【全國(guó)】隧道常見(jiàn)災(zāi)害與防治技術(shù)（共67）

1隧道常見(jiàn)災(zāi)害害及其防治技技術(shù)土木工程學(xué)院院江江學(xué)良2我國(guó)各類隧道道均存在不同同程度的病害害。以隧道鐵鐵路為例：根根據(jù)1997年技術(shù)狀態(tài)檢檢查統(tǒng)計(jì)，我我國(guó)運(yùn)營(yíng)鐵路路有隧道5000余座。大部分分存在不同程程度的病害，，有的還相當(dāng)當(dāng)嚴(yán)重，其中中發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)現(xiàn)象隧道3270座，占運(yùn)營(yíng)總總數(shù)的65%現(xiàn)狀隧道常見(jiàn)的主主要病害包括括：隧道水害害、襯砌裂損損、隧道凍害害、與震害3隧道水害與隧隧道防水4隧道水害的種種類及其危害害隧道滲漏水隧道滲漏，按按發(fā)生的部位位分為：拱部部有滲水、滴滴水、漏水成成線和成股射射流四種，邊邊墻有滲水、、淌水兩種，，少數(shù)有涌水水災(zāi)害。危害：隧道滲水對(duì)對(duì)隧道穩(wěn)定、、洞內(nèi)設(shè)施、、行車安全、、地面建筑和和隧道周圍水水環(huán)境產(chǎn)生諸諸多不利影響響甚至威脅。。襯砌周圍積水水危害:水壓過(guò)大時(shí)導(dǎo)導(dǎo)致襯砌破裂裂軟化圍巖，從從而加大襯砌砌壓力，導(dǎo)致致襯砌破裂膨脹性圍巖體體積膨脹，導(dǎo)導(dǎo)致襯砌破裂裂寒冷地區(qū)引發(fā)發(fā)凍脹病害5潛流沖刷概念：由于地地下水滲流和和流動(dòng)而產(chǎn)生生的沖刷和溶溶蝕作用。危害：襯砌基礎(chǔ)下沉沉，邊墻開(kāi)裂裂或仰拱、整整體道床下沉沉開(kāi)裂圍巖滑移錯(cuò)動(dòng)動(dòng)導(dǎo)致襯砌變變形開(kāi)裂超挖回填不實(shí)實(shí)或未全部回回填著，引起起圍巖坍塌，，導(dǎo)致襯砌破破壞。67邊墻溶洞出水水8涌水9水害的成因可以歸結(jié)為客客觀和主觀兩兩方面原因：：隧道穿越含水水的不良地層層隧道襯砌防水水及排水設(shè)施施不完善10防水設(shè)計(jì)應(yīng)考考慮地表水、、地下水、毛毛細(xì)管水等的的作用，以及及由于人為因因素引起的附附近水文地質(zhì)質(zhì)改變的影響響防水原則：防防、排、截、、堵相結(jié)合，，剛?cè)岵?jì)，，因地制宜，綜綜合治理。隧道防水結(jié)構(gòu)構(gòu)多采用塑料料板防水層和和防水混凝土土。同時(shí)要重重視混凝土的的“裂縫”處處理。對(duì)于承受高壓壓水的隧道防防水或防水要要求高的地下下工程要考慮慮多層防線，，層層設(shè)防。。隧道的防水設(shè)設(shè)計(jì)11細(xì)部構(gòu)造防水水隧道與地下結(jié)結(jié)構(gòu)的施工縫縫、變形縫、、后澆帶、穿穿墻管、埋設(shè)設(shè)件、孔口等等處是整個(gè)工工程防水的薄薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)對(duì)于細(xì)部構(gòu)造造的設(shè)計(jì)與施施工要認(rèn)真對(duì)對(duì)待。12施工縫防水13變形縫的防水水1415隧道排水隧道排水洞內(nèi)排水洞外排水豎向盲溝環(huán)向盲溝縱向盲管排水溝截水溝排水溝洞門仰坡防護(hù)護(hù)1617盾構(gòu)隧道防水水主要是解決決管片本身的的防水和管片片接縫的防水水襯砌管片的防防水方法：管管片結(jié)構(gòu)的自自防水;管片的制作精精良管片的防水措措施：密封墊墊防水、嵌縫縫防水、螺栓栓孔防水、二二次襯砌盾構(gòu)隧道防水水1819襯砌類型和防防水：襯砌由由防水混凝土土，鋼板或鋼鋼板與混凝土土復(fù)合材料制制作，在侵蝕蝕性介質(zhì)中采采用耐侵蝕材材料或做內(nèi)襯襯保護(hù)層管筒的接口是是關(guān)鍵，形式式有剛性接口口、剛?cè)峤Y(jié)合合接口和柔性性接口頂管隧道防水水20不同形式的頂頂管接頭形式式剛性接口剛?cè)峤Y(jié)合接口口21柔性接頭22沉管隧道防水水分為管段自自身防水、管管段外防水和和管段接頭防防水特點(diǎn)：1）采用水密型型的防水技術(shù)術(shù)；2）采用柔性接接頭，常采用用的是性能優(yōu)優(yōu)越的GINA和OMEGA型橡膠止水帶帶所形成的柔柔性接頭形式式；3）三種防水形形式的綜合應(yīng)應(yīng)用形成嚴(yán)密密的防水體系系沉管隧道防水水23GINA斷面止水設(shè)計(jì)計(jì)24基本方法：適當(dāng)疏通注漿堵水增設(shè)內(nèi)防水層層水害整治技術(shù)術(shù)關(guān)鍵：分析病害成因因，對(duì)癥整治治合理選擇防水水材料嚴(yán)格施工工藝藝運(yùn)營(yíng)隧道的水水害治理25隧道襯砌裂損損及其防治26襯砌裂損的常常見(jiàn)病害襯砌變形、開(kāi)開(kāi)裂、滲漏水水端墻、側(cè)墻、、翼墻位移、、開(kāi)裂路面拱起、沉沉陷、錯(cuò)臺(tái)、、開(kāi)裂27襯砌開(kāi)裂28對(duì)不良地質(zhì)地地段襯砌，應(yīng)應(yīng)貫徹“寧強(qiáng)強(qiáng)勿弱，寧曲曲勿直，加強(qiáng)強(qiáng)襯砌過(guò)渡段段，寧長(zhǎng)勿短短”的原則盡量減少對(duì)圍圍巖的的擾動(dòng)動(dòng)，提高襯砌砌質(zhì)量。大力力推廣光面爆爆破，錨噴支支護(hù)，提高混混凝土永久性性襯砌的抗裂裂、抗?jié)B性能能。預(yù)防措施29襯砌變形、開(kāi)開(kāi)裂的治理措措施若襯砌背面存存在空隙，可可在襯背壓注注水泥砂漿由于襯砌厚度度不足,年久變質(zhì)，或或裂縫區(qū)域過(guò)過(guò)大，影響到襯砌強(qiáng)強(qiáng)度，可在襯襯砌面噴射混混凝土襯砌裂縫穩(wěn)定定時(shí)處理可采用壓注環(huán)環(huán)氧水泥砂漿漿或水泥砂漿漿的方法加固固對(duì)于襯砌表面面腐蝕、剝落落及灰縫脫落落可先清除表表面然后加噴噴一層混凝土土整治措施30路面拱起、沉沉陷、錯(cuò)臺(tái)、、開(kāi)裂處理誘因采取措施圍巖側(cè)壓力過(guò)過(guò)大，導(dǎo)致兩兩邊側(cè)墻內(nèi)移移而引起的路路面拱起在路面下加設(shè)設(shè)水平支撐路面局部沉陷陷、錯(cuò)臺(tái)、嚴(yán)嚴(yán)重碎裂挖出破損的路路面以及其下下部的基層，，重鋪路面治理滲漏水，，并將水引入入兩側(cè)邊溝3132對(duì)洞口的檢查查與養(yǎng)護(hù)須引起注意的的方面：擋墻、邊坡的的穩(wěn)定性洞口的排水、、防水系統(tǒng)危石33泥石流堵塞洞洞口3435隧道凍害36常見(jiàn)的凍害種種類：拱部掛冰、邊邊墻結(jié)冰；圍巖凍脹破壞壞，引起襯砌砌變形破壞；；襯砌發(fā)生冰楔楔隧道內(nèi)網(wǎng)線掛掛冰危害性：隧道凍害會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致襯砌凍脹脹開(kāi)裂，甚至至疏松剝落，，造成隧道襯襯砌結(jié)構(gòu)的失失穩(wěn)破壞，降降低襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)的安全可靠靠性，嚴(yán)重影影響運(yùn)輸?shù)陌舶踩驼＿\(yùn)運(yùn)行。37嚴(yán)寒及寒冷地地區(qū)隧道凍害害的防治，其其基本措施是是：綜合治水更換或改造土土壤保溫防凍加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，如如加設(shè)仰拱襯襯砌，采用防防水鋼筋混凝凝土襯砌，錨錨噴混凝土加加固，加抗凍凍脹錨桿等。。通過(guò)加深邊墻墻，加強(qiáng)底部部排水等方法法防止融坍凍害的防治38隧道的震害害與抗震39隧道的震害害類型及特特征1906年美國(guó)舊金金山發(fā)生8.3級(jí)地震，嚴(yán)嚴(yán)重破壞了了位于斷裂裂帶上的兩兩座隧道；；1923年日本關(guān)東東發(fā)生8.2級(jí)地震，區(qū)區(qū)鐵路線上上82座隧道遭到到破壞或變變形;1952年美國(guó)克斯斯發(fā)生7.7級(jí)地震，穿穿越地震斷斷裂帶的四四座鐵路隧隧道全部都都發(fā)生了嚴(yán)嚴(yán)重破壞；；1983年距上海市市150km以外的洋面面上發(fā)生6級(jí)地震，打打浦路管片片上的出現(xiàn)現(xiàn)了5座可見(jiàn)裂縫縫；1995年在日本阪阪神大地震震中,地鐵結(jié)構(gòu)發(fā)發(fā)生了很大大破壞，車車站結(jié)構(gòu)破破壞尤為明明顯。神戶戶高鐵大開(kāi)開(kāi)車站的震害害情況，用用明挖法于于1964年建成，中中柱（B400××D1000mm，3.5m）約30根完全破壞壞，頂板下下沉約3m，隧道斷面面變成M形。40隧道的震害害類型及特特征隧道的中柱柱上端或下下端混凝土土剝落，鋼鋼筋彎曲。。在線路方方向及垂直直方向上，，軸向鋼筋筋鼓出，箍箍筋也有許許多破壞的的，在側(cè)壁壁的隅角部部分也發(fā)生生裂縫及變變位但無(wú)顯顯著破壞。。在阪神大地地震中，山山嶺隧道也也遭到嚴(yán)重重的破壞。。主要是側(cè)側(cè)壁的壓潰潰裂紋及拱拱部剪切剝剝落及環(huán)向向開(kāi)裂。許許多建于20世紀(jì)60年代的隧道道，由于設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)未考考慮淺埋地地層變形的的影響，隧隧道結(jié)構(gòu)的的變形性能能不能承受受這次大地地震，拱頂頂部分發(fā)生生較嚴(yán)重的的剪切裂紋紋及剝落，，隧道橫斷斷面方向發(fā)發(fā)生混凝土土片的剝落落。如山陽(yáng)陽(yáng)新干線的的六甲隧道道，41隧道的震害害類型及特特征長(zhǎng)16235m，橫切六甲甲斷層系，，地震后隧隧道的水泥泥內(nèi)壁有眾眾多裂縫，，裂縫長(zhǎng)達(dá)達(dá)數(shù)十米的的地方有3處，隧道的的檢查通道道在百米范范圍內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)裂縫。1999年9月21日，我國(guó)臺(tái)臺(tái)灣省臺(tái)中中地區(qū)發(fā)生生了里氏7.3級(jí)地震（集集集地震））,那次大地震震造成2375人死亡,10000多人受傷，，30000多座建筑物物倒塌。地地震發(fā)生后后,通過(guò)對(duì)臺(tái)中中地區(qū)57座山嶺隧道道進(jìn)行調(diào)查查,發(fā)現(xiàn)除了8座隧道未受受損壞外,其余49座都有不同同程度的損損壞,而且表現(xiàn)出出不同。形形式的損損壞,如襯砌開(kāi)裂裂、襯砌剝剝落、洞門門破壞、地地下水涌入入、鋼筋鼓鼓出及彎曲曲、襯砌移移位、底板板開(kāi)裂及由由于邊坡破破壞造成的的隧道坍塌塌。都汶公路11座隧道示意意圖汶川地震隧道的震害害類型及特特征都江堰－映秀：

都汶高速（紫坪鋪隧道、龍洞子隧道、龍溪隧道）

映秀-汶川：

都汶公路臥龍連接線（燒火坪隧道）都汶公路二級(jí)路段（單坎梁子隧道、草坡隧道、桃關(guān)隧道、福堂壩隧道、徹底關(guān)隧道、毛家灣隧道、皂角灣隧道）

1.洞口邊坡滑滑塌與崩塌塌（13處）洞口邊坡滑滑塌洞口邊坡滑滑塌龍洞子隧道道出口的震震害龍溪隧道出出口高陡邊邊坡崩落2.洞門裂損主要發(fā)生在在端墻式和和柱墻式洞洞門結(jié)構(gòu)中中。桃關(guān)隧道圓弧弧形端墻開(kāi)開(kāi)裂與松脫脫max:50cm洞口段坍方方（5處）3.襯砌及圍巖巖坍塌龍溪隧道K21+575-580拱部地震坍坍方龍溪隧道二二襯坍落縱向裂縫4.襯砌開(kāi)裂及及錯(cuò)位都汶公路11座隧道中8座隧道出現(xiàn)現(xiàn)了不同程程度的襯砌砌開(kāi)裂橫向張裂環(huán)向破裂與與錯(cuò)臺(tái)（最大可達(dá)達(dá)20cm）斜向剪裂底板強(qiáng)烈隆隆起5.底板開(kāi)裂及及隆起底板強(qiáng)烈隆隆起初期支護(hù)鼓鼓出、剪裂裂6.初期支護(hù)變變形及開(kāi)裂裂初期鋼架潰潰屈地下隧道屬屬于幾何線線性結(jié)構(gòu)，，在地震荷荷載的作用用下，由于于周圍介質(zhì)質(zhì)的存在，，其動(dòng)態(tài)反反應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)現(xiàn)出與地面面建筑不同同的特性，，主要變現(xiàn)現(xiàn)為：1)地下隧道的的振動(dòng)變形形受周圍介介質(zhì)的約束束作用明顯顯,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力力反應(yīng)一般般不明顯。。2)在地震荷載載作用下,當(dāng)?shù)叵滤淼赖澜Y(jié)構(gòu)存在在明顯慣性性或周圍介介質(zhì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)間的剛度度失配時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生生過(guò)度變形形而破壞。。3)地下隧道震震害多發(fā)生生在地質(zhì)條條件有較大大變化的區(qū)區(qū)域;相反如果地地質(zhì)條件均均勻,即便震級(jí)較較大,結(jié)構(gòu)也較安安全。4)地下隧道若若穿過(guò)地質(zhì)質(zhì)不良地帶帶也易遭震震害。5)結(jié)構(gòu)斷面形形狀及剛度度發(fā)生明顯顯變化的部部位，如隧隧恫進(jìn)出口口等部位均均為抗震的的薄弱環(huán)節(jié)節(jié)。5)地下隧道的的破壞形式式主要是彎彎曲裂縫、、豎向裂縫縫混凝土脫脫落和鋼筋筋外露等。襯砌的剪切移位位。當(dāng)隧道建在斷斷層破碎帶帶上時(shí),常常會(huì)發(fā)生生這種形式式的破壞。。在臺(tái)灣““9·21””地震中,位于斷層帶帶上的一座座輸水隧道道就發(fā)生了了這種破壞壞。由于斷斷層的移位位,該輸水隧道道在進(jìn)水口口下游180m處發(fā)生了剪剪切滑移,如圖6-18所示,隧道在豎直直方向分開(kāi)4隧道震害的的主要表現(xiàn)現(xiàn)形式襯砌剪切移移位圖m,在水平方向向分開(kāi)3m,整個(gè)隧道發(fā)發(fā)生嚴(yán)重破破壞。(2)邊坡破壞造造成的隧道道坍塌邊坡破壞造造成的隧道道坍塌(3)襯砌開(kāi)裂地震中,襯砌開(kāi)裂是是最常發(fā)生生的現(xiàn)象。。這種形式式的襯砌破破壞在又可可分為縱向向裂損、橫橫向裂損、、斜向裂損損、斜向裂裂損進(jìn)一步步發(fā)展所致致的環(huán)向裂損損、底板裂裂損以及沿沿著孔口如如電纜槽、、避車洞或或避人洞發(fā)發(fā)生的裂損損。襯砌縱向裂裂損圖襯砌橫向裂裂損圖襯砌斜向裂裂損圖襯砌環(huán)向裂裂損圖底板裂損圖圖孔口附近襯襯砌裂損圖圖(4)邊墻開(kāi)裂由于顯著的的邊墻向內(nèi)內(nèi)變形造成成的隧道破破壞。這種種變形可以以造成邊墻墻襯砌的大大量開(kāi)裂,甚至導(dǎo)致邊邊溝的倒塌塌。邊墻變形隧道震害的的機(jī)理現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表表明,隧道及地下下結(jié)構(gòu)的震震害形態(tài)的的差異與地震強(qiáng)度度、震中距距、地震波波的特性、、地震力的的作用方向向、地質(zhì)條條件、襯砌砌條件、隧隧道與圍巖巖的相對(duì)剛剛度、施工工方法、施施工的難易易程度以及及施工過(guò)程程中是否出出現(xiàn)坍方等等有密切關(guān)關(guān)系。根據(jù)據(jù)以往地下下結(jié)構(gòu)在地地震中所表表現(xiàn)的行為為可知,地震的主要要或次要效效應(yīng)均可使使隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)遭受破壞壞。這些效效應(yīng)包括兩兩個(gè)方面:(1)圍巖失穩(wěn),主要指圍巖巖的變形、、差異位移移、震害和和液化；(2)地震慣性力力,主要指強(qiáng)烈烈的地層運(yùn)運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)中所產(chǎn)生生的慣性力力所造成的的破壞。隧道震害的的機(jī)理圍巖失穩(wěn)和和地震慣性性力作用是地下結(jié)構(gòu)構(gòu)震害的兩兩種主要原原因。對(duì)于于同一程度度的大地?fù)u搖動(dòng)而言,如果僅論及及結(jié)構(gòu)的慣慣性力,地下結(jié)構(gòu)要要比地面結(jié)結(jié)構(gòu)安全的的多。這是是因?yàn)榈叵孪陆Y(jié)構(gòu)處于于周圍地層層的約束之之中,并與地層一一起運(yùn)動(dòng)。。因而,地下結(jié)構(gòu)在在地震運(yùn)動(dòng)動(dòng)過(guò)程中,僅僅按照其其相對(duì)于地地層的質(zhì)量量密度和剛剛度分擔(dān)一一部分地震震變形和荷荷載,而不像地面面結(jié)構(gòu)那樣樣,承擔(dān)全部的的慣性力。。研究表明:隧道結(jié)構(gòu)抵抵抗縱向的拉壓壓和橫向的的剪切兩種種作用的能力,并不因結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度的加加強(qiáng)而有很很大改善。。所以,隧道結(jié)構(gòu)的的抗震設(shè)計(jì)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)當(dāng)考慮這種種破壞作用用,使設(shè)計(jì)的結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足足夠的韌性性以吸收地地震所產(chǎn)生生的相位衍衍生應(yīng)力和和相對(duì)變位位,同時(shí)又不損損害其承受受靜載的能能力。一味味加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu),試圖讓結(jié)構(gòu)構(gòu)去抵抗相相當(dāng)大的強(qiáng)強(qiáng)制變位所所產(chǎn)生的內(nèi)內(nèi)力是不現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的。（1）選址與規(guī)規(guī)劃設(shè)計(jì)方方面在強(qiáng)震區(qū)避避免隧道直直接穿越活活動(dòng)斷裂，，穿越活動(dòng)動(dòng)斷裂帶的的次級(jí)斷層層時(shí)必須要要加強(qiáng)抗震震設(shè)防措施施，在次級(jí)級(jí)斷裂帶兩兩側(cè)一定范范圍內(nèi)二次次襯砌應(yīng)采采用鋼筋混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)。隧道抗減震啟示示（2）洞口段山嶺隧道洞洞口邊坡在在強(qiáng)震作用用下的穩(wěn)定定性直接關(guān)關(guān)系到隧道道運(yùn)營(yíng)安全全，地震中中極易產(chǎn)生生崩滑、掩掩埋洞口、、毀壞洞門門、中斷交交通。因此，強(qiáng)震震區(qū)洞口邊邊坡應(yīng)加大大防護(hù)力度度，將邊坡坡防護(hù)、洞洞