隧道病害防治

隧道病害防治（protection and treatment defect of tunnel）各种隧道病害预防与整治的方法和措施。

运营隧道治水 为防止地下水或地面水对运营隧道的侵蚀，所采取的防水、截水、排水、堵水等措施。

中国已有铁路隧道约50000座，其中运营中出现不同程度的涌水、漏水、冒水、滴水、渗水、湿水等现象的约占全路隧道总座数的1/3左右。由于水的作用，还会发生和发展其他类型的病害。这些病害还与隧道所处的地质、水文地质环境（即隧道的长度、埋深，当地的气候和地貌条件，地表水及地下水的状态，岩石条件及地质构造等)，以及施工养护中防排水系统是否完善等因素有关。

隧道漏水的危害及原因 隧道漏水，按其发生的部位和流量分为：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；少数隧道有涌水病害。按水源补给情况分为：地下水（流量四季变化不大）补给；地表水（流量随四季变化）补给。隧道漏水恶化洞内养路环境，影响一些技术设备的正常使用。

危害 ①在电力牵引区段，拱部漏水，会造成接触网跳闸、放电漏电，影响安全运营，造成人身伤害。②在寒冷和严寒地区，隧道漏水会造成边墙结冰、拱部挂冰，侵入限界，影响隧道正常使用。还会造成衬砌冻胀裂损和洞内线路冻胀起伏不平等病害。③在洞内线路排水不良地段，造成土质和软岩地基的基床翻浆冒泥，整体道床下沉裂损病害，导致过床不稳固线路轨距水平变形超限，影响运输及安全，增加养护维修工作量。④洞内漏水潮湿，降低轮轨黏着力，加速钢轨扣件和管线的锈蚀，加速木枕和胶垫腐朽，缩短线路设备使用寿命。⑤一些隧道，环境水中含有侵蚀性介质，造成衬砌混凝土和砂浆腐蚀损坏，降低衬砌的支承能力，增加大维修费用。⑥少数隧道暴雨后隧道衬砌或铺底破损涌水，淹没轨道，冲空道床，危害更严重。

漏水的原因 ①除地下水丰富外，主要是隧道设计与施工不当造成的。如设计时对衬砌周围地下水的水源、水量、水质调查分析不足，对防排水考虑不周，对结构防蚀、耐冻、抗渗也未作专项设计。隧道修建后，将成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水层连通，而衬砌的防排水设备不完善时，必然发生隧道漏水病害。②隧道穿过含水的地层。如穿过砂类土和漂卵石类土含水地层；断层带节理及裂隙发育，含裂隙水的岩层；石灰岩、白云岩等可溶性岩层，有充水的溶洞或暗河等与隧道相连通时；浅埋隧道地段，地表水沿覆盖层的裂缝渗到隧道内。③隧道衬砌综合治水设施不完善或年久失效。如原建隧道衬砌防排水设备不全，隧道衬砌背后存在积水或承压水；混凝土衬砌施工质量差，孔隙裂缝多，自身防水能力差；防水层（内贴式、外贴式或中间夹层）施工质量不良，或材质耐久性差；混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等接缝处理不当，或未做好防水处理；衬砌变形、腐蚀后产生的裂缝渗漏水；既有排水设备，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道，排水孔等，年久失修阻塞。

隧道漏水的防治

防水原则 隧道防排水应采取“防、截、排、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到防水可靠、经济合理的目的。

防治要求 对地表水和地下水做妥善处理，洞内外应有完整的防排水设施，以保证设备的正常使用和行车安全。根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003一2001）及工务有关规则的要求做到：①拱部不滴水，边墙不淌水，安装设备之孔眼不渗水；②隧底不涌水，道床不积水；③在有冻害地段的隧道，拱部和边墙基本上不渗水，衬砌背后不积水；④碎石道床无翻浆冒泥，整体道床基床稳定；⑤消除侵蚀性水对衬砌的腐蚀。

防水标准 根据中国国家标准《地下工程防水技术规范》（GB108一87）中，对地下工程的防水等级制定了定量的标准，其中对电气化铁路隧道、寒冷地区铁路隧道防水要求达到二级，非电气铁路隧道要求达到三级，见表1。

表1 防水标准表 

截水 截住水源减少流向隧道的水量。主要是在洞外和衬砌外靠水源侧周围，开挖截水沟，修建截水洞，或做好地面天然沟溪防渗漏的铺砌工程。

排水 为疏导隧道周围的水和排出隧道内的水所采取的措施。“以排为主”，就是首先考虑水的出路。这也常是养护部门所考虑的措施。主要是利用沟、管、槽及钻孔等排水。为排出较大的水量可设泄水洞，或利用施工时的平行导坑排水。衬砌的排水措施，是通过衬砌背后的纵向、横向和竖向排水暗槽、盲沟，集水、钻孔，将地下水导入隧道内两侧或中心设置的排水沟把水引出洞外。“以排为主”能经济而有效地解决排水问题。对于颗粒易流失的围岩，不宜采用集中疏导排水，要采取放入筛管等措施，防止围岩细颗粒因流失而引起围岩、地表坍陷及影响基床与路基的稳定。

堵水 为封堵漏水，堵塞衬砌背后水路或衬砌渗漏部位水路所采取的治水措施。特别是拱部漏水应优先采取堵水措施，铺设外防水层，涂抹水泥砂浆、乳化沥青等防水涂料，向衬砌中灌注防水浆液封堵孔隙，向衬砌背后注浆团结围岩和加固衬砌。注浆常用水泥系，水泥-水玻璃系，化学材料系等材料。

防水 为防止隧道渗水和漏水可采取下述措施，防止大面积渗漏：①采用防水混凝土，以调整混凝土配合比和掺外加剂等方法，来提高自身密实度和抗渗性。②设置内、外贴式防水层。防水层所用材料有水泥类、合成树脂类、合成橡胶类、沥青类等。内贴式防水层常用喷射法筑成，有喷射吵浆，或混凝土防水层，喷射乳化沥青胶防水层，喷涂Ml500水泥密封剂防水层等；外贴式防水层常采用上述防水材料制成的薄板。喷射法的优点，施工机械化程度高，工效快，不受基面凹凸不平的影响，连续性好。改建或更换隧道衬砌时，亦可采用复合衬砌（即在外侧喷混凝土支护与内侧模筑混凝土，中间加塑料防水板)。

防止局部缝隙渗漏：构筑中的衬砌施工缝、伸缩缝、沉降缝，一般用①橡胶、塑料止水带；②沥青木板油膏、沥青麻筋、油毡防水层；③氯丁胶片防水层等作主要隔水层。隧道的渗漏缝隙，可用速凝止水材料，如超早强水泥（日本的止水水泥）等堵塞，然后再敷以聚氯乙烯胶泥条或掺有高分子材料的水泥（如聚氨酯水泥）等。衬砌有较集中的漏水点时，可在临近漏水点5～10cm处，钻孔注浆，布孔按梅花形，间距1～2 m，采用超细早强水泥或化学浆液注入。

隧道涌水、涌泥、涌砂 隧道日涌水量上万立方米的大型涌水（突水）灾害多发生在岩溶地质带，断层破碎带、节理裂隙密集带也时有发生。中国有30余座穿越岩溶地质带的长隧道（隧道长3km至10km），尤其是在西南、中南岩溶发达的地区，铁路长隧道的修建和运营过程中，很难避免岩溶涌水、涌泥、涌砂等严重灾害，以致造成施工坑道、机具或运营线路被掩埋，使正常施工及铁路运营为之中断。

涌水 岩溶长隧道涌（突）水特征①涌水量大，水压高。襄渝线大巴山隧道最大日涌水量，施工期间为206000m3；运营期间，旱季为15000 m3，雨季为27000 m3；盘西支线平关隧道施工期间，最大日涌水量为108600 m3；运营期间，旱季为200 m3，雨季为7500 m3。贵昆线梅花山隧道曾因雨季暗河水位暴涨而导致洞内高压射水，边墙倒塌，中断行车7天。②突发性强，涌水点集中。③涌水量变化极不稳定，受降雨影响明显。④涌水往往同时涌砂。

涌泥 较之单纯涌水危害性更大。衡广复线大瑶山隧道，施工期间涌水造成竖井被淹，运营后也曾多次发生涌水、涌泥、涌砂灾害中断行车。

涌砂 主要是指涌水携带泥沙物质量大于10%并以含砂为主的涌水灾害，贵昆线倮纳隧道，曾因连降大雨地下水压过大，隧底压裂鼓起冒砂掩埋隧道30余米，厚度达1m多，运营中断。

通过对大瑶山等岩溶水害的治理，取得了不少成功的经验，如注浆堵水；截流盲沟、截水墙、截水洞截水；潜孔排水，泄水洞及平行导坑排水；高压注浆及化学注浆等涌泥处理技术；以及加强隧道衬砌结构，使其能承受高水压的作用等，为中国铁路建设和隧道治水防灾提供了行之有效的对策。

隧道水害的防治工作，重点应放在勘测、设计、施工阶段，特别是施工中要尽力处理水患，若留给运营将很难整治。

隧道冻害防治 为防止隧道冻害而采取的防治措施。

隧道冻害 中国冻土地带分布在高纬度的东北大小兴安岭、高海拔的青藏高原及新疆天山地区。修建于冻土地区的隧道，由于气候严寒，易造成隧道冻害。隧道冻害是寒冷地区（最冷月平均气温-50C~-150C）和严寒地区（- I5℃以下）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、隧底冰锥、线路冻起等，影响安全运营和建筑物的正常使用。通常在隧道洞口附近较为严重。

防冻措施 要点是将水排除在冻结圈之外，以防发生冻害。①完善隧道防排水设施；②在严寒地区应设置深埋渗水沟、防寒泄水洞，在寒冷地区应设置浅埋保温侧沟；③加强衬砌结构，如采用防水混凝土曲墙加仰拱衬砌、防水钢筋混凝土衬砌、网喷混凝土加固，应加设抗冻胀锚杆增大衬砌抵抗侧压力的能力；④改良土壤，压浆固结岩石土（消除冻胀性），细粒土更换为粗粒土或保温隔热层（换土厚为冻深1.0 倍以上）；⑤保温防冻解冻，如在衬砌与围岩间加设保温层（加气混凝土等），洞口设防寒帘幕（可用厚帆布缝成帘幕，与信号机联锁，自动开闭，为安全计备有手动开闭，以保持长隧道中部气温有效果），排水沟采暖防冻（在洞口段上下层水沟间铺设暖气管道冬季供热），泄水洞夏季通热风解冻（机械送热风融化泄水洞内结冰）；⑥其他防冰措施（作为临时紧急处理：采用电热防冻，红外线融冰，向侧沟注投氯化钠、氯化钙等降低水的冰点防冻），牙林线岭顶隧道是中国第一座穿越多年冻土层的隧道。该隧道地处北纬510大兴安岭地区，全长937m，该地区最低气温达-50℃，年平均气温为-6.7℃（1966年），1961年建成，当年就发现隧道严重冻害。其原因主要是隧道未设防寒排水系统。后采取在隧道下方修建泄水洞的整治方案（泄水洞断面2 m×2 m，全长720m，隧底至泄水洞底为5.5m)，同时还采取了其他防冰冻措施，根治了该隧道冻害。在最北的漠河地区，嫩林线罗奇2号隧道，全长1160 m，1970年交付运营，在隧道底板下5.85m处设防寒纵向中心泄水洞，虽泄水洞常年不冻，但由于衬砌背后的竖向盲沟（不保温防冻）等与泄水洞的联系通道没做好，致使衬砌背后及隧道底板下的积水不能流入泄水洞，以致积水冬季结冰造成道床冻胀，衬砌开裂、错牙、掉块日趋严重，运营数年终因衬砌溃塌，造成大塌方中断行车16天的严重灾害。但该隧道冻害的整治工作，历经10年艰辛，终获得成功。

隧道衬砌腐蚀防治 为防止隧道衬砌受侵蚀作用而产生腐蚀病害所采取的防治措施。

病害原因 衬砌腐蚀与地下水流经地层的岩性及所含侵蚀性离子有关。隧道衬砌背后或仰拱、铺底下的环境水，容易沿衬砌混凝上的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，形成隧道渗漏水。在某些环境地质条件下，溶解于环境水中的一些侵蚀性介质，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而形成腐蚀病害。

病害种类 ①衬砌遭受物理性侵蚀：冻融交替部位的冻胀性裂损；干湿交替部位的盐类结晶性胀裂损坏。②衬砌遭受化学性腐蚀：硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、软水溶出性侵蚀、碳酸性侵蚀、一般酸性侵蚀（依硫酸根离子、镁离子、碳酸根离子，按pH 值的大小，分为弱、中、强侵蚀）。

危害 衬砌冻胀性裂损和内部化学变化结晶产生物理性的胀裂破坏，以及化学性腐蚀使衬砌疏松剥落，以致结构强度及承载能力降低。

病害防治 首先要查明环境水含侵蚀介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌侵蚀程度的基础上，因地制宜采取防治措施。①首先要改善隧道防排水系统及设备增、改建洞内排水沟、槽，钻孔降排衬砌背后地下水；②提高衬砌的防水防侵蚀能力，综合考虑衬砌加固（如拱背压浆，喷射混凝土补强堵漏，设内外贴式防水层作为防蚀层，除水泥外，尚可采用阳离子乳化沥青乳胶、EM-海泊沥青乳胶）；③提高衬砌的密实度和整体性是最主要的预防腐蚀措施，如采用防腐蚀混凝土，或以防水砂浆砌筑不受侵蚀的石料作衬砌（除严格控制水灰比用水量外，应优选石料级配掺和减水剂、引气剂，采用机械拌和和机械振捣）；④针对环境水侵蚀性介质不同，合理选用相应的抗侵蚀性较好的水泥（采用低碱高抗硫酸盐水泥、双快水泥最为合适）。中国西南、西北地区，不少隧道地下水中一些侵蚀性介质的浓度超标。焦枝线红沙溪隧道直穿富含黄铁矿地层。黄铁矿在地表降水和地下水的溶解作用和氧化作用下，形成酸性侵蚀性水。运营不久，拱部混凝土开始腐蚀剥落后发展到掉块危及运营安全，而不得不采用钢拱架支护以维持行车。之后，结合治水降低地下水酸性的方法进行综合治理。对严重腐蚀地段先凿除腐蚀了的混凝土，尔后用锚杆挂网喷射混凝土或环氧树脂砂浆及其他耐蚀防渗材料补强。兰新线坡底隧道，运营数年后因受地下水硫酸根离子侵蚀，仰拱酥裂陷塌，边墙基础混凝土成为灰色稠浆状，淤泥外冒乃至淹没道床，迫使列车慢行。整治时采用了一种抗化学腐蚀（主要是指抗硫酸盐、氯盐）粘结性能良好的复合高分子砂浆，保证仰拱防腐蚀砂浆层与隧道基础及边墙之间的有效粘结，阻止山体地下水从基岩缝隙渗出而浸泡腐蚀仰拱，整治效果良好。

隧道洞口病害防治 对隧道洞口产生的各种病害采取的预防及整治措施。

隧道洞口病害及原因 洞口病害主要发生在山区铁路隧道进出口附近仰坡、路堑边坡及自然山坡上，其常见病害有崩塌、落石、滑坡、流泥漫道、洞口路基冲毁及洞门各种病害等。

产生洞口病害最主要的原因，多为设计不当或施工质量不良：①隧道晚进早出。新建铁路为节约投资，缩短隧道长度，进出口处深堑高坡，切割山体被脚，山体失去平衡，这是造成山区铁路隧道洞口病害的根本原因。②隧道洞口工程地质及水文地质较差，山体覆盖层薄，岩质松软，挡墙基础未落到完整的基岩上；或隧道洞口排水不良，基底土壤浸水软化，造成基础承压能力不足，致使洞门及洞口段衬砌下沉开裂。③明洞结构设计不当，抗滑力不足。隧道洞口地段有滑坡、崩塌时，山体偏压大，易使洞门及洞口段衬砌开裂下沉。④在仰坡及自然山坡上，开荒种地，水土流失严重，堵塞洞口排水设备，经常造成山坡坍塌、流石流泥等洞口病害。⑤隧道与小桥涵常紧密相连，桥涵设计孔径不足，洪水倒灌隧道，造成隧道内线路翻浆冒泥严重。⑥对隧道洞口地段病害性质认识不足，整治不彻底，造成一座隧道向外接长多次。

洞口病害的防治措施 ①在山区铁路修建隧道，设计应坚持“早进晚出”的方针，不给运营维修部门留下隐患。②在山区铁路峡谷地段，经常发生崩塌、落石、滑坡等不良地质现象时，线路不宜修建短隧道群通过，应该将线路内移，选用长隧道方案。③线路跨越自然沟谷时，切莫并沟减涵，宜桥不宜涵。在桥隧相连，两座隧道相距较近时，不宜留槽口，应采用明洞上设渡槽连接，让落石或山沟泥石流从洞顶通过。④严禁在禁耕区和铁路地界内开荒种地，破坏植被。⑤山区铁路的工务段桥路维修定员及维修费用应相应增加。

于1952～1956年修建的中国山区铁路——宝成铁路，洞口病害远较其他山区铁路如成昆线（1965～1970年修建）、襄前线（1970～1973年修建）要多，尤以略阳工务段管辖内最为严重。宝成线运营后，洞口病害不断发生，其中略阳工务段管内逐年增建和接长的明洞至1981年止共计67座，总长6553 m。由于崩塌、落石、滑坡三种原因而增设和接长的明洞约占90%（其中主要是落石病害占70%），1981年前该段线路长度167km，隧道、明洞140座，计35100m，1981年后不少洞口病害仍继续发生发展。更有甚者，由于崩塌、滑坡产生洞口病害严重无法就地整治而被迫改钱绕避。如该段管内桑树梁隧道（进）洞口，1992年雨季，发生崩塌性滑坡，先后中断行车3 次计726小时。经全力就地抢修，整治无效，最后被迫改线，改线长5km，4次跨嘉陵江，修建了4 座桥梁，4 座隧道，改线施工历时一年，经验教训深刻。

隧道洞门病害是隧道洞口病害的一种，隧道洞门是支挡进出口正面仰坡及路堑边坡，连接洞内衬砌，拦截和排导仰坡水流和小量土石，防护洞门线路和保证行车安全的建筑物。其病害原因及防治措施见表2。

             表2  隧道洞门病害及防治措施

隧道整体道床病害防治 隧道整体道床是在坚实的地基上或仰拱上构筑的混凝土或钢筋混凝土整体轨下基础。这类轨下基础是一种少维修的新型轨道基础。

整体道床的优越性 在长大隧道内修整体道床线路，优越性明显：①结构简单，便于就地取材现场建造。②地基稳固的整体道床，线路稳定平顺，能最大限度减少维修工作量。③改变了传统的维修作业内容，只需进行扣件保养和清扫，免除道碴线路大维修作业中清筛、捣固等繁重劳动。特别在通风照明不良，行驶内燃、蒸汽机车，有害气体和粉尘浓度较大的长大隧道中，对改善养路工人的工作环境更有意义。

病害类型及原因 ①下沉裂损型。整体道床与人行道分离纵裂，中心水沟纵裂，错台；道床横裂；道床下沉。列车通过时，道床裂缝处冒水、冒泥、冒砂。轨距、轨平不能保持，线路

纵坡坑凹不平。产生原因：地下水位高，整体道床基面软弱松散层被水浸泡；列车动载重复作用，使道床基面浮碴层细粒被挤出，形成淘空、翻浆冒泥、下沉、裂损等病害。②上隆裂损型。整体道床上隆、横裂、纵裂；轨距、轨平发生变化，线路纵坡隆起不顺。产生原因：地基局部含膨胀性岩层，如：硬石膏、蒙脱土（参见黏土矿物）、黏土质页岩等，吸水膨胀，未设抗上胀仰拱，整体道床上隆裂损。③其他。支承块松动及挡肩破损；螺旋道钉锈蚀拧断；垫板及弹条断裂。产生原因：支承块下部道床混凝土振捣不密实；施工中操作不当；材质不良；支承块或铁垫板表面不平，受力不均；扭矩过大。

病害的预防与整治措施

预防措施 ①新建或改建的施工中，清基不彻底，又有地下水浸蚀的病害，可增建或改建加深排水沟，防止地表水漫流下渗，使整体道床基底和顶面干燥，以防止基底面软化和淘空。②对I，Ⅱ，Ⅲ级围岩地基，必须采用曲墙仰拱衬砌；对膨胀性、冻胀性围岩，断层破碎带地段松软地基，必要时采用钢筋混凝土仰拱加强；对IV级围岩或软岩地基，不设仰拱，须彻底清基并采用双侧深沟和布设钢筋网的板式整体道床。

整治措施 ①增设能疏干基底的降排水设备。常用密井暗管式侧沟，侧向支撑强，一般不需加深隧道边墙基础，排水效果好，挖沟断面小，施工方便，便于维修清理；适用于各种岩质条件和直墙、曲墙衬砌地段，可深埋在仰拱下。平面布置分为双侧沟、单侧沟和中心暗沟（中心暗沟，施工中对边墙稳定影响较小，严寒地区可作为深埋防冻水沟；亦可作为曲墙衬砌地段的排水通道）。②翻修破损的整体道床的施工方法（遇膨胀性围岩加仰拱）有横向轨束梁法；轨下支墩法；纵向横向轨束梁法；基底换填加固法；基底压浆加固法等。

多年的运营经验证明，隧道整体道床工程质量的好坏，关键是基底的处理和整体道床的排水及防水设备的完善，这也是预防和整治既有隧道整体道床产生下沉裂损病害的基础；排水结构型式，以密井暗管式深侧沟降排地下水效果最好，并对隧道浅基边墙稳定有利，且便于施工和维修，技术经济效果较好；对破损的整体道床，采用横向轨束梁法或轨下支墩法，翻修改建为钢筋混凝土板式整体道床，较为安全可靠。

中国铁路从成昆线开始在隧道内大量应用整体道床，至1999年底，已在100多座隧道内修建了整体道床，总长300km以上。总的运营状态是好的，实现了线路少维修的效果，深受现场欢迎。少数整体道床由于设计和施工质量的原因，出现了病害，绝大多数经过整治可继续使用，个别的整体道床病害严重，整治无效，管理部门不得不改铺碎石道床（如襄渝线大巴山隧道）、预应力混凝土宽枕（如青藏线关角隧道）。

现已交付运营的西康线秦岭特长隧道（长18.45km）内，设计采用了完善的防排水系统，无缝线路及改进型弹性整体道床结构及施工新技术。对改进型弹性整体道床的结构形式，道床弹性材料，施工方案及弹性可调式扣件，科研部门进行了认真研究，并进行了室内及现场试铺试验。从施工工艺、施工方法来确保整体道床施工质量的可靠性。用橡胶靴套（或PC嵌缝胶）将支承块与周围的混凝土道床隔离，便于支承块破损后更换，支承块底下另设弹性垫层以减少动载冲击力，同时采用少维修、大调量（可调垂直及水平方向）弹性好的新型可调式弹性扣件，以大幅度地减少维修工作量和提高线路质量。