梁　偉　劉宏斌　范一凡

(青島理工大學工程質(zhì)量檢測鑒定中心，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方法研究

梁偉劉宏斌范一凡

(青島理工大學工程質(zhì)量檢測鑒定中心，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，結合實踐經(jīng)驗，從外部地質(zhì)、洞口段、洞身段等方面入手，提出了針對性的震后修復措施，可有效解決公路隧道的震害問題。

關鍵詞:公路隧道，震害，修復措施

0　引言

近年來，我國公路建設迅猛發(fā)展，公路網(wǎng)不斷完善。為推動地方經(jīng)濟發(fā)展，中西部山嶺重丘區(qū)亦需要大量修建高等級公路。由于高等級公路對線形技術指標要求較高，當平面選線過程中遭遇山嶺時，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)保護的基本要求。然而我國山嶺重丘區(qū)多與地震帶重疊，地震活動頻繁，因此隧道抗震及震后修復問題理應得到足夠重視。本文在參考大量相關文獻的基礎上，總結了一系列山嶺重丘區(qū)公路隧道的震害類型及震后修復的方法。

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化嚴重，易滑落，因此該段震害一般較為嚴重。文獻［2］～［5］通過對汶川地震中隧道震害的實地調(diào)查，總結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)生了較嚴重的山體滑坡，導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臺、洞口段仰拱或底板損壞、邊仰坡地面開裂變形、邊仰坡防護損壞、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臺、隧道右線出口端護坡混凝土開裂脫落、仰坡防護破壞;徹底關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。通常認為，在地震作用時，洞身部分會跟隨周圍巖土體一起運動。由于隧道結構的比重遠小于周圍巖土體，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］。近年來的隧道震害資料表明，隧道洞身段震害主要來自于地層的相對位移。文獻［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，開裂嚴重的區(qū)域甚至會出現(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、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、二次襯砌錯臺、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臺;酒家埡隧道洞身底板縱向隆起及開裂等。

2　震害原因

總結震害類型可發(fā)現(xiàn)，地震引起隧道破壞的原因主要有三個方面:1)地震作用引發(fā)洞口段周邊產(chǎn)生大量次生災害，如山體滑坡、流坍、落石等，導致洞口段被擊穿、壓塌、掩埋。2)地震動引起的慣性力導致隧道結構損壞。3)地震作用引起地層相對位移，導致隧道剪切變形而破壞。由此可見，隧道震后修復不應局限于隧道結構本身，還應包含隧道周邊次生災害范圍內(nèi)的地質(zhì)修復。本文將隧道震后修復分為外部地質(zhì)修復、洞口段修復和洞身段修復三類。

3　隧道震后修復措施

3．1外部地質(zhì)修復

1)洞口清方。山體滑坡等次生災害會導致隧道洞口被堵塞或掩埋，致使人員無法出入，因此應及時清理洞口的巨石、土砂等掩塞物，給救援及內(nèi)部結構修復帶來方便。2)邊仰坡修復。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)，給洞口段帶來巨大安全隱患，修復措施有:a．清理邊仰坡表面的浮石。b．拆除并重建破壞嚴重的邊仰坡防護，及時疏通并修復截水溝。c．對邊仰坡進行噴錨掛網(wǎng)處理。d．邊仰坡處設置鋼絲網(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計臺階式邊仰坡。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置鋼絲網(wǎng)攔石消能等措施，保證了隧道運營安全。

3．2隧道洞口段修復

1)洞門破壞嚴重的，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)排水溝要及時修復并疏通，損壞嚴重段拆除重建。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;若出現(xiàn)嚴重的隆起變形，則需拆除并用等厚度鋼筋混凝土結構替代。

對龍池隧道、友誼隧道等的修復采用了方法4)，效果較好。

3．3洞身段修復

1)洞身段裂縫修復。洞身段開裂是最常見的震害類型，裂縫產(chǎn)生的同時會導致隧道滲水。工程上常采用注漿法修復裂縫，同時達到堵水的目的。對于各種類型的裂縫，修復方法如下［8］:對于開裂較輕微的襯砌(小于0．5 mm)以及施工縫，若無滲水現(xiàn)象，可采用注漿修補，也可直接涂抹水泥基滲透結晶型材料;對于較大干裂縫(0．5 mm～1．0 mm)，可采用鑿槽嵌補法修復;對于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。對于各種尺寸的滲水裂縫，應鑿槽埋半圓管引排后封堵。對于裂縫較多、裂縫密度較大甚至出現(xiàn)嚴重漏水的區(qū)域，仍然按照上述辦法修復，隨后噴射10 cm厚的鋼纖維混凝土以補強結構。

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

2)嚴重受損襯砌修復。若承受的地震能量較大，洞身段襯砌也難免發(fā)生嚴重損壞。根據(jù)汶川地震后隧道修復經(jīng)驗，對于嚴重受損襯砌的修復，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臺、掉塊、坍塌的地段。施工時應注意: a．對掉塊、坍塌處的襯砌，首先要噴射混凝土來修復缺陷;b．由于襯砌坍塌時，背后常常存在空隙，對存在空隙地段，要進行回填壓漿。拆除重建方案適用于二次襯砌嚴重變形、坍塌地段以及施作套襯時嚴重侵限地段。施工時先架設臨時鋼拱架，分段拆除原二次襯砌并對圍巖進行注漿加固，然后鑿除相應地段的初期支護并鋪設防水板，最后澆筑二次襯砌。龍溪隧道震后修復過程中，對嚴重受損襯砌的修復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，目前一般只能針對具體塌方制定相應解決方案，沒有相關規(guī)范可參考。處治塌方時，首先要查明塌方原因及地下水活動等情況，并對塌方段地質(zhì)進行詳細勘察，最后對癥下藥制定相應處治方案［8］。

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

龍溪隧道在處治塌方過程中用到了管棚超前預支護方法，治理效果良好。

4　結語

本文參考相關文獻，總結了山嶺區(qū)公路隧道的震害類型及修復方法，對公路隧道震后修復有一定指導意義。文中所總結修復措施都來自于實際工程經(jīng)驗，目前對于隧道震后修復問題沒有相關規(guī)范可以參考，必須加緊研究制定。

參考文獻:

［1］王成．隧道工程［M］．北京:人民交通出版社，2009:1．

［2］高波，王崢崢，袁松，等．汶川地震公路隧道震害啟示［J］．西南交通大學學報，2009，44(3):338-339，339-341．

［3］鄭清，高波，申玉生．山嶺隧道震害調(diào)查及修復技術研究［J］．石家莊鐵道大學學報(自然科學版)，2010，23(4): 46-48．

［4］毛紅飛，雷洪立，施平．高烈度地震區(qū)隧道抗震設計［J］．交通科技，2011(3):57．

［5］李廷春，殷允騰．汶川地震中隧道結構的震害分析［J］．工程爆破，2011，17(1):25-26．

［6］季倩倩，楊林德．地下鐵道震害與震后修復措施［J］．災害學，2001，16(2):31．

［7］耿萍．鐵路隧道抗震計算方法研究［D］．成都:西南交通大學，2011:24-32．

［8］何?。笺牍匪淼勒鸷υu估及修復研究［D］．成都:成都理工大學，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

作者簡介: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:1009-6825(2016)01-0181-02

中圖分類號:U457

文獻標識碼:A