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1、1,隧道災害、事故及其防治技術,2,提綱,一、隧道的災害防護二、隧道工程事故分析,3,一、隧道的災害防護,隧道主要病害包括：隧道水害、襯砌裂損、隧道凍害、震害和火災。,4,隧道水害與隧道防水,5,隧道水害的種類及其危害,隧道滲漏水隧道滲漏，按發生的部位分為：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，少數有涌水災害。危害：隧道滲水對隧道穩定、洞內設施、行車安全、地面建筑和隧道周圍水環境產生諸多不利影響甚至威脅。,6,隧道水害的種類及其危害,襯砌周圍積水危害:水壓過大時導致襯砌破裂；軟化圍巖，從而加大襯砌壓力，導致襯砌破裂；膨脹性圍巖體積膨脹，導致襯砌破裂；寒冷地區引發凍脹病2、害。,7,邊墻溶洞出水,8,涌水,9,潛流沖刷概念：由于地下水滲流和流動而產生的沖刷和溶蝕作用。危害：襯砌基礎下沉，邊墻開裂或仰拱、整體道床下沉開裂圍巖滑移錯動導致襯砌變形開裂超挖回填不實或未全部回填著，引起圍巖坍塌，導致襯砌破壞。,10,水害的成因,可以歸結為客觀和主觀兩方面原因：隧道穿越含水的不良地層；隧道襯砌防水及排水設施不完善。,11,隧道的防水設計,防水設計應考慮地表水、地下水等的作用，以及由于人為因素引起的附近水文地質改變的影響。防水原則：防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理。隧道防水結構多采用塑料板防水層和防水混凝土。同時要重視混凝土的“裂縫”處理。對于承受高壓水的隧道防水或3、防水要求高的地下工程要考慮多層防線，層層設防。,12,盾構隧道防水主要是解決管片本身的防水和管片接縫的防水。襯砌管片的防水方法：管片結構的自防水；管片的制作精良。管片的防水措施：密封墊防水、嵌縫防水、螺栓孔防水、二次襯砌。,盾構隧道防水,13,運營隧道的水害治理,基本方法：適當疏通注漿堵水增設內防水層水害整治技術關鍵：分析病害成因，對癥整治合理選擇防水材料嚴格施工工藝,14,隧道襯砌裂損及其防治,15,襯砌裂損的常見病害：襯砌變形、開裂、滲漏水 端墻、側墻、翼墻位移、開裂 路面拱起、沉陷、錯臺、開裂,16,對不良地質地段襯砌，應貫徹“寧強勿弱，寧曲勿直，加強襯砌過渡段，寧長勿短”的原則盡量減少4、對圍巖的擾動，提高襯砌質量。大力推廣光面爆破，錨噴支護，提高混凝土永久性襯砌的抗裂、抗滲性能。,預防措施,17,襯砌變形、開裂的治理措施：若襯砌背面存在空隙，可在襯背壓注水泥砂漿由于襯砌厚度不足,年久變質，或裂縫區域過大，影響到襯砌強度，可在襯砌面噴射混凝土。襯砌裂縫穩定時處理 可采用壓注環氧水泥砂漿或水泥砂漿的方法加固。對于襯砌表面腐蝕、剝落及灰縫脫落可先清除表面然后加噴一層混凝土。,整治措施,18,路面拱起、沉陷、錯臺、開裂處理,誘因,采取措施,圍巖側壓力過大，導致兩邊側墻內移而引起的路面拱起,在路面下加設水平支撐,路面局部沉陷、錯臺、嚴重碎裂,挖出破損的路面以及其下部的基層，重鋪路面治理5、滲漏水，并將水引入兩側邊溝,19,須引起注意的方面：擋墻、邊坡的穩定性 洞口的排水、防水系統 危石,對洞口的檢查與養護,20,泥石流堵塞洞口,21,22,隧道凍害,23,常見的凍害種類：拱部掛冰、邊墻結冰；圍巖凍脹破壞，引起襯砌變形破壞；隧道內網線掛冰危害性：隧道凍害會導致襯砌凍脹開裂，甚至疏松剝落，造成隧道襯砌結構的失穩破壞，降低襯砌結構的安全可靠性，嚴重影響運輸的安全和正常運行。,24,嚴寒及寒冷地區隧道凍害的防治，其基本措施是：綜合治水 更換或改造土壤 保溫防凍加強結構，如加設仰拱襯砌，采用防水鋼筋混凝土襯砌，錨噴混凝土加固，加抗凍脹錨桿等。通過加深邊墻，加強底部排水等方法防止融坍,凍害6、的防治,25,襯砌腐蝕,26,隧道襯砌腐蝕分為物理腐蝕和化學腐蝕。物理腐蝕 凍融交替部位的凍脹性裂損 干濕交替部位的鹽類結晶性脹裂損壞化學腐蝕：硫酸鹽侵蝕、鎂鹽侵蝕、軟水溶出性侵蝕和一般酸類腐蝕,隧道腐蝕的分類和影響因素,27,提高襯砌的密實度和整體性外摻加料法：比如摻加粉煤灰可以去除游離的Ca(OH)2。選用耐侵蝕水泥加強襯砌外排水措施在襯砌表面做隔離防水層采用與侵蝕性環境水不起化學反應的天然石料筑襯砌向襯砌背后壓注防蝕漿液等,防治措施,28,隧道的震害與抗震,29,唐山地震后,30,開灤唐山煤礦一號井震后,31,塘沽新河造船廠船體車間墻倒頂塌,32,被震毀的唐山市勝利橋,33,唐山大地震時7、的地縫,34,唐山大地震后被震彎的鐵路,35,被震裂的公路,36,唐山市文化路青年宮,37,唐山市河北省礦業學院圖書館,38,今日唐山,39,地震后映秀鎮航拍照片,重建后映秀鎮照片,40,北川新縣城幾乎被滑坡掩埋,41,山體崩塌產生的巨大滾石，造成了建筑的破壞,42,(a)外縱墻距離陡坡不足2m,(b)橫墻豎向裂縫,(c)內部墻體裂縫,陜西寶雞市陳倉區某住宅樓因邊坡避讓距離不足導致的開裂破壞,43,都江堰漩口中學宿舍樓，五層磚混結構，地震時底層完全倒塌，上部墻體開裂破壞嚴重,44,阪神地震后的神戶,45,阪神地震后的神戶,46,日本阪神地震后的高速公路,47,日本阪神地震后的新干線,48,特點8、：地下結構在地震作用下，由于周圍巖土介質的存在，會發生不同于地面結構的響應。隧道容易發生震害的地段與部位隧道洞口特殊地層條件襯砌有缺陷的地段和部位,對隧道震害的認識,49,洞口破壞,仰拱填充隆起、碎裂,襯砌大面積開裂、錯臺,襯砌大面積破壞,50,隧道震害與支護的關系：當圍巖不穩定時，襯砌只要能與圍巖保持大致一致的變形，既不致產生嚴重的震害。支護與圍巖密貼對隧道震害十分重要。推廣新奧法施工、采用噴錨襯砌及復合襯砌，襯砌背后壓漿等措施。為保證結構具有適應地層變形的能力，應適當減少結構的剛度。曲墻式襯砌優于直墻式，封閉襯砌優于未封閉式。單線隧道的裂縫出現在仰拱、拱頂內側以及仰拱拱趾的外側。,51,隧9、道抗震加固與震害整治,52,地鐵震害與抗震,1995年日本阪神地震表明，強烈地震時，地下結構震害嚴重；同時地下鐵道延伸范圍廣，其間場地土的特性復雜多變，土層的液化、震陷等現象亦會對地鐵造成間接影響。因此，對地鐵抗震性能的研究應該引起重視。,53,對95年阪神地震資料總結發現，地震破壞主要特點：不對稱結構發生的破壞比對稱結構嚴重。上層結構比下層破壞嚴重。破壞主要發生在中柱上。地下結構上部土層越厚，破壞越輕?？v墻和橫墻均出現大量的斜向裂紋，特別是角點部位。頂板與側墻的破壞程度與中柱密切相關。區間隧道的破壞形式主要是裂縫，其中多為側墻中部的軸向彎曲裂縫。,54,隧道及地下工程安全與防災,55,隧道火10、災的危害性,隧道和地鐵建筑結構復雜、環境密閉，加上人員密集，一旦發生火災，撲救相當困難，往往會造成重大的人員傷亡和財產損失,56,2003年2月18日上午，由于一名中年男子縱火，韓國大邱市地鐵一號線的中央路車站頃刻間被烈焰和濃煙吞沒，兩列滿載乘客的地鐵列車被燒毀。根據韓國官方提供的數字，當時有126人死亡，146人受傷，另有318人下落不明,57,58,倫敦地鐵爆炸,59,倫敦地鐵爆炸隧道逃生,60,倫敦地鐵被炸車輛,61,1.車輛電氣線路短路、汽化器失靈、載重汽車氣動系統故障等引發火災。2.隧道內道路狹小，能見度較差、情況又較復雜，容易發生車輛相撞事故，也可引發隧道火災。3.隧道內通行的車輛11、所載貨物可能有易燃易爆物品，遇明火（或熱源）發生燃燒或自燃。,隧道火災的主要原因,62,主要防火措施,1.采用耐火材料2.較長的隧道劃分防火分區3.隧道內設置自動的水噴淋滅火系統和火災自動報警系統，以及配備各類便攜式滅火器。4.設置疏散避難設施，如避難通道、隧道兩側的誘導路、定點急救避難場所等 5.加強隧道消防管理和交通管理以及經常檢查隧道的防火安全工作,63,地鐵火災的主要原因,1.地鐵車站在裝修、設備、辦公等方面存在一定數量的可燃物，操作不慎引發火災2.施工中進行焊接、切割作業以及工作人員吸煙、列車運行時產生的電弧等原因。3.乘客違反規定，以及車上電器設備故障等原因4.變配車站設備故障導致12、火災5.人為縱火和恐怖襲擊,64,主要防火措施,1.車站的布局應合理，采取防火墻、水幕等措施。嚴格限制車站內各類易燃物品。2.加強隧道維修施工管理。3.地鐵客車采用不燃材質制造。4.地鐵變電站、高壓電纜應在地面建筑敷設。5.設計時考慮火災排煙要求。6.自動監控系統；滅火淋噴系統。,65,二、隧道及地下工程事故分析,盾構隧道事故調查及分類 工程對策,66,盾構隧道事故調查及分類,盾構法中常見的施工事故類型有以下幾種：結餅壓力艙土體在隔板傳遞的推力作用下發生固結，結成硬塊的現象。閉塞閉塞是由于土體成拱使得不能正常出土進入土體壓實充滿壓力艙，而缺乏流塑性的土體又使攪拌翼的阻力上升，加大刀盤扭矩進而引13、起施工困難。,67,盾構隧道事故調查及分類,噴涌盾構掘進打開螺旋輸送器閥門出土時，以水為主，水和砂混合從出土口噴涌而出，散落在隧道內，皮帶運輸無法帶走土體。開挖面失穩由于千斤頂、隔板傳遞到壓力艙的壓力不能均勻作用于開挖面，而使開挖面失去穩定的現象。,68,地表發生沉降隧道施工中不論采用何種施工方法都會產生不同程度的地面沉降，盾構法也不例外。特別是在松軟飽和和含水不穩定的淤泥質粘土層的淺覆土隧道中，這種現象尤為明顯。盾構法施工中要求將地面沉降控制在允許的范圍內。當地面沉降超出允許范圍時，會引起地面建筑物墻體開裂，個別地點由于墻體開裂而產生不良的影響。滲漏水不論何種隧道施工，都要對滲漏水采取相應的14、措施及時加以控制和治理，否則會隧道施工帶來嚴重威脅，因此滲漏水量應符合結構防水標準。塌陷,69,上海地鐵四號線事故照片（1）,70,上海地鐵四號線事故照片（2）,71,上海地鐵四號線事故照片（3）,72,上海地鐵四號線事故照片（4）,73,74,工程對策,結餅 1、掘進時注泡沫劑，改善土體的和易性，預防粘土結塊 2、盾構刀盤在設計上應考慮對泥巖的切削功能，使刀盤盡少出現粘結堵塞 3、也可以在刀盤背面和土艙胸板上增設空心攪動棒，增加攪拌強度和范圍，并且空心棒內還可以預留注水孔，以便清洗刀盤和土艙。4、空轉刀盤，使泥餅在離心力的作用下脫落。,75,閉塞 1、從人孔進入到密閉艙內除去障礙物；2、加固15、好開挖面前的地基土，將盾構機停留在加固體范圍中，從盾構機側面除去障礙物；3、在開挖面前筑工作井，牽行盾構機入內，從地面一側除去障礙物。,工程對策,76,噴涌 1、關閉螺旋輸送器情況下繼續掘進，讓切削下的土體擠出土艙內的水。采取這種措施時，要預防艙內壓力過高，造成盾構前方隆起、冒漿以及盾尾被擊穿等。2、提前采用氣壓平衡模式掘進，但要預防漏氣事件的發生。3、加入高濃度泥漿或泡沫，使土體中的顆粒和泥漿成為一整體。4、盾構選型方面，螺旋輸送器選擇具有土塞效應的中軸式螺桿和簡短式螺桿。5、在盾構刀盤設計時，優化設計好刀盤的開口率和刀具，使切削進倉的顆粒較小且均勻。6、如果施工特別困難的情況下，在螺旋輸送16、器某一位置安裝連接管道，改成泥水盾構出土模式。,工程對策,77,開挖面失穩 1、施工單位控制好壓力艙的應有壓力，防止開挖面失穩；2、為了保證開挖面的穩定，重要的是要使開挖下來的土砂具有塑性流動性，并使土砂確實充滿壓力艙內，同時還應是開挖下來的土砂具有止水性。3、同時為了一邊保持開挖面的穩定一邊順利進行推進，則需要適量的進行排土，維持排土量和開挖量的平衡。,工程對策,78,地表發生沉降 1、在發生沉降的地點，在沉陷范圍派專人值班，負責人員、交通、建筑物的安全；2、盾構關閉進土閥門，建立土壓，所設的土壓比所處位置的水土壓力高0.2kg/cm2，盾構停止掘進，用盾構上的超前注漿設備和注漿孔向地層注漿17、加固。不停地向管片背后注漿，并調整漿液配合比，使其具有足夠的強度和快速凝結；3、在沉陷范圍內采用鉆機進行地表注漿加固方法，增加地基的強度；4、增加沉降觀測，及時反饋信息。,工程對策,79,坍塌事故 1、首先攔截塌陷四周的地表水，防止地下水進一步滲入隧道內，降低隧道內的涌水量。及時對塌孔進行回填，尤其是漏水口處，回填密實，形成相對隔水層。2、控制好推進速度和出土速度，維持開挖面土壓平衡，減少地表沉降量。3、加大注漿量，每一環管片背后注漿量應8.0m3，確保地面沉降范圍不再向前擴展。增加輔助添加劑量，改善土渣的和易性，在增加泡沫量達不到效果時，可以考慮改用膨潤土泥漿。,工程對策,80,坍塌事故 4、加強監控測量，特別是出土量和土倉壓力，注漿量等參數，并及時根據監控數據調整掘進參數。每天進行一次土樣分析，進行土質鑒定，確定砂層有無繼續下漏趨向。5、在掘進速度極其緩慢，刀盤推力、扭矩持續增加的情況下，可以考慮進行換刀。至于開挖面地下水和上覆土層的處理，可以從地面上采取攪拌樁（水泥水玻璃雙液漿）進行加固，割斷砂層及水力聯系。,工程對策,