山嶺重丘區(qū)公路隧道震害及震后修復(fù)方法研究

梁　偉　劉宏斌　范一凡

(青島理工大學(xué)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心，山東青島　266033)

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山嶺重丘區(qū)公路隧道震害及震后修復(fù)方法研究

梁偉劉宏斌范一凡

(青島理工大學(xué)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心，山東青島266033)

摘要:介紹了山嶺重丘區(qū)公路隧道常見的震害類型，分析了地震作用下發(fā)生隧道破壞的原因，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從外部地質(zhì)、洞口段、洞身段等方面入手，提出了針對(duì)性的震后修復(fù)措施，可有效解決公路隧道的震害問題。

關(guān)鍵詞:公路隧道，震害，修復(fù)措施

0　引言

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)迅猛發(fā)展，公路網(wǎng)不斷完善。為推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中西部山嶺重丘區(qū)亦需要大量修建高等級(jí)公路。由于高等級(jí)公路對(duì)線形技術(shù)指標(biāo)要求較高，當(dāng)平面選線過程中遭遇山嶺時(shí)，采用隧道穿越就成為最佳選擇［1］。隧道穿越不僅能縮短路線里程，使線形平緩，而且能避免大挖大填的施工方式，符合生態(tài)保護(hù)的基本要求。然而我國(guó)山嶺重丘區(qū)多與地震帶重疊，地震活動(dòng)頻繁，因此隧道抗震及震后修復(fù)問題理應(yīng)得到足夠重視。本文在參考大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一系列山嶺重丘區(qū)公路隧道的震害類型及震后修復(fù)的方法。

1　隧道震害類型

1．1洞口段震害

隧道洞口段覆土較淺，且周圍巖土體通常風(fēng)化嚴(yán)重，易滑落，因此該段震害一般較為嚴(yán)重。文獻(xiàn)［2］～［5］通過對(duì)汶川地震中隧道震害的實(shí)地調(diào)查，總結(jié)了洞口段的幾種震害類型。

1)由地震作用引起的山體滑坡和落石，導(dǎo)致洞門被砸壞，洞口被掩埋。如都汶公路龍洞子隧道的出口端發(fā)生了較嚴(yán)重的山體滑坡，導(dǎo)致左線隧道出口被巨石堵塞，右線隧道出口被完全掩埋。2)由地震波直接作用引起的震害，如端墻或擋墻開裂、襯砌沿施工縫或非施工縫錯(cuò)臺(tái)、洞口段仰拱或底板損壞、邊仰坡地面開裂變形、邊仰坡防護(hù)損壞、排截水溝開裂變形等。如龍池隧道出口處的洞門擋墻、端墻及兩者連接處均產(chǎn)生了較大裂縫;都汶公路龍溪隧道洞口段二次襯砌發(fā)生沿施工縫和非施工縫的錯(cuò)臺(tái)、隧道右線出口端護(hù)坡混凝土開裂脫落、仰坡防護(hù)破壞;徹底關(guān)隧道部分排水溝開裂損壞等。

1．2洞身震害

隧道洞身部分位于地表以下，被巖土體緊密圍束。通常認(rèn)為，在地震作用時(shí)，洞身部分會(huì)跟隨周圍巖土體一起運(yùn)動(dòng)。由于隧道結(jié)構(gòu)的比重遠(yuǎn)小于周圍巖土體，故在地震作用下的慣性力較小，由此產(chǎn)生的破壞較為輕微［6］。近年來(lái)的隧道震害資料表明，隧道洞身段震害主要來(lái)自于地層的相對(duì)位移。文獻(xiàn)［2］［3］［5］［7］歸納了幾種洞身震害類型。

1)襯砌開裂。包括底板開裂以及襯砌的橫向開裂、縱向開裂、環(huán)向開裂、交叉開裂，開裂嚴(yán)重的區(qū)域甚至?xí)霈F(xiàn)大面積的混凝土剝落現(xiàn)象，且襯砌開裂常引發(fā)隧道滲水，表現(xiàn)形式為:浸潤(rùn)、滴水、淋水。如紫坪鋪隧道、龍洞子隧道、龍溪隧道、友誼隧道等均發(fā)生不同程度的襯砌開裂現(xiàn)象，部分區(qū)域引發(fā)隧道滲水。

2)永久變形或破壞。包括初期支護(hù)的變形破壞、二次襯砌的掉落甚至坍塌、圍巖塌方、側(cè)壁向內(nèi)擠壓變形、二次襯砌錯(cuò)臺(tái)、洞身段仰拱或底板沿著橫向或縱向隆起等。如龍溪隧道初期支護(hù)鋼架扭曲破壞、二次襯砌與圍巖坍塌、部分區(qū)段側(cè)壁向內(nèi)擠壓變形;紫坪鋪隧道左線頂拱二次襯砌錯(cuò)臺(tái);酒家埡隧道洞身底板縱向隆起及開裂等。

2　震害原因

總結(jié)震害類型可發(fā)現(xiàn)，地震引起隧道破壞的原因主要有三個(gè)方面:1)地震作用引發(fā)洞口段周邊產(chǎn)生大量次生災(zāi)害，如山體滑坡、流坍、落石等，導(dǎo)致洞口段被擊穿、壓塌、掩埋。2)地震動(dòng)引起的慣性力導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)損壞。3)地震作用引起地層相對(duì)位移，導(dǎo)致隧道剪切變形而破壞。由此可見，隧道震后修復(fù)不應(yīng)局限于隧道結(jié)構(gòu)本身，還應(yīng)包含隧道周邊次生災(zāi)害范圍內(nèi)的地質(zhì)修復(fù)。本文將隧道震后修復(fù)分為外部地質(zhì)修復(fù)、洞口段修復(fù)和洞身段修復(fù)三類。

3　隧道震后修復(fù)措施

3．1外部地質(zhì)修復(fù)

1)洞口清方。山體滑坡等次生災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致隧道洞口被堵塞或掩埋，致使人員無(wú)法出入，因此應(yīng)及時(shí)清理洞口的巨石、土砂等掩塞物，給救援及內(nèi)部結(jié)構(gòu)修復(fù)帶來(lái)方便。2)邊仰坡修復(fù)。隧道邊仰坡受震發(fā)生滑坡后，在余震或其他因素作用下仍有可能再次失穩(wěn)，給洞口段帶來(lái)巨大安全隱患，修復(fù)措施有:a．清理邊仰坡表面的浮石。b．拆除并重建破壞嚴(yán)重的邊仰坡防護(hù)，及時(shí)疏通并修復(fù)截水溝。c．對(duì)邊仰坡進(jìn)行噴錨掛網(wǎng)處理。d．邊仰坡處設(shè)置鋼絲網(wǎng)，攔截落石。e．削掉部分不穩(wěn)定巖土體，放緩邊仰坡或重新設(shè)計(jì)臺(tái)階式邊仰坡。f．栽種植物，利用植物根系發(fā)育固土。

龍溪隧道出口仰坡的處治過程中采取了人工清方和設(shè)置鋼絲網(wǎng)攔石消能等措施，保證了隧道運(yùn)營(yíng)安全。

3．2隧道洞口段修復(fù)

1)洞門破壞嚴(yán)重的，拆除重建;破壞輕微的，采用裂縫灌漿的方法加固。2)明洞襯砌被擊穿、壓垮的，也需拆除重建，并回填明洞緩沖層。3)排水溝要及時(shí)修復(fù)并疏通，損壞嚴(yán)重段拆除重建。4)若出現(xiàn)仰拱或底板開裂等損毀較輕的情況，可采用注漿加固的方法修復(fù);若出現(xiàn)嚴(yán)重的隆起變形，則需拆除并用等厚度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)替代。

對(duì)龍池隧道、友誼隧道等的修復(fù)采用了方法4)，效果較好。

3．3洞身段修復(fù)

1)洞身段裂縫修復(fù)。洞身段開裂是最常見的震害類型，裂縫產(chǎn)生的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致隧道滲水。工程上常采用注漿法修復(fù)裂縫，同時(shí)達(dá)到堵水的目的。對(duì)于各種類型的裂縫，修復(fù)方法如下［8］:對(duì)于開裂較輕微的襯砌(小于0．5 mm)以及施工縫，若無(wú)滲水現(xiàn)象，可采用注漿修補(bǔ)，也可直接涂抹水泥基滲透結(jié)晶型材料;對(duì)于較大干裂縫(0．5 mm～1．0 mm)，可采用鑿槽嵌補(bǔ)法修復(fù);對(duì)于1．0 mm～2．0 mm的干裂縫，可向裂縫注射環(huán)氧樹脂封堵;大于2 mm的干裂縫可先鑿U形槽，再插直徑10 mm的鋼管壓注環(huán)氧樹脂封堵。對(duì)于各種尺寸的滲水裂縫，應(yīng)鑿槽埋半圓管引排后封堵。對(duì)于裂縫較多、裂縫密度較大甚至出現(xiàn)嚴(yán)重漏水的區(qū)域，仍然按照上述辦法修復(fù)，隨后噴射10 cm厚的鋼纖維混凝土以補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

龍溪隧道震后修復(fù)過程中，對(duì)受損較輕襯砌普遍采用了鑿槽嵌補(bǔ)法處治，起到較好的作用;部分施工較差的隧道采用上述方法修復(fù)后，仍出現(xiàn)多處滲水現(xiàn)象，如友誼隧道。

2)嚴(yán)重受損襯砌修復(fù)。若承受的地震能量較大，洞身段襯砌也難免發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。根據(jù)汶川地震后隧道修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于嚴(yán)重受損襯砌的修復(fù)，一般采用套拱加固和拆除重建兩種方法。套拱加固方案主要用于襯砌錯(cuò)臺(tái)、掉塊、坍塌的地段。施工時(shí)應(yīng)注意: a．對(duì)掉塊、坍塌處的襯砌，首先要噴射混凝土來(lái)修復(fù)缺陷;b．由于襯砌坍塌時(shí)，背后常常存在空隙，對(duì)存在空隙地段，要進(jìn)行回填壓漿。拆除重建方案適用于二次襯砌嚴(yán)重變形、坍塌地段以及施作套襯時(shí)嚴(yán)重侵限地段。施工時(shí)先架設(shè)臨時(shí)鋼拱架，分段拆除原二次襯砌并對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，然后鑿除相應(yīng)地段的初期支護(hù)并鋪設(shè)防水板，最后澆筑二次襯砌。龍溪隧道震后修復(fù)過程中，對(duì)嚴(yán)重受損襯砌的修復(fù)采用了上述兩種方法，效果較好。

3)塌方體處治。塌方是由于圍巖失穩(wěn)造成的坍塌等破壞性地質(zhì)災(zāi)害，是隧道較常發(fā)生的震害之一，汶川地震中僅龍溪隧道進(jìn)口端就有四處較大塌方。塌方治理難度較大，目前一般只能針對(duì)具體塌方制定相應(yīng)解決方案，沒有相關(guān)規(guī)范可參考。處治塌方時(shí)，首先要查明塌方原因及地下水活動(dòng)等情況，并對(duì)塌方段地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)勘察，最后對(duì)癥下藥制定相應(yīng)處治方案［8］。

對(duì)于規(guī)模較小的塌方，治理時(shí)應(yīng)先加固未坍塌地段，然后清理渣體并加筑新襯砌。對(duì)于洞身堵塞嚴(yán)重的大規(guī)模塌方，為避免邊治邊塌現(xiàn)象，宜先支護(hù)后開挖。處治時(shí)首先將塌落的渣體回填到塌落空腔，然后對(duì)塌體表面、未坍塌初期支護(hù)噴射混凝土封閉空腔，并對(duì)塌方虛渣體注漿加固。封閉空腔后，采用管棚法和注漿固結(jié)法對(duì)圍巖和坍塌體進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后自上而下清除渣體。最后及時(shí)完成支護(hù)的施作，并對(duì)塌腔進(jìn)行注漿回填。值得注意的是，對(duì)于可能釋放瓦斯的隧道，施工時(shí)必須做好通風(fēng)和探測(cè)預(yù)警，使施工區(qū)域瓦斯?jié)舛鹊陀?．5%，避免對(duì)施工人員造成傷害。

龍溪隧道在處治塌方過程中用到了管棚超前預(yù)支護(hù)方法，治理效果良好。

4　結(jié)語(yǔ)

本文參考相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了山嶺區(qū)公路隧道的震害類型及修復(fù)方法，對(duì)公路隧道震后修復(fù)有一定指導(dǎo)意義。文中所總結(jié)修復(fù)措施都來(lái)自于實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，目前對(duì)于隧道震后修復(fù)問題沒有相關(guān)規(guī)范可以參考，必須加緊研究制定。

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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

作者簡(jiǎn)介:梁偉(1981-)，女，工程師;劉宏斌(1981-)，男，工程師;范一凡(1980-)，女，助理工程師

收稿日期:2015-10-21

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0181-02

中圖分類號(hào):U457

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A