隧道工程分类(6篇)
时间：2024-09-12
时间：2024-09-12
关键词：环境影响；生态环境；措施
中图分类号：S891文献标识码：A
现阶段隧道规划和设计一般遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。为缩短行车里程，提高交通便捷，这是修建公路隧道的基本目的；同时，隧道可从根本上免除公路路线上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道建设可以不直接改变地形自然原貌，保护了环境，还利用地下空间，节省了公路建设用地。因此，隧道是路线上非常有价值的一种构造形式。但是长期以来，在公路隧道建设的勘察设计、施工及运营阶段，都未能就其对所建山体地下水和生态环境影响做一个较为准确的评断。
隧道等地下工程修建于地壳表层，位于地下水最为活跃的部位，在岩土中开凿的隧洞，将可能成为其四周特别是浅埋段工程上部的地表、地下水的汇集场所或新的排泄通道，这势必改变工程范围内的水文地质、工程地质环境，进而影响地区的水和生态环境。过去修建隧道等地下工程，除少数特殊工程采用以堵为主的全面防水措施外，大多数工程，特别是山区隧道工程都采用排堵结合、以排为主的防治方针。因此，众多隧道等地下工程在修建中和建成后长期存在着涌、漏水灾害和同时导致周边水及生态环境恶化等问题。
一、特长隧道的建设对地下水平衡破坏以及生态环境的影响分析
岩层受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸载带及其附近的新鲜岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。同时，该层位又是地下水最为集中的部位，陆地部分宏观上看就像岩石表面笼罩着一层地下水。因此，隧道工程建设往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下，岩土具有自身的（动态）边界（力学、补给或排泄），系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡的关系。隧道的开挖，相对于在一定空间范围内改变了系统的边界（对于岩体）或增加了输出边界（对于流体）。这样，系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排泄，或者寻求新的动态平衡。地下水埋藏在岩体里面分布着的大量空
隙，这些空隙既是地下水储存场所，也是其转移通道。隧道开挖不可避免的会破坏一些地下水的储存点和转移通道，引起地下水的转移，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道。而原来的含水层和转移通道中地下水将减少甚至枯竭。将会导致隧区局部地下水位降低。便演化为施工中乃至建成后对各类水文地质的影响，进而延伸至对岩体表面附着的生态环境影响，出现地表植物大面积枯萎甚至死亡等生态危机。
二、新建公路隧道水文地质及生态环境影响的评估
近年来的研究，我们认为在新建公路隧道工程项目的整个过程中，要把隧道---环境水文地质---生态环境影响作为一个系统工程来考虑，把稳定原有隧道水文地质环境和保护生态环境作为环境影响评估的重点。
（一）环境水文地质及影响的评估范围
隧道水文地质勘测和环境影响评估的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道排水与大口径井抽水类似，将在洞顶含水层中形成疏干漏斗，其引用半径R0=R+B/2。隧洞排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度，加之洞口段含水量的厚度往往变小，因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别，其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体，其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下
水环境、并影响地表生态环境的实例，隧道两侧的影响宽度为400～2600m或更大，因此，隧道环境水文地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000～5000m为宜。
（二）环境水文地质评估项目
1、环境水文地质评估项目，主要包括：地形地质；水文地质条件、分区、计算参数选择；预报涌水量的方法、公式、成果等。
2、环境因素调查的主要项目及内容
（1）地表水体（河流、井、泉、水库、贮水池、水渠等）的长度、面积、容量、水位及其重要性分类；
（2）农田、林业用地的类型、面积，需保护的重要性或名贵植物的数量和范围；
（3）人口密度；
（4）建筑物和构筑物的数量、类型和分布，特别注意有无重点保护文物景点；
（5）其它，如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。
（三）公路隧道环境影响的评估内容和标准
当公路隧道通过强富水区及中等富水区，以及岩溶发育区时，即工程施工及运营期间大量地下水涌入或从中排放时，对周围环境将有较大的影响。因此，在新建隧道时应对环境影响程度和范围进行评价，并应提出有关补救措施或相应对策，对于公路隧道重要程度尤为突出。
1、生态环境评价内容
主要评价由于隧道内大量涌水或排水引起的环境问题。
（1）地表水、地下水的可能疏干程度，生产、生活用水缺失程度；
（2）浅埋隧道地面下沉的程度和范围，对地面建筑物基础的可能破坏程度；
（3）地表沉降、岩溶塌焰发生的程度和范围；
（4）地表水、地下水可能被污染的程度；
（5）隧道内环境可能恶化的程度；
（6）隧道开挖弃碴堆放引起的泥石流等环境问题的可能程度；
（7）工程竣工后，排出的地下水作为水资源的可利用程度；
（8）防治发生上述灾害及环境恶化问题的对策。
2、隧道环境影响评估技术标准
（1）隧道环境影响评估范围，一般情况下为隧道轴线两侧各1000m，岩溶发育区范围可扩大至隧道轴线两侧3000m～5000m。
（2）不同的地下水类型、地质条件和埋深状态，隧道生态环境影响评价的主要项目及评价的深度不同。
三、公路隧道避免对水文地质及生态环境影响的措施
结合目前公路隧道建设的实际情况，就大多数隧道工程而言，其防排水，“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”进行是合适的，但从环境保护的目标出发，只是一般性的规定是不够的，应该根据隧道等地下工程的长短、重要
性和隧道水文地质条件的复杂性，以及隧道地区的人口密度、农牧业发达程度等生态环境，采用不同的防治措施。可以从设计勘察、施工建设以及运营监控三个阶段分别采取一定必要措施，以减少公路隧道对水文地质以及生态环境的影响。
（一）设计勘察阶段
设计勘察阶段需要深入调查设计隧道穿越山体的汇水区域地下水的分布、类型、含水量、补给方式、渗流方向等参数。并依据地质情况推测其影响范围，结合所在地区降雨、地表耕作及作物性质、是否有旅游资源影响等多方面对其影响程度进行分级。并依据分级对隧道工程设计采取不同类型和级别的防排水设计，对于影响级别高的隧道可以采取详细防排水设计，以及相关的设计预案，在目前公路隧道设计遵循的“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”的基础上建议增加“引”的工程措施，即将地下水提供一定的疏导渠道引渡到隧道断面之外，不改变其原来总体走向，以尽量减少隧道对地下水文地质的重大改变。同时，要做好隧道理论影响区域的地下水监测网络设计，要求运营期间长期监测。
（二）施工建设阶段隧道工程防排水措施是否恰当，是隧道环境保护质量好坏
的关键之一。也只有在施工阶段才能更直接、真切的了解地下水的情况和地质的具体情况，结合设计调查的大环境情况，可以将隧道对地下水文地质影响做出比较准确的判定，并将相关参数详尽记录存档，采用设计的相应等级的防排水设计，以减弱隧道对地下水文地质的重大影响。
施工中采取的具体的防水防渗的具体措施有：
1、加强衬砌的防水功能，在局部涌水量较大的位置，在衬砌后面设置衬砌夹层防水层。
2、围岩破碎及涌水地带采用向围岩注浆，对于用水量大的位置可采用化学注浆，然后在衬砌背后压浆。
3、二衬采用C25防渗砼；有水、富水区域必须采用封闭式衬砌结构。
4、施工缝根据具体涌水量设置止水条、中埋式止水带、E型背贴式止水带等各种防水止水设施。
5、对于特殊情况可以采取预埋管道系统或者采取预留连续小空腔等工程措施作为地下水疏导通道。
同时，高度重视防排水施工质量不仅对于隧道本身在施工和运营期间的安全至关重要，其对减弱隧道对地下水文地质影响亦极其重要。
（三）运营监控阶段
运营监控阶段主要是在一定时间范围内（建议通车后5年作为一周期，2000米以上隧道至少监控期限为一个周期。）实时关注防排水工程在运营期间的运作状态，以及对影响区域地下水位监测网络的监测点数据做好详尽记录。并及时对比分析，对整个山体或者周边山体生态环境的影响观察评价。如果发现隧道内排水量随季节规律性、常态化的起伏，且历年纵向对比没有偏离，则可判定该隧道的防排水设计是科学的、切实可行的，是满足环境保护要求的。反之，如果发现地下水监测网络地下水位偏离季节规律性、常态化的起伏，或者地表生态等明显出现异常，需要对比监测记录，结合施工记录情况，甚至采取必要的补充钻孔等地质调查手段了解地下水位情况，来综合分析影响原因。并依据原因立即采取一定的工程补救措施，防止影响扩散、加剧乃至进一步恶化。处治之后监控期限延长一个周期。
关键词：隧道施工超前地质预报不良地质
中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：
中图分类号：
0引言
近几十年来，中国国民经济发展迅速，公路、铁路、城市轨道交通等工程大规模地建设，需要开挖的隧道数量越来越多，隧道施工进度经常控制整个工程进展的瓶颈。作为深埋于山体中的公路隧道、铁路隧道等在施工过程中，由于前方地质条件复杂，受地质勘探技术水平限制，施工中存在许多潜在和不确定的地质因素。容易引发塌方、沉陷、泥石流、涌水等地质灾害这些灾害的发生，往往会影响施工进度，造成人员伤亡，给施工单位、国家和人民带来严重的经济损失。隧道超前地质预报是指在隧道开挖时，利用一定的技术方法和手段对掌子面前方的围岩与地层情况做出超前预报。对可能引发隧道地质灾害的不良地质体的位置、规模和性质做出预测，为隧道动态设计提供可靠依据，减少地质灾害的发生，确保隧道工程施工的质量与安全。
1隧道超前地质预报分类
对不良地质体的位置、规模、性质及其成灾可能性的预报，分类方法多种多样，总结起来主要有七种。按使用分类，可以分成常规预报和成灾预报；按手段分类，可以分成直接法预报、间接法预报、经验预报、推理法预报和综合法预报；按精度分类，可以分成定性预报和定量预报；按方法分类，可以分成地质法、地球物理方法和综合法；按内容分类，可以分成界面预报、灾害预报和涌水水压及水量预报；按距离分类，可以分成短距离预报、中距离预报、中长距离预报和长距离预报；按学科分类，可以分成物理数学法、地下水动力法、地下水化学法和数学模拟法。
2隧道超前地质预报常用方法及其优缺点
目前国内常用于隧道施工超前地质预报的技术方法大致可归纳为地质调查法、超前导坑法、超前钻孔法和地球物理探测法4类。
2.1地质调查法
地质调查法是隧道超前地质预报采用的一种基本方法，也是任何其它隧道超前地质预报方法的基础，缺少了这个基础环节，采用任何超前探测方法都很难取得好的效果。它主要预报掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面特别是火成岩与沉积岩间的接触界面、隧道围岩的稳定性及失稳破坏形式等。
(1)地面地质调查：核对前期资料中的不良地质及其附近地质，为进一步预报工作奠定基础；搜集资料，查探是否存在前期勘测遗漏的不良地质。
(2)隧道地质素描：利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出漏点位置及出水状态、出水量等准确记录下来并绘制成图表，结合已有勘测资料，进行隧道掌子面前方地质条件的预测预报。
(3)物理力学测试：必要时的岩石物理力学性质测试、岩石成分测试、地下水水质实验。
2.2超前导坑法
超前导坑或平行导坑是超前地质预报的一种直观、精确度高的方法，根据超前施工的平行隧道或导坑所揭露的围岩地质情况，能了解并较准确地预测隧道开挖工作面前方相应地段围岩的工程地质及水文地质条件，特别是当两平行隧道或导坑间距较小时预报效果更佳。
2.3超前钻孔法
超前水平钻孔法是最直接的超前预报方法，能得到前方不良地质较为准确可靠的信息。
超前水平钻孔法是在隧道内安放地质钻机进行水平钻进，根据隧道轴线水平方向上钻孔资料来推断隧道前方的地质情况。超前水平钻孔对不良地质的针对性较强，可以反映岩体的大概情况，比较直观；并且能对TSP和电法探测、地质雷达探测等手段探测到的不良地质体进行确认。但缺点是在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到钻探范围外存在的不良地质体，往往以一孔或几孔代表工作面前方的整体，具有局限性，而且其成本高，对施工影响大，钻孔的方向控制和钻探工艺也有一定的技术难度。
2.4地球物理探测法
采用地球物理方法作为超前地质预报的手段，根据对隧道施工掌子面前方地质情况的探测结果或隧道地表地球物理探测结果，进行隧道超前地质预报。主要方法有弹性波反射法、地质雷达法、电法、红外探测法等。采用地球物理探测法进行超前地质预报的优点是：快速，超前探测距离大，对施工干扰相对小，可以多种方法组合运用。并且地球物理探测是一种间接的、无损的测试手段，可以提供较大范围内地质体的物理性质，如地层结构、埋深、不良地质体的位置、规模等方面的信息。缺点是:物探往往具有局限性，主要表现为：(1)不同的物探方法受限于不同场地和地质条件，各种方法都有一定的局限性，（2）对物探资料的地质解释，需要与地质分析资料深入结合，有一定的技术难度。所以，地球物理探测方法的应用原则是，应选择两种以上的物探方法并与地质调查相结合，多种方法相互验证，以提高预报的准确性。
3结语
隧道超前地质预报是保证隧道安全施工的重要环节和重要技术手段，应将其作为施工工序纳入施工组织管理，针对不同地质特点，遵循“洞内外结合，以洞内为主。长短结合，以短为主”的原则，采用多种合理的方法和手段相互印证进行综合预报，取长补短，提高预报准确性。系统采用隧道超前地质预报综合技术，也会在一定程度上影响隧道施工的工期，增加施工费用。施工中应根据工程的具体情况，选择适当的超前地质预报方案，确定合理的预测方法组合，以保障隧道施工的安全、质量和进度。
参考文献：
说明围岩工程地质条件判别的准确性以及隧道施工过程中相关各方不能够有效
协作是造成软岩隧道塌方的主要原因。软岩隧道塌方形式主要有V型塌方、塌穿
型塌方及拱形塌方三类，各塌方类型均有其惯用的处置措施。本文根据统计分析
提出了预防软岩隧道塌方提出相应措施。
关键词：塌方；处置措施；软岩隧道；预防措施
中图分类号：U45文献标识码：A
1前言
本文根据对已有工程中塌方的统计，分析影响软岩隧道塌方的各因素与塌方形式之间的关系，以及相应的塌方处置措施。
2隧道塌方原因统计分析
表1塌方隧道统计表
本文收集了20座隧道塌方实例，根据引起隧道塌方的主要原因进行统计，可以得出以下初步结论。
在隧道塌方的统计过程中发现，产生隧道塌方的主要因素是由地质条件差、地下水和不规范的施工造成的，这三者引起隧道塌方的比例占到了80%。地质条件差是隧道围岩塌方的主要原因，在所统计的数据中，V级围岩隧道占到80%，Ⅳ级围岩隧道占20%。围岩类型主要为粉砂岩、石英片岩、节理化岩体、强风化花岗岩以及片岩。其次是由于地下水的存在，使本来性质差的围岩进一步恶化，为塌方发生制造了良好的条件。最后在粗心的施工操作下最终诱发了塌方的发生。
3隧道塌方类型
根据20个软岩隧道工程实例统计，隧道塌方形态大体上呈现拱形塌方、V形塌方及塌穿塌方三种类型。其中，V形塌方占整个软岩隧道塌方的15%左右，塌穿塌方(塌方延伸至地表)占整个隧道塌方的40%左右；拱形塌方占整个软岩隧道塌方的45%左右。
4隧道塌方处置措施
在本次统计的隧道塌方中，其处置措施大体上有以下五种：管棚法、小导管注浆法、三台阶开挖法、填实法和空洞法。从表1中可以看出，小导管注浆法和管棚法是最常用的两种塌方处置措施。各处置措施在不同形态塌方中的应用具有以下特点：对于V型塌方，其主要处置措施是采取小导管注浆的形式，几乎占到了此类塌方处理手段的一半；对于塌穿型塌方主要采用管棚法、小导管注浆法和三台阶开挖法三种；对于拱形塌方主要采取的是空洞法，其它处理手段在此类塌方处理上没有明显的规律性。
统计显示，V形塌方其平均塌方高度为5m，塌穿型塌方其平均塌方高度为40米，拱形塌方其平均塌方高度为13m。
根据表1的数据分析，就塌方处置措施可以得出以下启示：
（1）对于V形塌方，如果塌方高度小于4m，可以采取填实法与管棚法相结合的方法处理塌方体，对于塌方高度大于4m的可以采取小导管注浆结合空洞法；
（2）对于塌穿型塌方，根据实际情况，往往需要管棚法、小导管注浆法和三台阶开挖法三种处理手段相结合进行处理；
（3）对于拱形塌方，如果塌方体高度小于4m，可以采取小导管注浆结合填实法；对于塌方高度大于4m者，需要根据实际情况确定处理措施。
5处置措施总结
根据对隧道塌方实例的统计分析，软岩隧道塌方形式一般表现为V型塌方、塌穿型塌方及拱形塌方。常用的处置措施有管棚法、小导管注浆法、填实法、空洞法及三台阶开挖法等。实践表明，对于V型塌方，如果塌方高度较大，且是由节理围岩构成，采用空洞法的处置措施是一种合理的选择，它不仅可以保证塌方隧道的稳定性，加快施工进度，而且也可以降低成本。如朔黄铁路的东风隧道发生的一起典型的V型塌方[1]，采用空洞法处置措施。此次塌方处理历时53天，不仅施工工艺简单，加快了施工进度，而且取得了良好的效果，预测塌方处置后拱顶下沉15mm，实测下沉13mm。
对于塌穿型塌方，往往由于隧道围岩地质条件较差，地下水丰富，且有节理，断层带的叠加。这类隧道塌方的处置措施一般可根据塌方高度来选择管棚法和小导管注浆法。如果塌方高度大于30m一般应选择管棚法，反之，选择小导管注浆法。如贵都高速的木垴山隧道就是一个典型的塌穿塌方，塌穿高度为25m左右，选择了小导管注浆法的处置措施。此次塌方处理历时2个月，在塌体为碎石状的情况下，注浆效果十分良好，注浆的渗透半径较大，收到了很好的效果。
对于拱形塌方，从统计的结果来看，有地质条件差的原因，也有施工不规范造成的原因。现有统计资料并没有明显的规律性可循，所以此类隧道塌方的处置措施一般根据塌方体的情况来具体选择。如位于成渝高速公路上的络云山隧道就是一个典型的拱形塌方事例。该隧道围岩为V级，地质构造复杂，地下水丰富、叠加断层带等。在塌方处理的过程中使用了小导管注浆法，此次塌方处理历时5个月，保证了工程质量和施工安全，但是投入的费用和耗时相对较大。
6预防软岩隧道塌方措施
根据前述对软岩隧道塌方的统计，可以总结出预防软岩隧道塌方的一些措施，其具体预防措施为：
（1）做好超前地质预报工作。尤其是施工开挖接近设计探明的富水、富泥及断层破碎带时，要认真及时地分析和观察开挖工作面的岩性变化，当遇有探孔突水、涌泥、渗水增大和整体性变差等现象，应及时改变施工方案。
（2）加强围岩的量测工作。通过对量测数据分析处理，按照时间-位移曲线规律，及时调整和加强初期支护。
（3）严格控制爆破装药量，尽量减小对软弱破碎围岩的扰动。
（4）保证施工质量，超前预注浆固结止水，钢架制作、支护质量必须符合设计及验收标准要求。
（5）严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。
（6）施工期间，洞口应常备一定数量的塌方抢险材料，如方木、型钢钢架等，以备急用。
（7）有下述现象发生时，应先撤出工作面上的施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理。
①围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快；
②围岩面不断掉块剥落；
③初期支护喷混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，钢架严重变形。
参考文献：
[1]张金柱.雷公山隧道局部塌方浅析[J].铁道建设，1997.7.
关键词：隧道施工；病害；防治
中图分类号：TU997文献标识码：A
隧道是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。广义上是指：以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。铁路隧道在运营中会出现渗漏水(水害)、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害，还有火灾威胁。这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁。
1隧道水害
隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指运营隧道水害(即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害)。隧道渗漏水(水害)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良影响甚至威胁，影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失，危害环境。
1.1隧道水害的原因
隧道水害的成因是，修建隧道，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、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。
1.1.1隧道穿过含水的地层。
①砂类土和漂卵石类土含水地层。
②节理、裂隙发育，含裂隙水的岩层。
③石灰岩、白云岩等可溶性地层，当有充水的溶槽、溶洞或暗河等与隧道相连通时。
④浅埋隧道地段，地表水可沿覆盖层的裂隙、孔洞渗透到隧道内。
1.1.2隧道衬砌防水及排水设施不完善
①原建隧道衬砌防水、排水设施不全。
②混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、孔隙、裂缝多，自身防水能力差。
③防水层施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。
④混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。
⑤衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。
⑥既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。
1.2常用的整治运营隧道漏水的基本方法
(1)适当疏排
对地表水丰富的浅埋隧道，当地表沟谷坑洼积水、渗水对隧道有影响时，用疏导积水、填平沟谷、砌沟排水等措施，使洞顶地表形成良好的排水系统，不使洞顶的地表水流入或渗入隧道。洞口仰坡边缘周围设截水沟和排水沟，并保持良好状态。对地下水丰富、隧道内无排水沟或排水沟深度不足而导致隧底积水的，应采取增设水沟、将单侧沟改为双侧沟、加深侧沟或采取设置密并暗管加深水沟等措施。
(2)注浆堵水
(3)增设内防水层
2衬砌裂损
隧道衬砌是承受地层压力、防上围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。
衬砌裂损是隧道病害的主要形式，隧道衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。
针对衬砌裂损病害提出整治措施：裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱、换边墙。
3衬砌腐蚀
衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低隧道衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。产生腐蚀的三个要素是第一、腐蚀介质的存在；第二、易腐蚀物质的存在；第三、地下水的存在且具有活动性。为确保隧道建筑物的安全使用，应积极对衬砌腐蚀病害进行防治。
隧道衬砌防腐蚀措施，应首先从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施。
4隧道冻害
隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。隧道冻害会导致衬砌冻裂开胀，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，严重影响运输的安全和正常运行。隧道常见的冻害种类有：拱部结冰、边墙结冰、围岩冻胀破坏、衬砌发生冰楔、洞内网线挂水等。
冻害形成的主要原因有：寒冷气温的作用，季节冻结圈的形成(如果隧道的排水设备在隧道的冻结圈内，冬季易发生冰塞；在冻结圈内如果围岩的岩性是非冻胀性土，则不会发生冻胀性病害)。隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。
严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止融坍等，可根据实际情况综合运用。
5隧道病害的防治
隧道病害给隧道的正常运营和安全都带来影响，有时影响十分严重；而且，病害整治和保持运营之间矛盾突出，病害整治干扰正常运营，造成运营损失，而病害整治在空间、时间和施工条件都局限的条件下进行，困难重重。因此，首先要预防为主，必须在设计阶段就要采取预防措施，防止病害产生；另一方面，对出现的病害须查清病害原因、采取合理的措施进行整治，提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。
参考文献
[1]朱忠林,马伟斌,史存林，合宁线试验段路堑基床地基动力特性试验研究，铁道建筑[J]，2007年第2期，55-58.
关键词：山岭地区；高速公路；隧道；病害处治
中图分类号：U412文献标识码：A
山岭地区的高速公路隧道普遍存在跨度较大，支护结构形式多样化，所穿越的地质条件复杂等特点，因此，有效的解决隧道病害主要有，一是控制隧道在建设过程中的质量，包括选址、使用材料，施工技术方案等，二是在隧道病害出现时及时进行处治，以维护隧道在营运时安全可靠。
1隧道病害类型及特点
1.1二衬损裂
隧道内的二衬结构主要有三种损裂病害模式，一是二衬结构出现明显的裂纹或者裂缝，二是衬砌结构在隧道运营工程中出现明显的变形，三是衬砌结构局部塌落或者掉块。通过对隧道围岩和衬砌结构的力学机理分析，引起二衬破坏的原因是隧道结构及地层的变形传递给二次衬砌结构的力值大于二衬钢筋混凝土结构的正常使用状态下的极限承载力取值。二衬损裂最初表现为裂缝的出现，再通过开裂和扩张出现较大片区的破坏。裂缝按其出现的性质可分为受压裂缝、受剪裂缝、张拉裂缝。二衬的损裂直接原因是由于裂缝的出现而引起钢筋混凝土的破坏，根本原因是由于围岩的变形量大，二衬的承载力不足。二衬结构的变形也能引起裂缝的出现，变形包括横向变形和竖向变形。随着裂缝的扩展，变形量增大，自应力的剪切作用和外力的影响，二衬结构的混凝土还易发生塌落和掉块等较大的隐患。
1.2渗漏水
渗漏水问题也是隧道病害的主要原因之一，渗漏水严重的影响工程质量和运营。工程实践中的防水问题通常采用防水板和防水布相结合的模式。这种模式在设计上较为理想，但在具体施工中，尤其是在钢筋的绑扎和混凝土的浇筑过程中极易造成防水板的破损，并且焊接部位的焊缝强度是否可靠难以保证，材料的那就性能也很难保证，因此在很多的高速公路隧道都出现了不同程度的渗漏水现象，严重的一些部位甚至会影响整个高数公路营运的安全。
1.3衬砌背后围岩缺陷
我国高速公路隧道建设普遍采用新奥法设计施工技术方案。隧道的初期支护通常采用喷锚支护加固，二次衬砌则采用钢筋混凝土结构形式。由于隧道内部的地层结构变化多样，偏压厉害，涌水处多、量大等都不易控制，隧道常用的设计往往根据围岩等级类型，结合经验公式和工程实验进行勘察设计。对于埋深、偏压及塑性地区的隧道往往会因为不适应实际的应力场而发生破损，同时在施工过程中由于单位的施工技术水平和围岩的性质常发生超挖或者欠挖等现象的发生。超挖回填往往不密实而在衬砌背后形成空洞，改变衬砌结构内部的应力分布状态；欠挖则造成对围岩的多次扰动，造成人力资源的浪费。根据弹塑性力学分析，超挖、欠挖都会产生应力集中，且集中力很大，造成隧道地层及结构产生较大的位移变形，改变了隧道的物理状态，也极易形成衬砌背后形成的空洞和欠密实区，严重影响结构的可靠性和耐久性。另外在二衬浇筑过程中，拱部和拱腰也极易出现局部脱空的现象。这种施工隐患的出现一方面会造成空洞去或者欠密实区形成积水区，使隧道出现渗漏水；另一方面由于围岩和衬砌结构不能较好的形成一个整体，形成集中应力而出现裂纹。针对这一情况常用的处治方案为注浆处理。
2隧道病害处治中存在的问题研究
2.1隧道病害监测中的问题研究。隧道的病害处治研究必须与准确，有效的检验技术方法，严格的病害检测程序和精确的监测数据为前提。隧道内的环境恶劣，监测仪器极易受隧道内地下水等不利因素影响，导致监测的数据不高。因此，有必要开展病害检验仪器的研究，提高精度为宗旨，进一步规范监测步骤和程序，改进检测制度，为病害的成因分析奠定数据基础。此外，围岩与衬砌之间相互作用力学机理较为复杂，控制围岩的应力也是控制隧道病害的一个有效措施，但是也必须通过试验来监测研究。
2.2隧道病害成因研究中的问题。隧道病害普遍存在于高公路全寿命周期，有些病害出现较早，在施工过程中已经出现，严重时会影响使用寿命。但是病害的出现往往不是单一因素引起的，而是有多种因素综合作用所决定，因此在隧道病害出现时很难真正的准确推断形成病害的正真原因。
隧道病害受设计、施工、材料等因素的综合影响，病害表现为水害、冻害、衬砌开裂、腐蚀、坍塌等。隧道的表观特征与隧道成因存在直接联系，在总结实际经验基础上，结合模型试验、数值分析、计算模型分析，进一步研究病害成因的各个条件下的比重，进行量化分析，弄清隧道成因的基本规律及模式。
病害的分类方法、分级标准研究中存在的问题。在隧道病害处治的分级、分类相关的研究较少，根据研究表明，目前的分级方法和分级标准主要是以修复的难度和修复的完整性来进行确定的。目前的分级标准和方法都不具规范性有待进一步完善，现如今的标准不能有效地描述表面特征，如衬砌的塌落、钢筋腐蚀等有待进一步研究。
隧道病害健康诊断方法研究。隧道病害健康诊断方法研究都是浅层次的分析方法和依据实际的工程经验，再结合模糊的数学模型方法进行研究的。而真正的研究包括：一是隧道安全性能的诊断研究，另一个是使用性能的诊断研究，前者是后者的前提和基础。目前绝大多数的病害健康诊断研究中缺乏对隧道结构安全性能和使用性能相结合的总方面进行研究，然后确定分类方法。最终才进行健康证断。
隧道安全可靠估计研究中存在的问题。隧道病害对隧道安全分析至关重要，可从分析隧道病害的机理研究开始，建立隧道病害的力学模型，通过试验在建立可靠的数学计算模型，以此来分析病害对衬砌结构的受力特性变化和规律，进一步探讨病害隧道安全可靠性的影响。通过对病害进行分类和量化，引入一定的参数，准确的说明病害特征规律，得出特征变化曲线和力学模型，最终形成较有效的隧道安全可靠估计方法。
隧道维修加固技术研究存在的问题。国内外相继出现了很多关于隧道病害的修复模型试验和修复补强的试验，但缺乏与隧道病害的检测、分级分类量化、健康诊断相结合的研究。且病害的检测方法，病害修复技术，使用的材料等均需要改进和提高，修复加固的效果评价也有待进一步研究。
3隧道病害处治研究
3.1隧道病害的处治原则
隧道病害出现通常分为两种情况，一种是渗漏水，渗漏水长期作用会对隧道整个结构造成不可逆转的损害，另一种则是相对较少出现的衬砌开裂，如衬砌开裂严重会影响高速公路的营运。正常情况下，根据现有的资料表明，洞顶的变化和隧道结构及地层的应变和应力状态趋于稳定，在运营过程中逐渐或者已经收敛于极限值。所以病害产生的原因主要是施工条件的上的问题，如施工工艺的不完善，衬砌结构的混凝土结构的不均匀厚度所致。综上隧道病害的处治原则为：再不出现坍方和冒顶的条件下，以加固为主，已封堵、整修裂缝和防渗漏水为辅，加固和封堵综合治理的原则，以达到综合处治的目的。
3.2隧道病害处治技术研究
隧道病害处治中的加固主语包括两方面的加固，一是隧道地层及结构的加固，所用的方法有预加固等措施，另一种则是对二衬的裂损出加固。锚杆在隧道建设中发挥着不可替代的作用，可将松散、易脱落的岩土层固定在稳定的地层上，极大得提高了隧道周边围岩的粘聚力、摩察系数等参数值。通过锚杆的加固，围岩则可形成一定厚度的拱，改变围岩的力学状态，极大的提高了承载力和自稳承载力。对松散破碎的岩层采用锚杆可有效地控制围岩的变形和稳定性。此外，向松散易松动的岩体中注浆也可加固围岩，如注浆小导管、注浆预加固等较为常用。在衬砌结构的施作一定厚度的人工固结圈，也可有效的防止地下水对衬砌结构的腐蚀，保证整个隧道结构的稳定可靠。常用的隧道加固的措施有：喷锚注浆加固、套拱加固、压浆加固等。综上所述，常用的隧道病害处治施工方案如下：
加设拱支撑。对隧道松散破碎的围岩进行注浆加固，根据病害的位置和部位不同注浆的方式方法做对应的改进，在注浆的位置架设型钢和排水导管，随后浇筑混凝土进行加固。
加设三衬，根据不同的病害部位，对应的采取注浆锚杆对围岩进行加固后，在衬砌背部加设防水板，最后浇筑衬砌混凝土。
疏堵渗漏水，对渗漏水一般采取的措施以疏散为主，堵漏为辅，结合表面喷涂。条件允许可重新设置防水板，盲管等排水系统，最后设置套拱，条件不允许时注浆封堵，集中排水。
裂缝修补，对二衬的裂纹一般采取凿槽，补注化学浆，抹面。若裂纹较为严重，则必须换拱，同时加设锚杆。
嵌拱加固，当衬砌结构承载力不足时，在隧道病害的位置处无法腾出空间来进行套拱加固等措施，可采用镶嵌钢轨或者工字钢进行加固，嵌拱与相应位置通过钢筋连接，使之形成统一整体，一起承载围岩的作用力。
喷射混凝土加固，通过喷射混凝土对衬砌结构的裂损进行加固，不仅能恢复原有的整体性，承载能力也能得到了可靠的保证，因此喷射混凝土也是一种较为有效地病害处理措施。
粘结碳纤维进行加固，利用聚合树脂材料将碳纤维粘贴到混凝土表面形成复合材料，通过与混凝土之间共同协调作用，使二衬结构达到裂纹封闭，加固补强，既改善受力性能的作用。
4结束语
高速公路隧道病害处治是一项技术难度高，失败风险大，且成本造价高的工作，因此病害的处治不允许失败。病害处治在设计时，必须先对隧道病害进行系统的分析研究。在施工方面，改进隧道监测的精确性和及时性，保证隧道在信息化施工中的质量，健全隧道在建设过程中各种检查、监督机制，改进施工技术工艺水平，提高管理水平，才能实现无质量隐患的工程。
参考文献
关键词：大型溶洞；隧道
中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：
0引言
岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层(碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等)进行化学侵蚀、崩解作用和机械破坏、搬运、沉积作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。由于隧道处于地下各种复杂的水文地质岩体中，各类岩溶问题在隧道施工建设中难度较大，而对于隧道穿越大型岩溶的施工难度则更大。
本文以张花高速科洞隧道为工程背景，探讨隧道穿越各种大型岩溶的处治方案。
1工程概况
1.1地形条件
本工程位于张家界至花垣高速公路D17合同段，地处湖南省湘西北，总体走向为北东—南西，穿行于岩溶中低山地貌，沿线地形起伏较大，地面高程介于390.0～706.0m间，部分段与岩溶冲沟近垂直相交，沟底内岩溶落水洞、漏斗呈串珠状发育，主要为灌木丛，少量为松树、杉树等。
1.2气象条件
该场地属亚热带季风湿润气候，具明显的大陆性气候特征，四季分明。雨量充沛，多年平均年降雨量约1328.10mm，十二月至次年一月降雨量最少，从二月起渐增，四月至八月为雨季，雨季降水量占全年的60%以上，历年平均气温17.2~17.6°，年平均蒸发量介于1102.40～1258.40mm，相对湿度84.38，潮湿系数1.06。
1.3水文地质
该合同段路线位于湖南省湘西北重丘山林地带，地表水系极不发育，未见地表水体。大气降水后，多沿竖直岩溶裂隙、溶蚀沟槽等就地下渗，少量形成地表径流，由山坡流向地势低洼地带，汇集于冲沟内发育的岩溶漏斗、落水洞后，排泄至深部地下暗河中，最后排泄于地势低的猛洞河中，猛洞河边出水口标高约275.00m。因此沿线地下水埋藏较深。
1.4溶洞特点
张花高速公路科洞隧道围岩以白云质灰岩、白云岩为主，主要特征是溶洞、溶槽、溶沟、裂隙、岩溶管道、岩溶水等均比较发育，溶洞内部分填充有粉质粘土、土夹石及孤石。
2隧道穿越大型溶洞的处治方案
2.1溶洞位于拱顶部
2.1.1长管棚法
溶洞位于拱顶位置，溶洞尺寸高度大于20m，且溶腔围岩稳定性较差时，可考虑施作长管棚。
案例1张花高速公路科洞隧道ZK76+186岩溶处治技术
科洞隧道左洞掘进至ZK76+186时，在隧道拱顶发现一大型干溶洞，宽5m，长12m，高35m（贯通地表），溶洞壁围岩极不稳定。
主要处理措施如下：
(1)在溶洞周围施工截水沟，防止雨水流入溶洞，并用防水布遮盖溶洞范围。
(2)在ZK76+186里程处施做Ф108cm长管棚，管棚长18m，环向间距40cm。在管棚上安放沙袋，防止溶洞壁掉落碎石块。
(3)隧道开挖，立拱架，拱架间距为0.5m/榀，施作初期支护，初期支护为1.5m厚,如图1。
2.2溶洞位于拱腰部
2.2.1钢支撑法
当溶洞处于拱腰位置时，由于围岩稳定性差，用钢支撑法处理较为安全。
案例2张花高速公路科洞隧道ZK76+220~+234岩溶处治技术
科洞隧道掘进至ZK76+220里程时，在拱腰位置发现一大型溶洞，溶洞长9m，宽7m，高15m，洞内有水流迹象。
主要处理措施如下：
(1)在溶腔内部施作纵向I18工字钢并加设临时斜支撑，保证溶腔壁围岩的稳定；
(2)架立I18钢拱架和I18水平工字钢；
(3)安装钢模板，向溶腔内部分层泵送C20混凝土，混凝土的标高高于拱顶1m。同时预埋Φ18cm钢质注砂管和泄水管。
(4)当浇灌的混凝土达到设计强度后，向溶腔内部吹填2m厚的砂砾作为结构缓冲层。
(5)完成初期支护后，施作防水板，浇筑45cm厚C25钢筋混凝土，如图2。
图1科洞隧道拱顶处溶洞处治
图2科洞隧道拱腰处溶洞处治
2.3溶洞在边墙部
2.3.1加固墙基方案
当隧道边墙部位存在长而深的溶洞时，可采取加固隧道边墙的基础通过。
案例3张花高速公路科洞隧道ZK76+882~+896岩溶处治技术
科洞隧道掘进至ZK76+882里程时，在隧道左侧边墙发现一狭长溶洞，溶洞长10m，宽6m，洞内有水流迹象。
主要处理措施如下：
溶腔底先用浆砌片石回填2m，再做一混凝土墙基，墙基高11m，做好隧道初期结构后用浆砌片石回填，同时预埋Φ11cmHDPE排水管，如图3。
2.4溶洞在隧道底部
2.4.1“桩基+托梁+板跨”方案
当隧道基础及路面下出现大型有水溶洞时，可采用“桩基+托梁+板跨”的处治方案。
案例4张花高速公路科洞隧道YK76+176~+206岩溶处治技术
科洞隧道掘进至YK76+176里程时，在隧道基础底部发现一大型过水溶洞，溶洞长20m。
处理方法为：在溶洞内两侧分别打直径为1.2米的钢筋混凝土灌注桩，桩身嵌入基岩的厚度为1m，灌注桩纵向间距为5m，横向间距10m。在桩顶部施作托梁，梁高1m，宽2.5m，长22m。施作钢筋混凝土底板，板厚度为1.0~1.5，如图4。
图3科洞隧道边墙处溶洞处治
图4科洞隧道基底处溶洞处治
2.5隧道在溶洞内部
2.5.1“桩基+盖梁+板梁”的处治方案
当隧道全部位于溶洞内且溶洞向下发育较深时（15～30m），可采用“桩基+盖梁+板梁”方案通过。
案例5张花高速公路科洞隧道YK76+324~+364岩溶处治技术
科洞隧道掘进至YK76+324里程时，遇到一大型溶洞，溶洞宽25m，深约35m，长约15m，洞内有水流迹象。
主要处治措施如下：
(1)清理溶腔顶部周围危石，在溶腔壁局部施作5m砂浆锚杆；
(2)在溶洞底部施作三排钢筋混凝土灌注桩，桩直径为1.5m，横向间距3.5m，纵向间距4m，桩身嵌入基岩深度不小于1m；
(3)灌注桩完成后，在桩顶部施作盖梁，盖梁高3m；
(4)在盖梁上施作钢筋混凝土板梁，底板厚1.5m；
(5)隧道拱顶以上的溶腔范围回填浆砌片石，如图5。
2.5.2充填处治方案
当溶洞发育规模深度大于30m时，可采用充填处治方案通过。
案例6张花高速公路科洞隧道YK76+470~+500岩溶处治技术
科洞隧道掘进至YK76+470里程时，隧道前方遇到一特大型溶洞，长约35m，宽约35m，深约40m。整个隧道结构在溶洞内部。
主要处理措施如下：
隧道底部溶腔采取浆砌片石分层填筑夯实的方案，隧道则由暗洞改为明洞，隧道两侧边坡坡面进行喷锚支护，锚杆采用中空注浆锚杆，长5m，间距1m×1m，如图6。
图5科洞隧道位于溶洞内部处治
图6科洞隧道位于溶洞内部处治
3结语
（1）张花高速科洞隧道目前已接近竣工，从目前看来，以上岩溶处治方法在隧道穿越大型岩溶施工中取得了较好的效果。
（2）隧道穿越大型岩溶时应根据溶洞大小、与隧道的相对位置等采取合理的处治方案。对于发现的大型干溶洞，均应当考虑降水的影响，预设岩溶排水的措施。
（3）对岩溶水的处理主要是排堵结合，但同时应考虑地下水排量和生态环境保护。
（4）由于岩溶的复杂性，处治方案首先应保证施工作业人员的安全，然后才是工程质量和进度。
参考文献：
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