隧道專業(yè)畢業(yè)設計文獻綜述

1、隧道病害防治綜述摘要：在我國鐵路隧道修建已有近100年的歷史，許多隧道都已經進入高維修管 理階段，隧道的病害防治已越來越成為人們重視的問題，隨著生產力的發(fā)展，越來越 多的新技術被運用在隧道病害防治上。關鍵詞：隧道，隧道病害防治，新技術，襯砌1、前言近年來隨著我國公路建設的快速發(fā)展，由8.5萬公里構成的“7918”高速公路網 即將形成，有關部門正在規(guī)劃和完善國家高速公路網絡，以滿足人們出行和經濟發(fā)展 的需求。由于高速公路線形的技術指標高，當其進入山區(qū)或重丘區(qū)時，就不可避免地 需要采用隧道來穿越山嶺。隧道是鐵路、道路、水渠、各種管道等遇到巖、土、水體 障礙時開鑿的穿過山體或水底的內部通道，是“生命

2、線”工程。據來自于各方面的統(tǒng) 計資料表明，到2005年年底，我國大陸即已建成鐵路隧道7500座，總延長4300公里， 將在“十一五”（20062010年）發(fā)展期間為我國的經濟建設與發(fā)展起到積極的推動作 用。但是，我國地域自然條件差異較大，隧道穿越的山體工程地質條件、氣候條件、 水文地質和設計、施工、運營的條件復雜多變，早期修建的隧道經常各方面的病害， 形成重大的安全隱患。文獻黃土嶺隧道病害成因分析及處治設計（作者：金文良， 公路隧道，2011）1指出二十一世紀“我國將從土建大國變成修繕大國”，在我國鐵路 隧道修建已有近100年的歷史，許多隧道都已經進入高維修管理階段，維修管理費用 將大幅度增長

3、。本文以鐵路隧道、公路隧道和地鐵隧道為對象，對隧道中主要出現水 害、凍害、襯砌裂損和腐蝕四種病害的防治進行綜述。2、主題2.1隧道的水害及其防治2.1.1隧道水害的類型及其成因1、類型（1）按部位和流量：拱部有滲水、滴水、漏水成線和成股射流四種，邊墻有滲水、 淌水兩種，少數隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水規(guī)模以及隧道結構、牽引類型、 地質條件等的影響。（2）按水源補給情況，又分為地下水補給和地表水補給兩種。文獻隧道漏水與水害整治（作者：開永旺，哈爾濱鐵道科技，2002）認為根 據漏水處水量和水壓的大小，隧道漏水的狀況大致可為如下幾種：滲潤：襯砌表面 呈濕潤狀態(tài)，并象冒汗一樣出現水珠。滴水：拱

4、部漏水成為水滴，不斷下滴。流 水：漏水呈明顯水流從裂隙中流出或拱部滴水成線。噴（涌）水：水從襯砌裂隙中 噴出。2、成因修建隧道，破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡，隧道成為所穿過山體附近地下水集聚 的通道。當隧道圍巖與含水地層連通，而襯砌的防水及排水設施、方法不完善時，就 必然要發(fā)生隧道水害。也可歸結為客觀和主觀兩種因素：（1）隧道穿過含水的地層（2） 隧道襯砌防水及排水設施不完善。文獻新奧法隧道施工中的襯砌與水害治理（作者: 徐煜亮，SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION，2008）認為發(fā)生襯砌水害除水文地 質等環(huán)境因素影響外，主要原因：一是襯砌施工時忽視質量，砼級配差，澆

5、注搗固不實， 造成砼蜂窩、麻面、空洞;二是砼水灰比過大，襯砌后隧道表面看上去還算光潔完整，實 際上內部不密實，形成了泌水管路;三是對施工縫、伸縮縫、沉降縫未加處理或處理不 當產生漏水縫隙；四是由于地基不均勻沉陷、襯砌砼干縮和溫度收縮產生的內應力所造 成的裂縫而導致漏水。所以消滅水害隱患的根本還是隧道襯砌的滲漏預防與整治。2.1.2隧道水害的防治隧道防水要“防患于未然”，首先從設計做起，要在水文地質調查的基礎上，從 工程規(guī)劃、結構設計、材料選擇、施工工藝等方面進行合理設計。防水設計應考慮地 表水、地下水、毛細管水等的作用，以及由于人為因素引起的附近水文地質改變的影 響。防水設計要遵循隧道防水原則

6、，定級準確、方案可靠、施工簡便、經濟合理。文獻運營鐵路隧道水害整治（作者：萬德友，鐵道建筑，2000）4提出了很多 行之有效的方法。歸納起來就是:截、堵、排相結合，因地制宜，綜合整治。其常用的基 本方法是：一、加強地表及地下水的疏排。（1）對地表水豐富的淺埋隧道，當地表溝谷 坑洼積水、滲水對隧道有影響時，用疏導積水、填平溝谷、砌溝排水等措施，使洞頂地 表形成良好的排水系統(tǒng)，不使洞頂的地表水流入或滲入隧道。洞口仰坡設截水溝和排水 溝，并保持良好狀態(tài)。（2）對地下水豐富，隧道內無排水溝或排水溝深度不足而導致隧底 積水的，應增設水溝，將單側溝改為雙側溝，加深側溝或采取設置密井暗管加深水溝等 措施。（

7、3）增設或疏通平行導洞。當長大隧道，僅靠隧道內排水溝不能將流入隧道的地 表水及地下水排出時，往往引起水漫道床，中斷行車。如貴昆線梅花山隧道、果納隧道 京原線平行關隧道這種情況都曾多次發(fā)生，這時一般都采用增設或疏通平行導洞的方 法。（4）增設防寒泄水洞是整治寒冷地區(qū)隧道水害的有效方法。寒冷地區(qū)的隧道，襯砌 后的地下水滲漏到隧道中，凍結成冰，懸掛在拱部成冰溜，貼附在邊墻成冰柱，積聚在道 床上成冰丘，都可能侵限危及行車安全，而且由于結冰凍脹，導致襯砌裂損、脫落。為消 除其病害增設了泄水洞，泄水洞設在最大凍結線以下，以豎向排水溝與襯砌背后相連， 并在泄水洞邊墻及洞頂向圍巖打潛水孔，以利疏排圍巖中的裂隙

8、水。二、注漿堵水。（1） 向襯砌背后圍巖或回填層注漿。一般使用普通水泥凈漿或砂漿。（2）向襯砌內部注漿。 襯砌內部空洞、裂紋與圍巖裂隙及回填層相比要小得多，一般采用超細水泥。（3）向基 底注漿。一般在行車間隔內進行,要求注漿材料必須具有快凝、早強、高強、微膨脹的 性能,而且耐久性好。三、增設內防水層。新建隧道襯砌防水一般采用防水混凝土或外 貼式防水層。由于認為灌注防水混凝土不易達到要求而較少采用，因此絕大部分隧道防 水采用外貼式防水層。然而運營隧道發(fā)生水害，增設外貼式防水層幾乎不可能，因此通 常增設內防水層。內防水層雖然不能阻止水流進入襯砌內，但可阻止水流進入隧道內， 且內防水層是比較經濟可行

9、的。52.2隧道襯砌裂損及其防治襯徹裂損變形的主要危害：（1）降低襯砌結構對圍巖的承載能力；（2）使隧道凈空變小，侵人建筑限界，影響 車輛安全通過；（3）拱部襯砌掉塊，影響行車和人身安全；（4）裂縫漏水，造成洞內設 施銹蝕，道床翻漿，嚴寒和寒冷地區(qū)產生凍害；（5）鋪底和仰拱破損，基床翻漿、線路 變形、危及行車安全，被迫降低車輛運行速度，大量增加養(yǎng)護維修工作量；（6）在運營 條件下對裂損襯砌進行大修整治，施工與運輸互相干擾，費用增大。2.2.1、隧道襯砌開裂的類型（1）縱向裂縫：縱向裂縫平行于隧道軸線，其危害性最大，發(fā)展可引起隧道掉 拱、邊墻斷裂甚至整個隧道塌方。（2）環(huán)向裂縫：主要由縱向不均勻

10、荷載、圍巖地質變化、沉降縫等處理不當所引 起，多發(fā)生在洞口或不良地質地帶與完整巖石地層的交接處口（3）斜向裂縫：一般和隧道縱軸呈45左右，也常因混凝土襯砌的環(huán)向應力和縱 向受力組合而成的拉應力造成的，其危害性僅次于縱向裂縫。2.2.2襯砌開裂的原因分析文獻隧道襯砌裂縫產生原因及防治辦法（作者：王新、嚴立虎，China New Technologies and Products， 2010）認為混凝土裂縫形成的原因非常復雜，往往是 多種不利因素綜合作用的結果。據有關統(tǒng)計，施工不規(guī)范造成的混凝土裂縫占80%左右， 材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15%左右，設計不當引起的裂縫可能占5%。 一是

11、設計粗糙，建設、監(jiān)理單位工作隨意性大由于多方面的原因，勘察設計單位無法 深入地開展地質勘探工作，隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據，帶有一 定的盲目性。二是施工工藝或現場操作不規(guī)范隧道開挖成型差，襯砌混凝土厚度嚴重不均勻，欠挖或初期支護侵入襯砌限界，造成 襯砌混凝土厚度不足；未開展監(jiān)控量測工作，僅憑經驗來確定二次襯砌的施作時間， 安全可靠性差，造成二次襯砌超設計荷載承受圍巖壓力?；炷辽a時原材料計量誤 差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用 水量，造成混凝土水灰比增大；在混凝土運輸及泵送過程中加水的現象也比較普遍。 三是原材料質量差、配合比設計不合

12、理水泥品種選擇不當，安定性不良，不同批次的 水泥混用。碎石、砂級配差，含泥量超標，碎石中石粉含量大，針、片狀物過多，影 響了水泥與骨料的膠結。進行配合比設計時，忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響， 錯誤認為水泥用量越多，混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術人 員的指導，往往達不到預期的效果。文獻雙連拱公路隧道裂縫成因及防治措施（作 者：王建秀、朱合華、唐益群、魏沅東，巖石力學與工程學報，2005）7認為對于雙連 拱隧道而言，按成因主要有大體積混凝土澆注產生的溫度裂縫、地基不均勻沉降裂縫、 施工誘發(fā)不均勻沉降裂縫、（偏壓）荷載裂縫和不合理施工工序誘發(fā)的裂縫等。2.2.3襯砌開裂的預

13、防和整治文獻隧道襯砌裂縫產生的原因分析及預防措施（作者：董亮亮，建筑與工程， 2011）認為改進爆破工藝，控制炸藥量，以減少開挖爆破時炸藥對圍巖的擾動，降低 外部應力對襯砌混凝土的影響；必須保證初期支護的平順度及襯砌混凝土的結構層厚 度；襯砌混凝土每模長度不宜超過9m，以減少砼內部的收縮應力；襯砌混凝土宜采用 較大的骨灰比，降低水灰比并通過全面細致的試驗，保證砼外加劑的使用安全；保證 拆模時最后澆筑的襯砌混凝土強度至少達到2.5MPa，同時減少拆模時對砼的撓動； 及時對襯砌混凝土進行灑水養(yǎng)護，并采取必要措施嚴格控制砼溫度的急劇變化，要求 砼拆模時的內外溫差不得大于200C，養(yǎng)護期內砼表面溫度的

14、變化速度不宜大于50C/h；認真貫徹新奧法施工要求，進行及時、詳細的施工量測，以量測的數據及時修 正設計并指導施工。加強施工管理，保證工程質量。在洞室開挖管理、混凝土質量管 理、量測控制管理、施工工序等方面加強管理，杜絕塌方事故的發(fā)生，以嚴格的管理 制度保證工程質量。2.3隧道襯砌腐蝕及其防治建在富含腐蝕性介質的公路隧道，其襯砌背后的腐蝕性環(huán)境水，容易沿襯砌的工 作縫、變形縫、毛細孔，及其它孔洞滲流到襯砌內側，成為隧道滲漏水對襯砌混凝土 和砌石、灰縫產生物理性或化學性的侵蝕作用，造成襯砌侵蝕。這些將嚴重影響隧道 的正常運營安全。文獻隧道襯砌腐蝕的原因探討與防治措施(作者：陳桂萍、王萬德，遼寧建

15、 材，2007)提出隧道襯砌腐蝕分為物理性侵蝕和化學性腐蝕兩類。隧道襯砌腐蝕的主 要影響因素有：襯砌污工的質量和水泥的品種，滲流到襯砌內部的環(huán)境水含侵蝕性介 質的種類和濃度，環(huán)境的溫度和濕度等自然條件。2.3.1隧道襯砌腐蝕的防治措施文獻淺談鐵路隧道的腐蝕及其防治(作者：唐國榮，中國建筑防水材料，1995)針對隧道腐蝕產生的原因和條件，提出以下幾個主要的防治措施：一是提高混凝土 的密實性和整體性。這是提高握凝土林侵博性能最主要的，也是最重要的措施。混凝 土內部結構均勻密實，外界侵蝕性水就不易滲入混凝土內部，從而阻止了環(huán)境水的侵 蝕速度。二是外摻加料法。由于腐蝕主要是由于混凝土中游離的ca(oH

16、):等引起的?？?以采取降低混凝土中ca(0H):濃度的措施來達到抗侵蝕的目的。三是選用耐侵蝕水泥。 這是目前鐵路隧道防腐蝕使用較廣的方法。因抗侵蝕水泥中鋁酸三鈣(C3A)含量較低， 而起到了抗侵蝕的作用.目前常用的水泥有抗硫酸鹽水泥、高抗硫酸鹽水泥、低堿高抗 硫酸鹽水泥、磯土水泥、石膏礦渣水泥等。四是加強襯砌外排水措施。將侵蝕性環(huán)境 排離隧道周圍.減少侵蝕性地下水與襯砌的接觸。目前.在地下水豐富地區(qū)，用泄水導 洞法將地下水引至導洞內，減少地下水對主體隧道的影響。五是使用密實的與混凝土 不起化學作用的材料，在襯砌外表面做隔離防水層.國內常用的材料有PE片材、Pvc 片材。六是采用與侵蝕性環(huán)境水

17、不起化學反應的天然石料砌筑襯砌.這種方法適用地質 條件較好的隧道七是向襯砌背后壓注防蝕漿液。這種方法一般適用于隧道。目前，常 用材料有陽離子乳化瀝青、瀝青水泥漿液等瀝青類的乳液，高抗硫酸鹽、低堿高抗硫 酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥類漿液。八是在襯砌表面涂抹防水防蝕涂料，常用的有陽離 子乳化瀝青膠乳涂料，偏氯乙烯共聚涂料，近幾年又使用了焦油聚氨醋涂料，RG防水涂料等等。112.4隧道凍害及其防治隧道凍害是寒冷地區(qū)和嚴寒池區(qū)的隧道內水流和圍巖積水凍結，引起隧道拱部掛 冰、邊墻結冰、洞內網線設備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、隧底冰椎、水溝冰塞、線 路凍起等，影響到安全運營和建筑物的正常使用的各種病害。寒冷地區(qū)

18、指最冷月平均 氣溫為-5C-15C地區(qū)。嚴寒地區(qū)指最冷月平均氣溫低于-15C地區(qū)。2.4. 1隧道凍害的成因文獻隧道凍害等級的劃分（作者：羅彥斌、陳建勛、王夢恕，北京工業(yè)大學 學報，2010）12根據工程實踐證明，圍巖發(fā)生凍害是需要條件的，首先環(huán)境溫度需在0C 以下，而且低溫的時間要足夠長；二是要有水的存在，圍巖中需要有足夠的含水量； 三是圍巖性質必須能允許凍脹發(fā)生，例如巖層和粗粒土一般是不會凍脹的；四是基礎 資料不準確，設計和施工中對防凍問題沒有考慮或考慮不周全,治水措施不當，施工不 規(guī)范，防排水材料及混凝土施工質量存在缺陷，導致凍害發(fā)生。分析以上4個凍害發(fā)生的條件，溫度和水是必要條件，可以

19、說所有的凍害現象都 與這2個因素相關.圍巖性質和施工措施是凍害發(fā)生的充要條件。當圍巖性質具有凍脹 特性時會發(fā)生凍脹破壞，當施工措施不當時會惡化凍害情況，但襯砌掛冰、路面結冰、 出水口凍結等凍害現象顯然不是由圍巖的凍脹性和施工措施不當引起的。由此可見， 溫度和水是隧道凍害發(fā)生的必要條件，可以說是缺一不可的。2.4.2隧道凍害的防治文獻寒區(qū)隧道凍害防治研究進展（作者：王飛、伍毅敏，橋隧工程，2012） 13通過梳理以往寒區(qū)隧道凍害防治的基礎理論與工程措施，提出供熱防凍是解決寒區(qū) 隧道凍害問題的根本方法，根據上述理論，國內外曾采用的具體工程措施如下：（1） 加強注漿堵水一一在施工過程中，從地表或洞內

20、向圍巖內壓注漿液充填圍巖裂隙，封 堵滲水通道，在隧道周圍形成隔水保護圈，防止地下水流向隧道，由此減輕隧道防水、 防凍壓力。（2）加強支護襯砌排水一一在圍巖表面和初期支護中設置足夠密度的半圓 排水管，在初期支護與防水層之間設置足夠密度的環(huán)向排水盲管或三維排水板，在襯 砌施工縫處使用可排水止水帶，調整排水管路的坡度和連接可靠度，全面提高排水系 統(tǒng)的可靠性和排水效率，從而減輕隧道防水、防凍壓力。（3）設置防寒泄水洞一一對 于嚴寒地區(qū)的富水隧道，在隧道正下方開鑿防寒泄水洞，隧道和泄水洞通過豎向和斜 向的鉆孔連接，全面降低隧道周邊地下水的高度，疏排地下水，從而減輕 隧道防水、 防凍壓力。（4）全斷面設置

21、襯砌隔熱保溫層一一在隧道襯砌表面或二次襯砌與初期支 護之間鋪設泡沫等隔熱保溫材料，使隧道襯砌溫度不降至零度以下，防止隧道凍害發(fā) 生。（5）拱腳局部設置巖棉保溫層一一根據隧道拱腳溫度低于拱圈這一特點，在隧道 襯砌拱腳設置巖棉保溫層，使隧道拱腳溫度高于拱圈，便于疏排滲水，改善防水、防 凍效果。（6）設置出水口一一出水口處于隧道排水系統(tǒng)最下游，并暴露于外界空氣中， 如不采取措施，往往最早被凍結。因此，寒區(qū)隧道出水口應設置在迎風、向陽的位置， 表層涂黑或用保溫材料覆蓋，防止或出水口的凍結，使隧道內液體水能及時排出。（7） 設置保溫排水溝一一為防止隧道排水溝凍結，在排水溝上覆蓋隔熱保溫層，防止排水 溝過

22、早凍結，導致上部排水不暢。（8）設置深埋中心水溝一一對于凍深不大的季凍區(qū) 隧道，可以將中心水溝埋置于凍結深度以下，利用地溫使水溝內水流不凍結。（9）設 置防寒保溫門一一在夜間交通量不大時，可在隧道兩端設置防寒保溫門，夜間無車輛 通行時，將洞門關閉以保持隧道洞內溫度，防止凍結現象發(fā)生。（10）全面供熱防凍一 一全面供熱防凍是指通過熱水或蒸汽，向隧道內供熱，使洞內襯砌溫度不低于凍結溫 度。此方法早期應用于城市或靠近城市的短隧道，要求具有供熱條件、隧道規(guī)模小。3、總結鐵路隧道、公路隧道和地鐵隧道這些交通隧道通入運營后，一旦出現病害，整治 成本高、難度大，施工與運營互相干擾。文獻寒區(qū)老舊隧道病害特征及

23、治理方法研 究（作者：袁超、李樹忱、李術才、李文婷，巖石力學與工程學報，2011）14特別指 出隧道病害的出現并不是單一存在的，可能幾種病害相互作用，在治理時要分清主次， 有的放矢。因此，隧道病害重在預防，提高工程地質、水文地質勘測水平和質量，根 據隧道實際條件采用先進可靠的預防病害的設計，這是做好隧道病害防治的基礎和關 鍵。隨著人的認識水平的提高，病害防治觀念和原則會進一步深化、完善，通過修訂 的技術規(guī)范、規(guī)則，最終反映在隧道病害預防的設計上。直所以，加強隧道病害防治 理論研究非常重要。我國已成為擁有隧道數量和長度最多的國家，同時也是隧道病害 最嚴重的國家之一，隧道病害防治的工作任重而道遠。4、參考文獻金文良.黃土嶺隧道病害成因分析及處治設計J.公路隧道,2011,1:32-33.開永旺.隧道漏水與水害整治J.哈爾濱鐵道科技,2003,2:7-8.徐煜亮.新奧法隧道施工中的襯砌與水害治理J. SCIENCE & TECHNOLOGYINFORMATION,2008,14:58.萬德友.運營鐵路隧道水害整治J.鐵道建筑,2000,12:13-14.COVEY J, ROBINSON A, JONES-LEE M, et al. Responsibility, scale and the val