隧道常见灾害与防治技术
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土木工程学院 江学良
1
现状 + 我国各类隧道均存在不同程度的病害。以Байду номын сангаас
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%
2
3
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。
32
泥石流堵塞洞口
33
34
隧道冻害
35
+ 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，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。
36
29
路面拱起、沉陷、错台、开裂处理
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
在路面下加设水平支撑
挖出破损的路面以及其下部
路面局部沉陷、 的基层，重铺路面
错台、严重碎 裂
治理渗漏水，并将水引入两 侧边沟
30
31
+ 须引起注意的方面： ➢ 挡墙、边坡的稳定性 ➢ 洞口的排水、防水系统 ➢ 危石
17
18
+ 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材料制作，在 侵蚀性介质中采用耐侵蚀材料或做内衬 保护层
+ 管筒的接口是关键，形式有刚性接口、 刚柔结合接口和柔性接口
19
不同形式的顶管接头形式 刚柔结合接口
刚性接口
20
柔性接头
21
+ 沉管隧道防水分为管段自身防水、管段外防水 和管段接头防水
24
隧道衬砌裂损及其防治
25
•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
26
衬砌开裂
27
预防措施
+ 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”的原则
+ 尽量减少对围岩的的扰动，提高衬砌质 量。大力推广光面爆破，锚喷支护，提 高混凝土永久性衬砌的抗裂、抗渗性能。
+ 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 型橡胶止水带所形成的柔性接头形式；3）三 种防水形式的综合应用形成严密的防水体系
22
GINA断面止水设计
23
➢ 基本方法： + 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 + 合理选择防水材料 + 严格施工工艺
➢ 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
4
+ 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。
冻害的防治
+ 严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施 是：
➢ 综合治水 ➢ 更换或改造土壤 ➢ 保温防冻 ➢ 加强结构，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。 ➢ 通过加深边墙，加强底部排水等方法防止融坍
37
隧道的震害与抗震
38
隧道的震害类型及特征
➢ 1906年美国旧金山发生8.3级地震，严重破坏了位于断裂带上 的两座隧道；1923年日本关东发生8.2级地震，区铁路线上82座隧 道遭到破坏或变形; ➢ 1952年美国克斯发生7.7级地震，穿越地震断裂带的四座铁路 隧道全部都发生了严重破坏；
11
施工缝防水
12
变形缝 的防水
13
14
隧道排水
洞内排水
洞外排水
竖环 纵 排 向向 向 水 盲盲 盲 沟 沟沟 管
截 排洞 水 水门 沟 沟仰
坡
防 护
15
16
+ 盾构隧道防水主要是解决管片本身的防 水和管片接缝的防水
+ 衬砌管片的防水方法：管片结构的自防 水;管片的制作精良
+ 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
+ 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。
10
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。
39
隧道的震害类型及特征
隧道的中柱上端或下端混凝土剥落，钢筋弯曲。在线路方向及 垂直方向上，轴向钢筋鼓出，箍筋也有许多破坏的，在侧壁的隅角 部分也发生裂缝及变位但无显著破坏。
在阪神大地震中，山岭隧道也遭到严重的破坏。主要是侧壁的 压溃裂纹及拱部剪切剥落及环向开裂。许多建于20世纪60年代的隧 道，由于设计时未考虑浅埋地层变形的影响，隧道结构的变形性能 不能承受这次大地震，拱顶部分发生较严重的剪切裂纹及剥落，隧 道横断面方向发生混凝土片的剥落。如山阳新干线的六甲隧道，
➢ 1983年距上海市150km以外的洋面上发生6级地震，打浦路管 片上的出现了5座可见裂缝；
➢ 1995 年在日本阪神大地震中,地铁结构发生了很大破坏，车站 结构破坏尤为明显。神户高铁大开车站的震害情况，用明挖法于 1964年建成，中柱（B400×D1000mm，3.5m）约30根完全破坏， 顶板下沉约3m，隧道断面变成M形。
28
整治措施
▪ 衬砌变形、开裂的治理措施 ➢ 若衬砌背面存在空隙，可在衬背压注水泥砂浆 ➢ 由于衬砌厚度不足,年久变质，或裂缝区域过
大，影响到衬砌强度，可在衬砌面喷射混凝土
▪ 衬砌裂缝稳定时处理 可采用压注环氧水泥砂浆或水泥砂浆的方法加固
▪ 对于衬砌表面腐蚀、剥落及灰缝脱落可先清除 表面然后加喷一层混凝土
➢ 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。
5
6
边墙溶洞出水
7
涌水
8
+ 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
9
+ 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
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现状 + 我国各类隧道均存在不同程度的病害。以Байду номын сангаас
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%
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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。
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泥石流堵塞洞口
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34
隧道冻害
35
+ 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，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。
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路面拱起、沉陷、错台、开裂处理
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
在路面下加设水平支撑
挖出破损的路面以及其下部
路面局部沉陷、 的基层，重铺路面
错台、严重碎 裂
治理渗漏水，并将水引入两 侧边沟
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+ 须引起注意的方面： ➢ 挡墙、边坡的稳定性 ➢ 洞口的排水、防水系统 ➢ 危石
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+ 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材料制作，在 侵蚀性介质中采用耐侵蚀材料或做内衬 保护层
+ 管筒的接口是关键，形式有刚性接口、 刚柔结合接口和柔性接口
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不同形式的顶管接头形式 刚柔结合接口
刚性接口
20
柔性接头
21
+ 沉管隧道防水分为管段自身防水、管段外防水 和管段接头防水
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隧道衬砌裂损及其防治
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•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
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衬砌开裂
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预防措施
+ 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”的原则
+ 尽量减少对围岩的的扰动，提高衬砌质 量。大力推广光面爆破，锚喷支护，提 高混凝土永久性衬砌的抗裂、抗渗性能。
+ 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 型橡胶止水带所形成的柔性接头形式；3）三 种防水形式的综合应用形成严密的防水体系
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GINA断面止水设计
23
➢ 基本方法： + 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 + 合理选择防水材料 + 严格施工工艺
➢ 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
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+ 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。
冻害的防治
+ 严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施 是：
➢ 综合治水 ➢ 更换或改造土壤 ➢ 保温防冻 ➢ 加强结构，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。 ➢ 通过加深边墙，加强底部排水等方法防止融坍
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隧道的震害与抗震
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隧道的震害类型及特征
➢ 1906年美国旧金山发生8.3级地震，严重破坏了位于断裂带上 的两座隧道；1923年日本关东发生8.2级地震，区铁路线上82座隧 道遭到破坏或变形; ➢ 1952年美国克斯发生7.7级地震，穿越地震断裂带的四座铁路 隧道全部都发生了严重破坏；
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施工缝防水
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变形缝 的防水
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隧道排水
洞内排水
洞外排水
竖环 纵 排 向向 向 水 盲盲 盲 沟 沟沟 管
截 排洞 水 水门 沟 沟仰
坡
防 护
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+ 盾构隧道防水主要是解决管片本身的防 水和管片接缝的防水
+ 衬砌管片的防水方法：管片结构的自防 水;管片的制作精良
+ 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
+ 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。
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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。
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隧道的震害类型及特征
隧道的中柱上端或下端混凝土剥落，钢筋弯曲。在线路方向及 垂直方向上，轴向钢筋鼓出，箍筋也有许多破坏的，在侧壁的隅角 部分也发生裂缝及变位但无显著破坏。
在阪神大地震中，山岭隧道也遭到严重的破坏。主要是侧壁的 压溃裂纹及拱部剪切剥落及环向开裂。许多建于20世纪60年代的隧 道，由于设计时未考虑浅埋地层变形的影响，隧道结构的变形性能 不能承受这次大地震，拱顶部分发生较严重的剪切裂纹及剥落，隧 道横断面方向发生混凝土片的剥落。如山阳新干线的六甲隧道，
➢ 1983年距上海市150km以外的洋面上发生6级地震，打浦路管 片上的出现了5座可见裂缝；
➢ 1995 年在日本阪神大地震中,地铁结构发生了很大破坏，车站 结构破坏尤为明显。神户高铁大开车站的震害情况，用明挖法于 1964年建成，中柱（B400×D1000mm，3.5m）约30根完全破坏， 顶板下沉约3m，隧道断面变成M形。
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整治措施
▪ 衬砌变形、开裂的治理措施 ➢ 若衬砌背面存在空隙，可在衬背压注水泥砂浆 ➢ 由于衬砌厚度不足,年久变质，或裂缝区域过
大，影响到衬砌强度，可在衬砌面喷射混凝土
▪ 衬砌裂缝稳定时处理 可采用压注环氧水泥砂浆或水泥砂浆的方法加固
▪ 对于衬砌表面腐蚀、剥落及灰缝脱落可先清除 表面然后加喷一层混凝土
➢ 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。
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边墙溶洞出水
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涌水
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+ 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
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+ 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