应三考虑三对泥三岩的三切削三功能三，使三刀盘三尽少三出现三粘结三堵塞3、也三可以三在刀三盘背三面和三土舱三胸板三上增三设空三心搅三动棒三，增三加搅三拌强三度和三范围三，并三且空三心棒三内还三可以三预留三注水三孔，三以便三清洗三刀盘三和土三舱。4、空三转刀三盘，三使泥三饼在三离心三力的三作用三下脱三落85闭塞从人三孔进三入到三密闭三舱内三除去三障碍三物；加固三好开三挖面三前的三地基三土，三将盾三构机三停留三在加三固体三范围三中，三从盾三构机三侧面三除去三障碍三物（三存在三埋设三物和三作业三带的三制约三）；在开三挖面三前筑三工作三井，三牵行三盾构三机入三内，三从地三面一三侧除三去障三碍物三（要三增加三费用三和工三期）工程三对策86喷涌关闭三螺旋三输送三器情三况下三继续三掘进三，让三切削三下的三土体三挤出三土舱三内的三水。三采取三这种三措施三时，三要预三防舱三内压三力过三高，三造成三盾构三前方三隆起三、冒三浆以三及盾三尾被三击穿三等。提前三采用三气压三平衡三模式三掘进三，但三要预三防漏三气事三件的三发生三。加入三高浓三度泥三浆或三泡沫三，改三善土三体的三和易三性，三使土三体中三的颗三粒和三泥浆三成为三一整三体。盾构三选型三方面三，螺三旋输三送器三选择三具有三土塞三效应三的中三轴式三螺杆三和简三短式三螺杆三。在盾三构刀三盘设三计时三，优三化设三计好三刀盘三的开三口率三和刀三具，三使切三削进三仓的三颗粒三较小三且均三匀。如果三施工三特别三困难三的情三况下三，在三螺旋三输送三器某三一位三置安三装连三接管三道，三改成三泥水三盾构三出土三模式工程三对策87开挖三面失三稳施工三单位三控制三好压三力舱三的应三有压三力，三防止三开挖三面失三稳；为了三保证三开挖三面的三稳定三，重三要的三是要三使开三挖下三来的三土砂三具有三塑性三流动三性，三并使三土砂三确实三充满三压力三舱内三，同三时还三应是三开挖三下来三的土三砂具三有止三水性三。同时三为了三一边三保持三开挖三面的三稳定三一边三顺利三进行三推进三，则三需要三适量三的进三行排三土，三维持三排土三量和三开挖三量的三平衡工程三对策88地表三发生三沉降在发三生沉三降的三地点三，在三沉陷三范围三派专三人值三班，三负责三人员三、交三通、三建筑三物的三