山岭重丘区公路隧道震害及震后修复方法研究

梁　伟　刘宏斌　范一凡

(青岛理工大学工程质量检测鉴定中心，山东青岛　266033)



山岭重丘区公路隧道震害及震后修复方法研究

梁伟刘宏斌范一凡

(青岛理工大学工程质量检测鉴定中心，山东青岛266033)

摘要:介绍了山岭重丘区公路隧道常见的震害类型，分析了地震作用下发生隧道破坏的原因，结合实践经验，从外部地质、洞口段、洞身段等方面入手，提出了针对性的震后修复措施，可有效解决公路隧道的震害问题。

关键词:公路隧道，震害，修复措施

0　引言

近年来，我国公路建设迅猛发展，公路网不断完善。为推动地方经济发展，中西部山岭重丘区亦需要大量修建高等级公路。由于高等级公路对线形技术指标要求较高，当平面选线过程中遭遇山岭时，采用隧道穿越就成为最佳选择［1］。隧道穿越不仅能缩短路线里程，使线形平缓，而且能避免大挖大填的施工方式，符合生态保护的基本要求。然而我国山岭重丘区多与地震带重叠，地震活动频繁，因此隧道抗震及震后修复问题理应得到足够重视。本文在参考大量相关文献的基础上，总结了一系列山岭重丘区公路隧道的震害类型及震后修复的方法。

1　隧道震害类型

1．1洞口段震害

隧道洞口段覆土较浅，且周围岩土体通常风化严重，易滑落，因此该段震害一般较为严重。文献［2］～［5］通过对汶川地震中隧道震害的实地调查，总结了洞口段的几种震害类型。

1)由地震作用引起的山体滑坡和落石，导致洞门被砸坏，洞口被掩埋。如都汶公路龙洞子隧道的出口端发生了较严重的山体滑坡，导致左线隧道出口被巨石堵塞，右线隧道出口被完全掩埋。2)由地震波直接作用引起的震害，如端墙或挡墙开裂、衬砌沿施工缝或非施工缝错台、洞口段仰拱或底板损坏、边仰坡地面开裂变形、边仰坡防护损坏、排截水沟开裂变形等。如龙池隧道出口处的洞门挡墙、端墙及两者连接处均产生了较大裂缝;都汶公路龙溪隧道洞口段二次衬砌发生沿施工缝和非施工缝的错台、隧道右线出口端护坡混凝土开裂脱落、仰坡防护破坏;彻底关隧道部分排水沟开裂损坏等。

1．2洞身震害

隧道洞身部分位于地表以下，被岩土体紧密围束。通常认为，在地震作用时，洞身部分会跟随周围岩土体一起运动。由于隧道结构的比重远小于周围岩土体，故在地震作用下的惯性力较小，由此产生的破坏较为轻微［6］。近年来的隧道震害资料表明，隧道洞身段震害主要来自于地层的相对位移。文献［2］［3］［5］［7］归纳了几种洞身震害类型。

1)衬砌开裂。包括底板开裂以及衬砌的横向开裂、纵向开裂、环向开裂、交叉开裂，开裂严重的区域甚至会出现大面积的混凝土剥落现象，且衬砌开裂常引发隧道渗水，表现形式为:浸润、滴水、淋水。如紫坪铺隧道、龙洞子隧道、龙溪隧道、友谊隧道等均发生不同程度的衬砌开裂现象，部分区域引发隧道渗水。

2)永久变形或破坏。包括初期支护的变形破坏、二次衬砌的掉落甚至坍塌、围岩塌方、侧壁向内挤压变形、二次衬砌错台、洞身段仰拱或底板沿着横向或纵向隆起等。如龙溪隧道初期支护钢架扭曲破坏、二次衬砌与围岩坍塌、部分区段侧壁向内挤压变形;紫坪铺隧道左线顶拱二次衬砌错台;酒家垭隧道洞身底板纵向隆起及开裂等。

2　震害原因

总结震害类型可发现，地震引起隧道破坏的原因主要有三个方面:1)地震作用引发洞口段周边产生大量次生灾害，如山体滑坡、流坍、落石等，导致洞口段被击穿、压塌、掩埋。2)地震动引起的惯性力导致隧道结构损坏。3)地震作用引起地层相对位移，导致隧道剪切变形而破坏。由此可见，隧道震后修复不应局限于隧道结构本身，还应包含隧道周边次生灾害范围内的地质修复。本文将隧道震后修复分为外部地质修复、洞口段修复和洞身段修复三类。

3　隧道震后修复措施

3．1外部地质修复

1)洞口清方。山体滑坡等次生灾害会导致隧道洞口被堵塞或掩埋，致使人员无法出入，因此应及时清理洞口的巨石、土砂等掩塞物，给救援及内部结构修复带来方便。2)边仰坡修复。隧道边仰坡受震发生滑坡后，在余震或其他因素作用下仍有可能再次失稳，给洞口段带来巨大安全隐患，修复措施有:a．清理边仰坡表面的浮石。b．拆除并重建破坏严重的边仰坡防护，及时疏通并修复截水沟。c．对边仰坡进行喷锚挂网处理。d．边仰坡处设置钢丝网，拦截落石。e．削掉部分不稳定岩土体，放缓边仰坡或重新设计台阶式边仰坡。f．栽种植物，利用植物根系发育固土。

龙溪隧道出口仰坡的处治过程中采取了人工清方和设置钢丝网拦石消能等措施，保证了隧道运营安全。

3．2隧道洞口段修复

1)洞门破坏严重的，拆除重建;破坏轻微的，采用裂缝灌浆的方法加固。2)明洞衬砌被击穿、压垮的，也需拆除重建，并回填明洞缓冲层。3)排水沟要及时修复并疏通，损坏严重段拆除重建。4)若出现仰拱或底板开裂等损毁较轻的情况，可采用注浆加固的方法修复;若出现严重的隆起变形，则需拆除并用等厚度钢筋混凝土结构替代。

对龙池隧道、友谊隧道等的修复采用了方法4)，效果较好。

3．3洞身段修复

1)洞身段裂缝修复。洞身段开裂是最常见的震害类型，裂缝产生的同时会导致隧道渗水。工程上常采用注浆法修复裂缝，同时达到堵水的目的。对于各种类型的裂缝，修复方法如下［8］:对于开裂较轻微的衬砌(小于0．5 mm)以及施工缝，若无渗水现象，可采用注浆修补，也可直接涂抹水泥基渗透结晶型材料;对于较大干裂缝(0．5 mm～1．0 mm)，可采用凿槽嵌补法修复;对于1．0 mm～2．0 mm的干裂缝，可向裂缝注射环氧树脂封堵;大于2 mm的干裂缝可先凿U形槽，再插直径10 mm的钢管压注环氧树脂封堵。对于各种尺寸的渗水裂缝，应凿槽埋半圆管引排后封堵。对于裂缝较多、裂缝密度较大甚至出现严重漏水的区域，仍然按照上述办法修复，随后喷射10 cm厚的钢纤维混凝土以补强结构。

龙溪隧道震后修复过程中，对受损较轻衬砌普遍采用了凿槽嵌补法处治，起到较好的作用;部分施工较差的隧道采用上述方法修复后，仍出现多处渗水现象，如友谊隧道。

2)严重受损衬砌修复。若承受的地震能量较大，洞身段衬砌也难免发生严重损坏。根据汶川地震后隧道修复经验，对于严重受损衬砌的修复，一般采用套拱加固和拆除重建两种方法。套拱加固方案主要用于衬砌错台、掉块、坍塌的地段。施工时应注意: a．对掉块、坍塌处的衬砌，首先要喷射混凝土来修复缺陷;b．由于衬砌坍塌时，背后常常存在空隙，对存在空隙地段，要进行回填压浆。拆除重建方案适用于二次衬砌严重变形、坍塌地段以及施作套衬时严重侵限地段。施工时先架设临时钢拱架，分段拆除原二次衬砌并对围岩进行注浆加固，然后凿除相应地段的初期支护并铺设防水板，最后浇筑二次衬砌。龙溪隧道震后修复过程中，对严重受损衬砌的修复采用了上述两种方法，效果较好。

3)塌方体处治。塌方是由于围岩失稳造成的坍塌等破坏性地质灾害，是隧道较常发生的震害之一，汶川地震中仅龙溪隧道进口端就有四处较大塌方。塌方治理难度较大，目前一般只能针对具体塌方制定相应解决方案，没有相关规范可参考。处治塌方时，首先要查明塌方原因及地下水活动等情况，并对塌方段地质进行详细勘察，最后对症下药制定相应处治方案［8］。

对于规模较小的塌方，治理时应先加固未坍塌地段，然后清理渣体并加筑新衬砌。对于洞身堵塞严重的大规模塌方，为避免边治边塌现象，宜先支护后开挖。处治时首先将塌落的渣体回填到塌落空腔，然后对塌体表面、未坍塌初期支护喷射混凝土封闭空腔，并对塌方虚渣体注浆加固。封闭空腔后，采用管棚法和注浆固结法对围岩和坍塌体进行超前预支护，待结构稳定后自上而下清除渣体。最后及时完成支护的施作，并对塌腔进行注浆回填。值得注意的是，对于可能释放瓦斯的隧道，施工时必须做好通风和探测预警，使施工区域瓦斯浓度低于0．5%，避免对施工人员造成伤害。

龙溪隧道在处治塌方过程中用到了管棚超前预支护方法，治理效果良好。

4　结语

本文参考相关文献，总结了山岭区公路隧道的震害类型及修复方法，对公路隧道震后修复有一定指导意义。文中所总结修复措施都来自于实际工程经验，目前对于隧道震后修复问题没有相关规范可以参考，必须加紧研究制定。

参考文献:

［1］王成．隧道工程［M］．北京:人民交通出版社，2009:1．

［2］高波，王峥峥，袁松，等．汶川地震公路隧道震害启示［J］．西南交通大学学报，2009，44(3):338-339，339-341．

［3］郑清，高波，申玉生．山岭隧道震害调查及修复技术研究［J］．石家庄铁道大学学报(自然科学版)，2010，23(4): 46-48．

［4］毛红飞，雷洪立，施平．高烈度地震区隧道抗震设计［J］．交通科技，2011(3):57．

［5］李廷春，殷允腾．汶川地震中隧道结构的震害分析［J］．工程爆破，2011，17(1):25-26．

［6］季倩倩，杨林德．地下铁道震害与震后修复措施［J］．灾害学，2001，16(2):31．

［7］耿萍．铁路隧道抗震计算方法研究［D］．成都:西南交通大学，2011:24-32．

［8］何健．都汶公路隧道震害评估及修复研究［D］．成都:成都理工大学，2009:91-93，100-101．

Research on repair method and the damage caused by earthquake of the highway tunnel in heavy-hilly area

Liang WeiLiu HongbinFan Yifan
(Qingdao Technology University Engineering Quality Detection Center，Qingdao 266033，China)

Abstract:The paper introduces common mountainous highway tunnel seismic disasters types，and analyzes tunnel seismic damage causes．Combing with experience，starting from aspects of external geology，entrance section and tunnel body，it puts forward corresponding seismic maintenance measures，which will effectively solve highway tunnel seismic disasters．

Key words:highway tunnel，seismic disaster，maintenance measures

作者简介:梁伟(1981-)，女，工程师;刘宏斌(1981-)，男，工程师;范一凡(1980-)，女，助理工程师

收稿日期:2015-10-21

文章编号:1009-6825(2016)01-0181-02

中图分类号:U457

文献标识码:A