隧道病害及其防治技术

隧道病害及其防治技术报告人：赵东平工学博士、高级工程师隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法一、隧道病害概述（一）、铁路隧道病害部分铁路干线的隧道失格率的不完全统计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，其中出现病害的隧道3270座，占运营总数的65%。一、隧道病害概述（二）、公路隧道病害我国20世纪60年代以前修建的公路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，虽然进行防排水设计，但由于施工质量普遍不高，也存在较严重的渗漏水病害。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。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，进而诱发灾难性的火灾事故。一、隧道病害概述（三）、地铁隧道病害与公路隧道与铁路隧道相比，地铁隧道跨度较小，埋深较浅，通常采用盾构法施工，断面为圆形居多，衬砌主要为拼装式管片。地铁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。(1)已建隧道营运状态堪忧;(2)隧道施工单位技术水平的良莠不齐,普遍存在“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。一、隧道病害概述（四）、隧道养护面临的问题隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法渗漏水：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。渗漏水危害：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（一）、隧道水害二、隧道水害及其防治（一）、隧道水害二、隧道水害及其防治2015.6.8黔桂线银洞坡隧道进口2060位置处，洞顶注浆孔封堵物在水压下掉落，从孔内泄水淋接触网，造成行车中断，摆渡4次潜流冲刷:潜流冲刷是指由于地下水渗流和流动而对围岩及衬砌产生的冲刷和溶蚀作用，其主要危害表现为：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，引起围岩坍塌，导致衬砌破坏（一）、隧道水害二、隧道水害及其防治（一）、隧道水害二、隧道水害及其防治某隧道边墙溶洞涌水某隧道墙脚涌水一、隧道水害及其防治（二）、隧道水害原因分析隧道修建，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失效时，就必然要发生隧道水害。隧道水害由客观和主观两种因素诱发：客观方面：地质因素或环境变化影响（如隧道穿越富水断层、溶洞、地下暗河采空区等）主观方面：隧道衬砌防水及排水设施不完善（如防水设计方案不合理、施工未按设计要求施工等）（三）、隧道水害防治二、隧道水害及其防治基本方法：引排疏通、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；严控施工工艺，保证施工质量。（三）、隧道水害防治二、隧道水害及其防治隧道渗漏水病害绝大多数与施工质量有直接关系，多数情况下施工未能按设计要求施作。隧道三缝（施工缝、变形缝、沉降缝）防水的施工质量尤为关键：隧道施工缝防水构造（三）、隧道水害防治二、隧道水害及其防治隧道渗漏水病害绝大多数与施工质量有直接关系，多数情况下施工未能按设计要求施作。隧道三缝（施工缝、变形缝、沉降缝）及防排水系统的施工质量尤为关键。隧道变形缝防水构造（三）、隧道水害防治二、隧道水害及其防治隧道渗漏水病害绝大多数与施工质量有直接关系，多数情况下施工未能按设计要求施作。隧道三缝（施工缝、变形缝、沉降缝）及防排水系统的施工质量尤为关键：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隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法三、隧道衬砌裂损病害及其防治79.31%43.10%36.21%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%拱顶拱腰边墙裂缝在隧道横断面上的分布位置不同位置衬砌开裂隧道比例既有隧道衬砌裂缝在横断面的位置分布情况65.52%13.79%15.52%3.45%1.72%0%10%20%30%40%50%60%70%0T≤55＜T≤1010＜T≤20T≥20不详运营时间T(年)衬砌开裂隧道比例既有隧道衬砌开裂与运营年限的相互关系统计在隧道运营过程中，如果衬砌产生裂缝，则衬砌的拱部将是主裂区，其次为拱腰，最后是边墙隧道运营时间与衬砌开裂的对比关系表明，隧道运营初期（=5年）衬砌开裂比例最高；隧道运营10年内，发生衬砌开裂比例占79%。（一）、隧道衬砌裂损病害统计三、隧道衬砌裂损病害及其防治（二）、衬砌裂损表现形态三、隧道衬砌裂损病害及其防治（三）、隧道衬砌裂损的防治总体原则:（1）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。（2）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。三、隧道衬砌裂损病害及其防治（三）、隧道衬砌裂损的防治整治原则：（1）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或增设内衬砌钢架。（2）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三、隧道衬砌裂损病害及其防治（三）、隧道衬砌裂损的防治增设隧道仰拱三、隧道衬砌裂损病害及其防治（三）、隧道衬砌裂损的检测24无损检测三、隧道衬砌裂损病害及其防治（三）、隧道衬砌裂损的检测隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法常见的冻害种类：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，严重影响隧道安全和正常运行。四、隧道冻害及其防治(一)、常见隧道冻害及危害严寒及寒冷地区隧道冻害的防治基本措施：1)综合治水2)更换或改造土壤3)保温防冻4)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)。5)通过加深边墙，加强底部排水等方法防止融坍。四、隧道冻害及其防治(二)、隧道冻害防治隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法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、软水溶出性侵蚀和一般酸类腐蚀五、隧道衬砌腐蚀及防治(一)、腐蚀的分类和影响因素1）提高衬砌的密实度和整体性2）外掺加料法：比如掺加粉煤灰可以去除游离的Ca(OH)2。3）选用耐侵蚀水泥4）加强衬砌外排水措施5）在衬砌表面做隔离防水层6）采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料筑衬砌7）向衬砌背后压注防蚀浆液等五、隧道衬砌腐蚀及防治(二)、隧道衬砌腐蚀防治隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法隧道震害特点：地下结构在地震作用下，由于周围岩土介质的存在，会发生不同于地面结构的响应，进而诱发结构性病害。隧道震害易必地段:隧道洞口特殊地层条件衬砌有缺陷的地段和部位六、隧道震害及抗震(一)、隧道震害特点及易发部位当围岩不稳定时，衬砌只要能与围岩保持大致一致的变形，既不致产生严重的震害。支护与围岩密贴对隧道震害十分重要。推广新奥法施工、采用喷锚衬砌及复合衬砌，衬砌背后压浆等措施。为保证结构具有适应地层变形的能力，应适当减少结构的刚度。曲墙式衬砌优于直墙式，封闭衬砌优于未封闭式六、隧道震害及抗震(二)、隧道震害与支护的关系当围岩不稳定时，衬砌只要能与围岩保持大致一致的变形，既不致产生严重的震害支护与围岩密贴对隧道震害十分重要。推广新奥法施工、采用喷锚衬砌及复合衬砌，衬砌背后压浆等措施。为保证机构具有适应地层变形的能力，应适当减少结构的刚度曲墙式衬砌优于直墙式，封闭衬砌优于未封闭式单线隧道的裂缝出现在仰拱、拱顶内侧以及仰拱拱趾的外侧六、隧道震害及抗震(二)、隧道震害与支护的关系六、隧道震害及抗震(三)、隧道震害防治与加固问题加固方法有滑坡危险的不安全斜坡新设抵抗偏压的加厚边墙混凝土、拱架保护工程，内衬砌，锚杆加固工程表面有岩石滑下危害的洞口延长隧道，重新衬砌，进行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隧道病害概述隧道衬砌裂损及其防治隧道冻害及其防治隧道衬砌腐蚀及其防治隧道的水害及其防治隧道震害及抗震措施煤层采空区的处理方法七、煤矿采空区处理(一)、煤矿采空区的概念与分布煤矿采空区是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。因煤矿开采过程，会逐步打通地下煤炭所在位置到煤矿井口间的隧道。随着煤炭和其他矿石的不断运出，地下形成了这样煤炭采空区。七、煤矿采空区处理(二)、煤矿采空区的危害煤矿巷道一般只进行临时支护，多采用树脂锚杆+钢筋网进行防护。若煤矿巷道开挖后不进行回填，随着时间推移将会造成塌陷、地面沉降等系列危害。造成农田无法耕种，地表水流失、采用空区上方建筑物或构筑物受损。七、煤矿采空区处理(三)、煤矿采空区的治理与恢复煤矿采空区的治理与恢复方法主要有：（1）垮落法（2）充填法（3）支撑法（4）缓慢下沉法七、煤矿采空区处理(三)、煤矿采空区的治理与恢复垮落法：使采空区悬露顶板垮落后充填采空区的岩层控制方法.充填法：用充填材料充填采空区的岩层控制方法.七、煤矿采空区处理(三)、煤矿采空区的治理与恢复支撑法：在采空区下方一般混凝土柱等作支撑的方法。缓慢下沉法：在采空区后方利用顶板下沉和底板隆起的特性任其自然合拢的岩层控制方法七、煤矿采空区处理(三)、煤矿采空区的治理与恢复煤矿采空区经过一段时间后一般会形成塌陷，对采煤塌陷区进行综合治理普遍认为是一个世界难题。目前，国内传统的治理模式主要为采煤塌陷稳沉后进行治理，即采煤塌陷—补偿损失—塌陷地闲置—治理。塌陷区治理工作始终面临着等“稳沉条件”成熟后再治理的尴尬局面，所以这就呼吁我们在发展经济时也要重视安全问题。