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隧道工程. 第 11 章 隧道常见病害与防治. 重庆交通大学 隧道及岩土工程系 2012 年 12 月. 学习本课程的目的： （ 1 ）了解隧道的常见病害种类； （ 2 ）掌握隧道常见病害的机理； （ 3 ）了解隧道常见病害的处理措施与设计内容。. 第 11 章 隧道常见病害与防治. 11.1 概述 11.2 隧道的水害及其防治 11.3 隧道衬砌裂损及其防治 11.4 隧道冻害及其防治 11.5 隧道衬砌腐蚀及其防治. 11.1 概述 1 、隧道病害现状 (1) 隧道的主体是人工地下结构，处于天然介质的环境中；
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隧道工程 第11章 隧道常见病害与防治 重庆交通大学 隧道及岩土工程系 2012年12月
学习本课程的目的： （1）了解隧道的常见病害种类； （2）掌握隧道常见病害的机理； （3）了解隧道常见病害的处理措施与设计内容。
第11章 隧道常见病害与防治 11.1 概述 11.2 隧道的水害及其防治 11.3 隧道衬砌裂损及其防治 11.4 隧道冻害及其防治 11.5 隧道衬砌腐蚀及其防治
11.1 概述 1、隧道病害现状 (1)隧道的主体是人工地下结构，处于天然介质的环境中； (2)与发达国家相比，我国的公路隧道建设起步较晚。设计、施丁经验都存在一定的差距，思想认识上也存在偏见和畏难情绪；
(3)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，还有火灾威胁口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；(3)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，还有火灾威胁口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； (4)日本的一些有识之士提出“2020年的警钟”，即“日本将从一个土建大国变成修缮大国”。2020年的结构物维护费用和改建费用，仅建设省就超过2兆亿日元，是现在的3倍，维护费用将是国家财政的巨大负担。
2、我国隧道养护面临的主要问题 ⑴ 已建隧道营运状态堪忧; (2)隧道施工单位的良莠不齐和“重建设、轻维护”的理念; (3)我国隧道建设与维护的经验相对国外来讲，目前尚存在一定的差距，对隧道健康的认识存在着严重不足。
3 病害现状 (1)铁路隧道 铁路干线的隧道失格率
(2)公路隧道 公路隧道普遍存在渗漏水现象，20世纪60年代以前修建的隧道大多未作防水处理，渗漏水问题突出。近年来一些新建的公路隧道，也存在较严重的渗漏水。公路隧道渗漏水已被列为公路工程十大通病之一。 公路隧道内以内燃机动车为主，废气、有害气体排放量大，通风不良引起的洞内空气污染问题普遍存在口另外，由于照明设计或运营管理不善，隧道内部亮度及照度达不到规范要求，导致交通事故。这些问题极有可能引发灾难性的火灾事故。
(3)地铁隧道 一般来讲，采用盾构法施工的单洞圆形地铁隧道，每环衬砌由５～７块管片组成，每一环的接缝长度约为20～30m，在饱和软土中的隧道，受盾构施工工艺、地铁运营循环载荷、土质分布不均等影响，在水头压力作用下，渗漏水是目前地铁隧道的通病，随着服务期限的增加，其他病害也会出现。除此之外，地铁隧道人流密集，通风不良引起人的感觉不适；火灾引发重大伤亡事故的威胁始终存在。
4、隧道病害防治 防治要点: 1、预防为主 2、早期发现 3、及时维护 4、对症下药
11.2 隧道的水害及其防治 一、隧道水害的类型及其成因 1、类型 (1)按部位和流量：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、地质条件等的影响。 (2)按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。
2、成因 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。也可归结为客观和主观两种因素： (1)隧道穿过含水的地层 (2)隧道衬砌防水及排水设施不完善
二、隧道防水原则 隧道防水要“防患于未然”，首先从设计做起，要在水文地质调查的基础上，从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面进行合理设计。防水设计应考虑地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。防水设计要遵循隧道防水原则，定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。
隧道与地下工程防水设计内容包括: (1)防水等级和防水方案； (2)防水混凝土的抗渗等级和其他技术措施、质量保证措施； (3)其他防水层选用的材料及其技术指标、质量保证措施； (4)工程细部结构的防水措施，选用的材料及其技术指标、质量保证措施； (5)工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。
11.3 隧道衬砌裂损及其防治 衬彻裂损变形的主要危害： (1)降低衬砌结构对围岩的承载能力； (2)使隧道净空变小，侵人建筑限界，影响车辆安全通过； (3)拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全； (4)裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆，严寒和寒冷地区产生冻害； (5)铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，大量增加养护维修工作量； (6)在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。
1、隧道衬砌开裂的类型 ⑴ 纵向裂缝： 纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害性最大，发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。
1、隧道衬砌开裂的类型 （2）环向裂缝：主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起，多发生在洞口或不良地质地带与完整岩石地层的交接处口 环向裂缝 斜向裂缝
1、隧道衬砌开裂的类型 （3）斜向裂缝：一般和隧道纵轴呈45°左右，也常因混凝土衬砌的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成的，其危害性仅次于纵向裂缝。 环向裂缝 斜向裂缝
2、衬砌开裂的描述与观测计 (一)开裂的描述 （1）隧道衬砌部位划分（5部分14部位）
(2)裂缝宽度与分级 裂缝开裂宽度在缝口处沿垂直裂面方向量取。 缝宽δ按大小分为四级： (1)毛裂缝(又叫发丝) δ≤0.3mm (2)小裂缝 0.3mm＜δ≤2mm (3)中裂缝 2mm＜δ≤20mm (4)大裂缝 δ＞20mm
(3)裂缝间距 具有走向大致相同的相邻裂缝间距，用以表述衬砌破碎程度，一般宜取每一个节段单位来分析，前者为水平错距，后者成为垂直错距。 衬砌错台示意图
(4)裂缝密度 裂缝密度是表述衬砌裂损的另一种形态指标，分为节段裂缝密度和节段局部裂缝密度。 节段裂缝密度 节段局部裂缝密度
(二)衬砌裂损的检测 （1）衬砌变形观测 衬砌变形观测 1－钎钉 ；2－垂球；3－固定点
(二)衬砌裂损的检测 （2）裂缝观测 A 灰块测标观测 灰块测标 1－裂缝 ；2－油漆划线
(二)衬砌裂损的检测 （2）裂缝观测 B 钎钉测标 钎钉测标
(二)衬砌裂损的检测 （3）金属板测标观测
(三)裂缝宽度与深度的检测 裂缝宽度和深度是判断开裂程度的重要依据，现场测量裂缝宽度一般采用裂缝插片尺和裂缝观测仪，南京水利科学研究院采用自制的裂缝尺测量裂缝宽度。测量裂缝深度一般采用超声波探测仪。
诊断方法与原理 1、直接法：肉眼观察结合钻孔检测 2、声学法：撞击回波法 3、物探法：地质雷达、地震CT 4、光学法：激光扫描 5、电学法：瞬变电磁法
撞击回波法 机械应力脉冲反射原理，通过在混凝土等结构物表面敲击的办法，用电脑分析敲击反射回来的波形，从而分析结构内部的病害情况。
地震CT技术原理 • 通常，探测器所接受到的射线信号的强弱，取决于该部位截面内组织的密度。密度高的组织吸收X线较多，探测器接收到的信号较弱；密度较低的组织吸收X线较少，探测器获得的信号较强。这种不同组织对X线吸收值不同的性质可用组织的吸收系数μ来表示，所以探测器所接收到的信号强弱所反映的是地质结构不同的μ值。而CT正是利用X线穿透工程体后的衰减特性作为其诊断疾病的依据。
地震CT技术原理 X线衰减规律 通过电子计算机运算列出人体组织受检层面的吸收系数，并将之分布在合成图象的栅状阵列即矩阵的方格（阵元）内。矩阵上每个阵元相当于重建图象上的一个图象点，称为像素。CT的成像过程就是求出每个像素的衰减系数的过程。如果像素越小、探测器数目越多，计算机所测出的衰减系数就越多、越精确，重建出的图象也就越清晰。
