隧道及地下工程的灾害、事故及其防治技术

隧道及地下工程的灾祸、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

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1引见提纲一、隧道的灾祸防护、保养与养护二、隧道及地下工程事故分析2一、隧道的灾祸防护、保养与养护3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年技术形状检查统计，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，其中发生失稳景象隧道3270座，占运营总数的65%现状4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5隧道水害与隧道防水6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，少数有涌水灾祸。危害：隧道渗水对隧道稳定、洞内设备、行车平安、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不利影响甚至要挟。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，导致衬砌破裂冰冷地域引发冻胀病害7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：衬砌根底下沉，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。89边墙溶洞出水10涌水11水害的成因可以归结为客观和客观两方面缘由：隧道穿越含水的不良地层隧道衬砌防水及排水设备不完善12防水设计应思索地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为要素引起的附近水文地质改动的影响防水原那么：防、排、截、堵相结合，刚柔并济，因地制宜，综合治理。隧道防水构造多采用塑料板防水层和防水混凝土。同时要注重混凝土的“裂痕〞处置。对于接受高压水的隧道防水或防水要求高的地下工程要思索多层防线，层层设防。隧道的防水设计13细部构造防水隧道与地下构造的施工缝、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仔细对待。14施工缝防水15变形缝的防水1617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1819盾构隧道防水主要是处理管片本身的防水和管片接缝的防水衬砌管片的防水方法：管片构造的自防水;管片的制造精良管片的防水措施：密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌盾构隧道防水2021管片接头常出现的几个问题和处理方法接头区混凝土剥落小型管道密封件22拐弯区混凝土裂开能增大柔性的几何尺寸23十字接头走漏接口自动闭合〔能在压力下自动挤出粘性物质〕24密封松动倒钩设计25嵌入封顶块滑动资料外表26衬砌类型和防水：衬砌由防水混凝土，钢板或钢板与混凝土复合资料制造，在侵蚀性介质中采用耐侵蚀资料或做内衬维护层管筒的接口是关键，方式有刚性接口、刚柔结合接口和柔性接口顶管隧道防水27不同方式的顶管接头方式刚性接口刚柔结合接口28柔性接头29沉管隧道防水分为管段本身防水、管段外防水和管段接头防水特点：1〕采用水密型的防水技术；2〕采用柔性接头，常采用的是性能优越的GINA和OMEGA型橡胶止水带所构成的柔性接头方式；3〕三种防水方式的综合运用构成严密的防水体系沉管隧道防水30GINA断面止水设计31根本方法：适当疏通注浆堵水增设内防水层水害整治技术关键：分析病害成因，对症整治合理选择防水资料严厉施工工艺运营隧道的水害治理32隧道衬砌裂损及其防治33衬砌裂损的常见病害衬砌变形、开裂、渗漏水端墙、侧墙、翼墙位移、开裂路面拱起、沉陷、错台、开裂34衬砌开裂35对不良地质地段衬砌，应贯彻“宁强勿弱，宁曲勿直，加强衬砌过渡段，宁长勿短〞的原那么尽量减少对围岩的的扰动，提高衬砌质量。大力推行光面爆破，锚喷支护，提高混凝土永久性衬砌的抗裂、抗渗性能。预防措施36衬砌变形、开裂的治理措施假设衬砌反面存在空隙，可在衬背压注水泥砂浆由于衬砌厚度缺乏,年久蜕变，或裂痕区域过大，影响到衬砌强度，可在衬砌面放射混凝土衬砌裂痕稳定时处置可采用压注环氧水泥砂浆或水泥砂浆的方法加固对于衬砌外表腐蚀、剥落及灰缝零落可先去除外表然后加喷一层混凝土整治措施37路面拱起、沉陷、错台、开裂处置诱因采取措施围岩侧压力过大，导致两边侧墙内移而引起的路面拱起在路面下加设程度支撑路面部分沉陷、错台、严重碎裂挖出破损的路面以及其下部的基层，重铺路面治理渗漏水，并将水引入两侧边沟38无损检测3940对洞口的检查与养护须引起留意的方面：挡墙、边坡的稳定性洞口的排水、防水系统危石41泥石流堵塞洞口4243隧道冻害44常见的冻害种类：拱部挂冰、边墙结冰；围岩冻胀破坏，引起衬砌变形破坏；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，呵斥隧道衬砌构造的失稳破坏，降低衬砌构造的平安可靠性，严重影响运输的平安和正常运转。概念：冻结圈、融化圈45严寒及冰冷地域隧道冻害的防治，其根本措施是：综合治水改换或改造土壤保温防冻加强构造，如加设仰拱衬砌，采用防水钢筋混凝土衬砌，锚喷混凝土加固，加抗冻胀锚杆等。经过加深边墙，加强底部排水等方法防止融坍冻害的防治46衬砌腐蚀47隧道衬砌腐蚀分为物理腐蚀和化学腐蚀。物理腐蚀冻融交替部位的冻胀性裂损干湿交替部位的盐类结晶性胀裂损坏化学腐蚀：硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、软水溶出性侵蚀和普通酸类腐蚀隧道腐蚀的分类和影响要素48提高衬砌的密实度和整体性外掺加料法：比如掺加粉煤灰可以去除游离的Ca(OH)2。选用耐侵蚀水泥加强衬砌外排水措施在衬砌外表做隔离防水层采用与侵蚀性环境水不起化学反响的天然石料筑衬砌向衬砌背后压注防蚀浆液等防治措施49隧道的震害与抗震50特点：地下构造在地震作用下，由于周围岩土介质的存在，会发生不同于地面构造的呼应隧道容易发生震害的地段与部位隧道洞口特殊地层条件衬砌有缺陷的地段和部位对隧道震害的认识51隧道震害与支护的关系：当围岩不稳定时，衬砌只需能与围岩坚持大致一致的变形，既不致产生严重的震害支护与围岩密贴对隧道震害非常重要。推行新奥法施工、采用喷锚衬砌及复合衬砌，衬砌背后压浆等措施。为保证机构具有顺应地层变形的才干，应适当减少构造的刚度曲墙式衬砌优于直墙式，封锁衬砌优于未封锁式单线隧道的裂痕出如今仰拱、拱顶内侧以及仰拱拱趾的外侧52

隧道抗震加固与震害整治问题加固方法有滑坡危险的不平安斜坡新设抵抗偏压的加厚边墙混凝土、拱架维护工程，内衬砌，锚杆加固工程外表有岩石滑下危害的洞口延伸隧道，重新衬砌，进展防护有泥石流危险的洞口治理山坡，筑防沙堤有山体崩毁、流沙历史，以及随喷水有泥砂流出的的区间山体注浆及排水衬砌背后有空洞回填注浆53地铁震害与抗震1995年日本阪神地震阐明，剧烈地震时，地下构造震害严重；同时地下铁道延伸范围广，其间场地土的特性复杂多变，土层的液化、震陷等景象亦会对地铁呵斥间接影响。因此，对地铁抗震性能的研讨应该引起注重。54对95年阪神地震资料总结发现，地震破坏主要特点：不对称构造发生的破坏比对称构造严重上层构造比下层破坏严重。破坏主要发生在中柱上地下构造上部土层越厚，破坏越轻。纵墙和横墙均出现大量的斜向裂纹，特别是角点部位。顶板与侧墙的破坏程度与中柱亲密相关区间隧道的破坏方式主要是裂痕，其中多为侧墙中部的轴向弯曲裂痕55隧道及地下工程平安与防灾56隧道和地铁建筑构造复杂、环境密闭，加上人员密集，一旦发生火灾，扑救相当困难，往往会呵斥艰苦的人员伤亡和财富损失隧道火灾的危害性572003年2月18日上午，由于一名中年男子纵火，韩国大邱市地铁一号线的中央路车站须臾间被烈焰和浓烟淹没，两列满载乘客的地铁列车被烧毁。根据韩国官方提供的数字，当时有126人死亡，146人受伤，另有318人下落不明5859火灾现场实验结果60隧道火灾的主要缘由1.车辆电气线路短路、汽化器失灵、载重汽车气动系统缺点等引发火灾。2.隧道内道路狭小，能见度较差、情况又较复杂，容易发生车辆相撞事故，也可引发隧道火灾。3.隧道内通行的车辆所载货物能够有易燃易爆物品，遇明火〔或热源〕发生熄灭或自燃。61主要防火措施1.采用耐火资料2.较长的隧道划分防火分区3.隧道内设置自动的水喷淋灭火系统和火灾自动报警系统，以及配备各类便携式灭火器。4.设置疏散避难设备，如避难通道、隧道两侧的诱导路、定点急救避难场所等5.加强隧道消防管理和交通管理以及经常检查隧道的防火平安任务62地铁火灾的主要缘由1.地铁车站在装修、设备、办公等方面存在一定数量的可燃物，操作不慎引发火灾2.施工中进展焊接、切割作业以及任务人员吸烟、列车运转时产生的电弧等缘由。3.乘客违反规定，以及车上电器设备缺点等缘由4.变配车站设备缺点导致火灾5.人为纵火和恐惧袭击63主要防火措施1.车站的规划应合理，采取防火墙、水幕等措施。严厉限制车站内各类易燃物品2.加强隧道维修施工管理3.地铁客车采用不燃材质制造4.地铁变电站、高压电缆应在地面建筑敷设。5.设计时思索火灾排烟要求6.自动监控系统；灭火淋喷系统64火灾时的烟雾排放系统65附属设备的养护66隧道附属设备养护任务范围包括：照明、通风、排水、消防等隧道的维修保养检查包括经常检查、定期检查以及特殊检查67通风对于利用竖井、边窗通风者，应随时检查，去除井内杂物对各式通风机、管道、机电、动力设备等，每月进展一次运转情况检修68照明经过遮阳棚、减光格栅、绿化等尽量坚持洞外附近低亮度采用路面标线、路缘石、刷白色反光资料等方式，提高隧道亮度并诱导视野加强隧道内路面、侧墙、顶棚和照明灯具的清扫任务设置的照明器该当防震、防水、防尘，并作定期检查

69二、隧道及地下工程事故分析●盾构隧道－事故调查及分类－事故缘由分析－工程对策●公路隧道70盾构隧道－事故调查及分类盾构法中常见的施工事故类型有以下几种：结饼压力舱土体在隔板传送的推力作用下发生固结，结成硬块的景象。闭塞闭塞是由于土体成拱使得不能正常出土进入土体压实充溢压力舱，而缺乏流塑性的土体又使搅拌翼的阻力上升，加大刀盘扭矩进而引起施工困难。喷涌盾构掘进翻开螺旋保送器阀门出土时，以水为主，水和砂混合从出土口喷涌而出，散落在隧道内，皮带运输无法带走土体。开挖面失稳由于千斤顶、隔板传送到压力舱的压力不能均匀作用于开挖面，而使开挖面失去稳定的景象。地表发生沉降隧道施工中不论采用何种施工方法都会产生不同程度的地面沉降，盾构法也不例外。特别是在松软饱和和含水不稳定的淤泥质粘土层的浅覆土隧道中，这种景象尤为明显。盾构法施工中要求将地面沉降控制在允许的范围内。当地面沉降超出允许范围时，会引起地面建筑物墙体开裂，个别地点由于墙体开裂而产生不良的影响。渗漏水不论何种隧道施工，都要对渗漏水采取相应的措施及时加以控制和治理，否那么会隧道施工带来严重要挟，因此渗漏水量应符合构造防水规范。塌陷其他事故71上海地铁四号线事故照片〔1〕72上海地铁四号线事故照片〔2〕73上海地铁四号线事故照片〔3〕74上海地铁四号线事故照片〔4〕75北京地铁五号线崇文门车站事故现场的坍塌钢筋76广州地铁三号线事故照片(1)77广州地铁三号线事故照片(2)78台湾高雄坑內滲水情形及阻漏79陷下去的车子808182事故缘由分析结饼缘由分析闭塞缘由分析喷涌缘由分析开挖面失稳缘由分析地表发生沉降缘由分析渗漏水缘由分析坍塌缘由分析其他事故缘由分析83工程对策结饼1、掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块2、盾构刀盘在设计上应思索对泥岩的切削功能，使刀盘尽少出现粘结堵塞3、也可以在刀盘反面和土舱胸板上增设空心搅动棒，添加搅拌强度和范围，并且空心棒内还可以预留注水孔，以便清洗刀盘和土舱。4、空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下零落84闭塞从人孔进入到密闭舱内除去妨碍物；加固好开挖面前的地基土，将盾构机停留在加固体范围中，从盾构机侧面除去妨碍物〔存在埋设物和作业带的制约〕；在开挖面前筑任务井，牵行盾构机入内，从地面一侧除去妨碍物〔要添加费用和工期〕工程对策85喷涌封锁螺旋保送器情况下继续掘进，让切削下的土体挤出土舱内的水。采取这种措施时，要预防舱内压力过高，呵斥盾构前方隆起、冒浆以及盾尾被击穿等。提早采用气压平衡方式掘进，但要预防漏气事件的发生。参与高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。盾构选型方面，螺旋保送器选择具有土塞效应的中轴式螺杆和简短式螺杆。在盾构刀盘设计时，优化设计好刀盘的开口率和刀具，使切削进仓的颗粒较小且均匀。假设施工特别困难的情况下，在螺旋保送器某一位置安装衔接纳道，改成泥水盾构出土方式工程对策86开挖面失稳施工单位控制好压力舱的应有压力，防止开挖面失稳；为了保证开挖面的稳定，重要的是要使开挖下来的土砂具有塑性流动性，并使土砂确实充溢压力舱内，同时还