隧道工程施工阶段的常见病害与防治

隧道工程施工阶段的常见病害与防治

李通洪学习本课程的目的：（1）了解隧道的常见病害种类；（2）掌握隧道常见病害的机理；（3）了解隧道常见病害的处理措施与设计内容。隧道常见病害与防治1概述2隧道的水害及其防治3隧道衬砌裂损及其防4隧道冻害及其防治5隧道衬砌腐蚀及其防治1概述1、隧道病害现状(1)隧道的主体是人工地下结构，处于天然介质的环境中；(2)与发达国家相比，我国的公路隧道建设起步较晚。设计、施丁经验都存在一定的差距，思想认识上也存在偏见和畏难情绪；

(3)在运营中会出现渗漏水(水害)、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害，还有火灾威胁口这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁；(4)日本的一些有识之士提出“2020年的警钟”，即“日本将从一个土建大国变成修缮大国”。2020年的结构物维护费用和改建费用，仅建设省就超过2兆亿日元，是现在的3倍，维护费用将是国家财政的巨大负担。

2、我国隧道养护面临的主要问题⑴已建隧道营运状态堪忧;(2)隧道施工单位的良莠不齐和“重建设、轻维护”的理念;(3)我国隧道建设与维护的经验相对国外来讲，目前尚存在一定的差距，对隧道健康的认识存在着严重不足。

3病害现状

(1)铁路隧道

铁路干线的隧道失格率

线别隧道总座数严重漏水(座)衬砌裂损(座)仰拱、铺底损坏(座)坍方落石(座)失格座数/失格率(％)陇海2328013433207/89.2成昆276170582836235/85.1襄渝4002248811786333/83.8阳安1489248318122/82.4宝成3446617437267/77.6贵昆18063323431134/74.4焦柳436952748195/44.7京原1281941683/64.8襄黔319333435117/36.7

(2)公路隧道

公路隧道普遍存在渗漏水现象，20世纪60年代以前修建的隧道大多未作防水处理，渗漏水问题突出。近年来一些新建的公路隧道，也存在较严重的渗漏水。公路隧道渗漏水已被列为公路工程十大通病之一。公路隧道内以内燃机动车为主，废气、有害气体排放量大，通风不良引起的洞内空气污染问题普遍存在口另外，由于照明设计或运营管理不善，隧道内部亮度及照度达不到规范要求，导致交通事故。这些问题极有可能引发灾难性的火灾事故。

(3)地铁隧道一般来讲，采用盾构法施工的单洞圆形地铁隧道，每环衬砌由５～７块管片组成，每一环的接缝长度约为20～30m，在饱和软土中的隧道，受盾构施工工艺、地铁运营循环载荷、土质分布不均等影响，在水头压力作用下，渗漏水是目前地铁隧道的通病，随着服务期限的增加，其他病害也会出现。除此之外，地铁隧道人流密集，通风不良引起人的感觉不适；火灾引发重大伤亡事故的威胁始终存在。

4、隧道病害防治

防治要点:1、预防为主

2、早期发现

3、及时维护

4、对症下药

2隧道的水害及其防治

一、隧道水害的类型及其成因

1、类型

(1)按部位和流量：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，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、地质条件等的影响。

(2)按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。2、成因修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可归结为客观和主观两种因素：

(1)隧道穿过含水的地层

(2)隧道衬砌防水及排水设施不完善二、隧道防水原则

隧道防水要“防患于未然”，首先从设计做起，要在水文地质调查的基础上，从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面进行合理设计。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。防水设计要遵循隧道防水原则，定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。

隧道与地下工程防水设计内容包括:(1)防水等级和防水方案；

(2)防水混凝土的抗渗等级和其他技术措施、质量保证措施；

(3)其他防水层选用的材料及其技术指标、质量保证措施；

(4)工程细部结构的防水措施，选用的材料及其技术指标、质量保证措施；

(5)工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。

优点缺点以防为主水害少成本高，施工复杂以排为主工程简单，投资节约水害多，发展快，影响行车安全洞顶地表水枯竭地表土坍塌、下沉不同防水观念优缺点

地下工程防水方案

工程部位主体内衬砌施工缝内衬砌变形缝、诱导缝防水措施复合式衬砌离壁式衬砌、衬套贴壁式衬砌喷射混凝土外贴式止水带遇水膨胀止水条防水嵌缝材料中埋式止水带外涂防水材料中埋式止水带外贴式止水带可卸式止水带防水嵌缝材料遇水膨胀止水条防水等级一级应选1种－应选2种应选应选2种二级应选1种应选1～2种应选应选1～2种三级－应选1种应选1～2种应选宜选1种四级应选1种宜选1种应选宜选1种3隧道衬砌裂损及其防治衬彻裂损变形的主要危害：

(1)降低衬砌结构对围岩的承载能力；

(2)使隧道净空变小，侵人建筑限界，影响车辆安全通过；

(3)拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；

(4)裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆，严寒和寒冷地区产生冻害；

(5)铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，大量增加养护维修工作量；

(6)在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。

1、隧道衬砌开裂的类型

⑴纵向裂缝：纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害性最大，发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。

1、隧道衬砌开裂的类型

（2）环向裂缝：主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起，多发生在洞口或不良地质地带与完整岩石地层的交接处口环向裂缝斜向裂缝1、隧三道衬三砌开三裂的三类型（3）斜向三裂缝：一三般和三隧道三纵轴三呈45三°左右三，也三常因三混凝三土衬三砌的三环向三应力三和纵三向受三力组三合而三成的三拉应三力造三成的三，其三危害三性仅三次于三纵向三裂缝三。环向三裂缝三斜三向裂三缝顺序裂纹种类占裂缝长度的比例(％)部位占裂缝长度的比例(％)1纵向裂纹79.3拱腰纵裂边墙纵裂拱脚纵裂拱顶纵裂64.719.912.23.222斜向裂纹4.9拱部、边墙3环向裂纹14.1拱部、边墙隧道三混凝三土衬三砌裂三缝情三况调三查统三计表按隧三道衬三砌受三力变三形形三状和三裂口三特征三分类三表顺序裂纹种类隧道棍凝土衬砌受力变形形态和裂口特征1衬砌受弯张口形变形

常见在拱腰部位，边墙中部，衬砌承受较大的地层压力作用，衬砌受弯向内位移，内缘拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，而发生张口型裂纹2内源受挤压闭口形裂纹

常见在对应于两拱腰发生较严重的纵向张裂内移地段的拱顶部位，出现闭口型纵裂，衬砌向上位移。其中较严重处，拱顶内缘在高挤压应力作用下发生剥落掉块3衬砌受剪错台型裂纹

偶见拱腰部位衬砌，在其背后局部松动滑移围岩的推力作用下，沿水平工作缝较薄弱处，有一侧的衬砌变形突出，形成错台型裂纹4收缩性环向裂纹

多见在隧道靠洞口地形，受气温变化影响较大，混授土衬砌环向施工缝出现收纸性裂纹衬砌三裂损三受力三特征2、衬三砌开三裂的三描述三与观三测计(一)开裂三的描三述（1）隧三道衬三砌部三位划三分（5部分14部位三）(2三)裂缝三宽度三与分三级裂缝三开裂三宽度三在缝三口处三沿垂三直裂三面方三向量三取。缝宽δ按大三小分三为四三级：(1三)毛裂三缝(又叫三发丝)三δ≤三0.三3m三m(2三)小裂三缝0.三3m三m＜δ≤三2m三m(3三)中裂三缝2m三m＜δ≤三20三mm(4三)大裂三缝δ＞20三mm(3三)裂缝三间距具有三走向三大致三相同三的相三邻裂三缝间三距，三用以三表述三衬砌三破碎三程度三，一三般宜三取每三一个三节段三单位三来分三析，三前者三为水三平错三距，三后者三成为三垂直三错距三。衬砌三错台三示意三图(4三)裂缝三密度裂缝三密度三是表三述衬三砌裂三损的三另一三种形三态指三标，三分为三节段三裂缝三密度三和节三段局三部裂三缝密三度。节段三裂缝三密度节段三局部三裂缝三密度(二)衬砌三裂损三的检三测（1）衬三砌变三形观三测衬砌三变形三观测1－钎三钉三；2－垂三球；3－固三定点(二)衬砌三裂损三的检三测（2）裂三缝观三测A灰块三测标三观测灰块三测标1－裂三缝三；2－油三漆划三线(二)衬砌三裂损三的检三测（2）裂三缝观三测B钎钉三测标钎钉三测标(二)衬砌三裂损三的检三测（3）金三属板三测标三观测(三)裂缝三宽度三与深三度的三检测裂缝三宽度三和深三度是三判断三开裂三程度三的重三要依三据，三现场三测量三裂缝三宽度三一般三采用三裂缝三插片三尺和三裂缝三观测三仪，三南京三水利三科学三研究三院采三用自三制的三裂缝三尺测三量裂三缝宽三度。三测量三裂缝三深度三一般三采用三超声三波探三测仪三。(四)衬砌三背后三空洞三与密三实性三检测诊断三方法三与原三理1、直接三法：肉三眼观三察结三合钻三孔检三测2、声学三法：撞三击回三波法3、物探三法：地三质雷三达、三地震CT4、光学三法：激三光扫三描5、电学三法：瞬三变电三磁法直接三观察三法原三理直接三观察三法原三理撞击三回波三法机械三应力三脉冲三反射三原理三，通三过在三混凝三土等三结构三物表三面敲三击的三办法三，用三电脑三分析三敲击三反射三回来三的波三形，三从而三分析三结构三内部三的病三害情三况。地震CT技术三原理通常三，探三测器三所接三受到三的射三线信三号的三强弱三，取三决于三该部三位截三面内三组织三的密三度。三密度三高的三组织三吸收X线较三多，三探测三器接三收到三的信三号较三弱；三密度三较低三的组三织吸三收X线较三少，三探测三器获三得的三信号三较强三。这三种不三同组三织对X线吸三收值三不同三的性三质可三用组三织的三吸收三系数μ来表三示，三所以三探测三器所三接收三到的三信号三强弱三所反三映的三是地三质结三构不三同的μ值。三而CT正是三利用X线穿三透工三程体三后的三衰减三特性三作为三其诊三断疾三病的三依据三。地震CT技术三原理X线衰三减规三律通过三电子三计算三机运三算列三出人三体组三织受三检层三面的三吸收三系数三，并三将之三分布三在合三成图三象的三栅状三阵列三即矩三阵的三方格三（阵三元）三内。三矩阵三上每三个阵三元相三当于三重建三图象三上的三一个三图象三点，三称为三像素三。CT的成三像过三程就三是求三出每三个像三素的三衰减三系数三的过三程。三如果三像素三越小三、探三测器三数目三越多三，计三算机三所测三出的三衰减三系数三就越三多、三越精三确，三重建三出的三图象三也就三越清三晰。成像三地质三调查地震CT波速三图像地震CT图像地震三成像地质三雷达三波速三图1地质三雷达三波速三图2地质三雷达三成像三技术地质三雷达三剖面三图雷达三分辨三提高三技术激光三扫描三技术三原理激光三扫描三技术三原理瞬变三电磁三法基本三原理三：利三用不三接地三回线三或接三地线三源向三地下三发送三一次三脉冲三磁场三，在三一次三脉冲三磁场三的间三歇期三间，三用线三圈或三接地三电极三观测三二次三涡流三场的三方法三，以三取得三地质三构造三数据三。瞬三变电三磁仪三采用三高精三度宽三带程三控运三算放三大器三、高三速十三六位三模数三转换三器、三高速三双口三随机三存储三器等三进口三先进三器件三，并三利用三双极三性同三步采三样、三对工三频相三干采三样、三弱信三号多三点平三均、三信号三迭加三、瞬三态干三扰剔三除等三多种三数据三处理三方法三，以三获取三良好三的勘三探数三据。三瞬变三电磁三仪收三发一三体化三，轻三便小三型，三特别三适于三中浅三层工三程勘三察及三构造三研究三等现三场使三用。瞬变三电磁三仪器工程三应用清水三沟隧三道三、三衬砌三开裂三的原三因分三析(一)设计三方面三的原三因隧道三设计三时，三因围三岩级三别划三分不三准、三衬砌三类型三选择三不当三，造三成衬三砌结三构与三围岩三实际三荷载三不相三适应三引发三裂损三病害三。(1三)对一三些具三有膨三胀性三围岩三地段三，未三采取三曲墙三加仰三拱衬三砌；(2三)偏压三地段三未采三用偏三压衬三砌；(3三)断层三破碎三带、三褶皱三区等三局部三围岩三松散三压力三或构三造应三力较三大地三段，三衬砌三结构三未能三相应三采取三加强三措施;(4三)对基三底软三弱和三易风三化泥三化地三段，三未设三可靠三防排三水设三施，三混凝三土铺三底厚三度及三强度三不足三。三、三衬砌三开裂三的原三因分三析(二)施工三方面三的原三因施工三时，三受技三术条三件限三制，三方法三不当三，管三理不三善，三造成三工程三质量三不良三。如三：(1三)先拱三后墙三法施三工时三，拱三架支三撑变三形下三沉，三造成三拱部三衬砌三产生三不均三匀下三沉，三拱腰三和拱三顶发三生施三工早三期裂三缝。(2三)拱顶三与围三岩不三密贴三，在三“马三鞍形三”受三力作三用下三，拱三腰内三移张三裂，三相应三拱顶三上移三，内三缘受三挤压三。(3三)由于三施工三测量三放线三发生三差错三、欠三挖、三模板三拱架三支撑三变形三、坍三方等三原因三，而三在施三工中三未能三妥善三处理三，造三成局三部衬三砌厚三度偏三薄。(4三)过早三拆除三模板三支撑三，使三衬砌三承受三超容三许的三荷载三，易三发生三裂损三。(5三)施工三质量三管理三不善三，混三凝土三材料三检验三不力三，施三工配三合比三控制三不严三，水三灰比三过大三，混三凝土三捣实三质量三不佳三，拱三部浇三注间三歇施三工形三成水三平状三工作三缝等三，造三成衬三砌质三量不三良，三降低三承载三能力三。四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治(一)预防三措施加强三地质三勘探三工作三，为三隧道三衬砌三结构三设计三提供三准确三的工三程地三质与三水文三地质三资料三。采三用地三质雷三达探三测、三开挖三面超三前钻三探等三方法三进行三超前三地质三预报三，加三强施三工中三的地三质复三查核三实工三作，三正确三选择三施工三方法三和衬三砌断三面。三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”的三设计三原则三。例三如，三衡广三复线三某隧三道原三设计20三0多米三长的Ⅲ级围三岩地三段，三开挖三后发三现绝三大部三分只三能算三作VI级围三岩，三出入三甚大三，因三而设三计所三选用三的衬三砌类三型也三就无三法符三合实三际地三层情三况，三这是三施工三现场三经常三遇到三的问三题。三为了三弥补三设计三上的三缺陷三，作三为现三场施三工技三术人三员，三要对三开挖三暴露三后的三围岩三情况三及时三与设三计图三纸进三行核三对，三如有三不符三之处三不可三盲目三照图三施工三，而三应立三即会三同现三场设三计人三员协三商做三出相三应的三变更三。四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治采用三先进三的施三工技三术设三备，三尽量三减少三施工三对围三岩的三扰动三，提三高衬三砌质三量。三大力三推广三光面三爆破三，锚三喷支三护，三提高三喷混三凝土三永久三性衬三砌的三抗裂三、抗三渗性三能。三采用三模板三台车三进行三模筑三混土三，进三行壁三后压三浆提三高混三凝土三衬砌三与围三岩之三间的三密实三性。四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治(二)整治三原则(1三)加强三观测，掌三握裂三缝变三形情三况和三地质三资料三。查三清病三因，三对不三同裂三损地三段，三采用三不同三的工三程措三施。(2三)对渗三漏水三、腐三蚀等三病害三，一并三综合三进行三整治，贯三彻彻三底整三治的三原则三。(3三)合理三安排三施工三慢行三封锁三计划，尽三量减三少对三正常三运营三的干三扰。(4三)精心三测量三，保证三加固三后的三隧道三净空三满足三隧道三限界三要求三，确三保锚三喷加三固衬三砌、三拱背三压浆三等项三整治三措施三的施三工质三量。四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治(三)整治三措施1.裂缝三整修(1三)小裂三缝，三又无三渗水三，可三用水三泥浆三嵌补三，或三先凿三槽后三再用1：1水泥三砂浆三或环三氧树三脂砂三浆涂三抹。三为防三止砂三浆固三结收三缩，三可在三制备三砂浆三时加三入10三%一17三%微膨三胀剂三。(2三)裂损三严重三，拱三圈有三多道三裂缝三，部三分失三去承三载能三力，三原则三上拆三除重三建，三一般三用锚三网喷三或喷三射早三强钢三纤维三混凝三土。(3三)开裂三严重三，但三拱圈三基本三形状三无较三大变三形时三，可三采用三素喷三或网三喷混三凝土三整治三。四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治2.衬砌三背后三空洞三压浆3.底板三的稳三定处三理4.换拱三、换三边墙四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治四、三衬砌三开裂三的预三防和三整治4隧道三冻害三及其三防治冻害三结冰隧道三冻害三是寒三冷地三区和三严寒三池区三的隧三道内三水流三和围三岩积三水冻三结，三引起三隧道三拱部三挂冰三、边三墙结三冰、三洞内三网线三设备三挂冰三、围三岩冻三胀、三衬砌三胀裂三、隧三底冰三椎、三水沟三冰塞三、线三路冻三起等三，影三响到三安全三运营三和建三筑物三的正三常使三用的三各种三病害三。寒三冷地三区指三最冷三月平三均气三温为-5三℃～-1三5℃地区三。严三寒地三区指三最冷三月平三均气三温低三于-1三5℃地区三。一、三隧道三冻害三类型三及其三成因(一)隧道三冻害三的类三型1.拱部三挂冰三、边三墙结三冰2.围岩三冻胀三破坏(1三)隧道三拱部三发生三变形三与开三裂(2三)隧道三边墙三变形三严重(3三)隧道三内线三路冻三害(4三)衬砌三材料三冻融三破坏(5三)隧底三冻胀三和融三沉3.衬砌三发生三冰楔(1三)硬质三围岩三衬砌三背后三积水三冻胀三，产三生冰三冻压三力(称为三冰劈三作用)，传三递给三衬砌三。(2三)衬砌三的工三作缝三和变三形缝三充水三冻胀三经多三次冻三融循三环，三使裂三缝不三断扩三大，三引起三衬砌三裂升三、疏三松、三剥落三等病三害。4.洞内三网线三挂冰隧道三漏水三落在三铁路三电力三牵引三区段三的接三触网三和电三力、三通讯三、信三号架三线上三结冰三。如三不及三时除三掉，三会坠三断网三线，三使接三触网三短路三、放三电、三跳闸三，中三断通三讯、三信号三，危三及行三车和三人身三安全三。(二)隧道三冻害三的成三因1.寒冷三气温三的作三用2.季节三冻结三圈的三形成3.围岩三的岩三性对三冻胀三的影三响4.隧道三设计三和施三工的三影响二、三隧道三冻害三的防三治基本三措施三：综合三治水三、更三换土三壤、三保温三防冻三、结三构加三强、三防止三融坍三等深埋三中心三防寒三渗水三沟防寒三泄水三洞浅埋三保温三侧沟(单位三：mm三)多年三冻土三中隧三道排三水系三统和三纵断三面5隧道三衬砌三腐蚀三及其三防治重庆三发生三一起三氢氧三化钾三货车三隧道三翻车三事故腐蚀三开裂三、变三酥隧道三衬砌三腐蚀三分为三物理三性侵三蚀和三化学三性腐三蚀两三类。三隧道三衬砌三腐蚀三的主三要影三响因三素有三：衬三砌污三工的三质量三和水三泥的三品种三，渗三流到三衬砌三内部三的环三境水三含侵三蚀性三介质三的种三类和三