109号隧道地震灾害与加固处理的思考

５・１２汶川大地震，导致宝成铁路１０９号隧道山体坍　塌，列车与塌体相撞，油罐车在洞内着火，坍塌体堵塞嘉　陵江。铁道部组织灾后抢险，在５月２４日恢复货车慢速　通行后，抢险指挥部组织设计、施工等单位对隧道结构、　临近山体、线路、河道进行了抢险加固。石家庄铁道学院　以朱永全教授为首的技术人员受命负责对加固后的１０９　隧道进行结构受力与变形变化的系统监测，对隧道稳定　性进行科学评价，以确保运营安全。６月１５日，该隧道通　过了客运列车开通安全评估。　１０９号隧道地震受灾严重，抢修迅速，经验与教训均　紧张忙碌的工作　值得思考和借鉴。　１０９号隧道地震灾害与加固处理的思考　朱永全　（石家庄铁道学院土木工程分院，河北石家庄０５００４３）　摘　要：针对宝成铁路１０９隧道地震灾害情况，分析了导致原因，区分１０９隧道不同区段受损程度的差异，介　绍了采取的凿除后断面修复、开裂压注、内衬等加固措施。专家评估认为：抢险加固后的隧道，在过渡使用期　内，围岩稳定、结构安全、洞口山体稳定。１０９号隧道灾后的抢险与抢修，为快速开通货物列车和恢复客运列　车创造了条件。　关键词：隧道；地震；火灾．力日固；监测　中图分类号：Ｕ４５８文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３９５３（２００８）０４—０００１—０４　１　隧道灾害情况与原因分析　１．１　隧道概况　４Ｏ～５０　１ＴＩ，岩体为下石炭统，厚层灰岩，岩质坚硬，　岩石风化破碎，坡面及坡顶危石较多，常有落石情况　危及行车安全。从施工之初，部分隧道即开始接长　明洞，陆续整治病害。１９７１年将两座隧道间２６　ｍ　山沟增设棚洞，将两座隧道连接在一起；窄夹子１号　隧道北口，１９６８年３月２８　１３发生塌方１００余１ＴＩ。，将　一１０９号隧道位于陕西、甘肃和四川省交界处的　甘肃省徽县嘉陵镇境内，全长７２６　ｍ。该隧道建于　２０世纪５０年代，原为窄夹子１号（１９２．２３　ｍ）及窄　夹子２号（３３３．０２　ｍ）两座隧道。受当时技术、经济　条件限制，采用傍山沿河选线、小曲线半径，隧道外　侧山坡高陡、山体薄，“晚进早出”的｝同口高仰坡，在　各类自然灾害中山体易坍塌。隧道山侧边坡高达　台机车和两节车皮推下嘉陵江，调查发现岩壁上　危石垒垒，大部分危石脱离母体，呈贴附状或悬挂　状，１９７２年接墙式棚洞６７．１　１３３－；窄夹子２号隧道出　口因落石，１９７１年接长明洞１８．０６　１３３－，半山腰修建　钢轨栏栅３０　１３３－，线路右侧修筑拦石墙４３　１３３－；水害修　收稿日期：２００８—０６—２３　复设计，出口接长棚洞８９．５７　１３３－：共计接明洞工程４　作者简介：朱永全（１９６Ｏ～），男，教授，博士，博士研究生导师。　长期从事隧道及地下工程、岩土工程方面的研究，主讲的《隧道工程》　被评为”国家级精品课程”；主持和参加多项科研项目，获国家级科技　进步二等奖１项，省部级科技进步奖多项；铁道部有突出贡献的中青　年专家，为新世纪百千万人才工程国家级人选７９３５５２６＠１６３．ｃｏｒｎ　次，长２００．８２　１３３－，现隧道全长７２６．０７　１３３－。　１．２　隧道地震灾害情况　５．１２汶川大地震，导致宝成铁路１０９号隧道出　口上方山体坍塌２万多ｒｎ３，摧毁出口棚洞４０　１３３－，巨石　国防交通工程与技术　＿　２００８第４期　维普资讯 http://www.cqvip.com

・专家视点・　１０９号隧道地震灾害与加固处理的思考　朱永全　堵塞隧道出口，编组４Ｏ辆的２１０４３次列车与塌体相　撞，油罐车在洞内着火。同时，隧道中部山体坍塌１２　万余ｒｎ３，砸跨中部棚洞，列车着火和山体坍塌导致隧　道结构严重破损。坍塌堵塞嘉陵江，形成堰塞湖。　隧道结构严重破损，其中隧道严重破损区段有：　Ｋ１５０＋６３１～＋６６１长３１　ｍ区段，Ｋ１５０＋６８９～＋　般来说，要采用金属网和锚栓等使之与衬砌一体化。　（４）开裂压注，一般来说，开裂压注是向开裂处　压注注浆材料，使因开裂而降低的刚性得到某种程　度恢复，衬砌背后的围岩注浆加固和回填注浆也可　取得较好效果。　（５）内衬，大范围劣化达１０　ｒｒｆ以上时，视劣化状　７０６长１７　ｍ区段，Ｋ１５０＋９８６～Ｋ１５１＋００４长１８　ｍ　态、隧道限界富裕量等，选择喷射法或现灌混凝土法　区段，Ｋ１５１＋０６８～＋０８９长２１　ｍ区段，Ｋ１５０＋７３１　衬砌，可增加补强钢拱架、钢筋网等。　～＋７４０长９　ｍ中间棚洞区段，Ｋ１５１＋１０８～＋长　（６）局部改建，清除劣化部分，用混凝土等置换　９０　ｍ出口棚洞区段。　来维持衬砌承载力、耐久性。　１．３　１０９号隧道严重地震灾害的原因分析　（７）采用隧道停用后改建或绕行别线改建。　区域地震烈度的大小与地震能量等级、与震中　２．２　地震灾害隧道抢修加固的一般方法　的距离相关，也与区域地质构造有关；还与地震纵　（１）应急调查：地震后发现异常的隧道，为了掌　波、横波叠加效果有关，该叠加影响因素作用复杂。　握其损伤的内容、程度、发展等，要进行应急调查。　相同地震烈度下建筑物破坏程度，主要受结构抗震　主要对隧道衬砌、施工缝、边沟、洞门进行观察，发现　能力影响。在所有工程结构中，隧道结构抗震能力　洞口边仰坡及围岩的异常和确认稳定性。　是最强的，历次地震中隧道结构受损程度是最低的。　（２）应急恢复方法：基于应急恢复的判定结果，　但深沟峡谷地形条件下的傍山沿河、“晚进早出”的　视受害程度进行应急恢复施工。清除坡面崩坍和衬　１０９号隧道，外侧山体薄、洞口和山侧山坡高陡，导　砌崩落的土砂、衬砌掉块，以尽早恢复交通功能。排　致坡面及坡顶危石在地震中坍塌，坍塌冲击砸坏隧　土时，要充分注意不要诱发新的崩坍和崩坍的进一　道，列车与堵塞隧道的巨石相撞着火损坏隧道，这种　步发展。开裂和挤出等受害严重的，如不处理会产　教训值得思考。　生剥离和崩落的危险时，应用钢支撑设置临时支撑。　２　地震灾害抢修加固方法　（３）永久恢复方法：视结构损坏情况采用凿除后　断面修复、开裂压注、内衬、局部改建和整体改建。　２．１病害隧道加固处理的一般方法　２．３　１０９号隧道灾后抢险　既有隧道病害表现形式主要有漏水、结构开裂、　铁路是救灾、重建的交通动脉，宝成铁路是一级　结构表面剥离、施工缝张开、石灰析出等，导致原因　铁路干线，必须尽可能快的抢险、恢复通车。受时间　主要是漏水、冻害、材料老化、地震等灾害，此外设　限制，抢险所采用的方法技术都是快速、简单的形　计、施工条件与质量也会产生一定的影响。产生病　式。其中，着火列车就是让其自燃，比密封熄火更　害的原因是多方面的，大体上分为外因（外力和环境　快；隧道通风降温后，结合地形条件，爆破撤除出口　等外部因素）和内因（材料和设计、施工等构造上的　完全损坏和部分未完全损坏的棚洞，拉走完好和中　因素）两大类。一般隧道结构病害的处理工序有：　～轻度损坏列车车厢，将烧坏的车厢推人江中；清除　（１）表面清扫，作为其他对策的前处理也是必须　线路上的堆石和洞内塌体，更换断损钢轨与枕木，慢　进行的作业，特别是在内表面补强、部分改建中，为　行开通货物列车。　了既有衬砌和补修材料确实地附着，要特别仔细地　２．４　１０９号隧道地震灾害抢修加固方法［１］　进行表面清扫。　（１）轻度损伤：混凝土表面基本完好，构件无空　（２）凿除，适用于衬砌块有掉落的可能和衬砌表　鼓、无明显裂缝，不进行结构加固处理。　面劣化的情况，表层凿除后再补强才能使既有衬砌　（２）中度损伤：抹灰层基本剥落和大面积内鼓，　和补修材料确实地附着。　表面有裂缝或局部损伤。采用Ｒ３２Ｎ自进式锚杆加　（３）断面修复，作为剥落、凿除后的处理，可用含　固，并挂　８　ｍｍ钢筋网喷Ｃ２０混凝土嵌补，厚度５　有高分子材料（环氧树脂等）的砂浆充填、涂抹进行　～１０　ｃｍ。　断面修复，在凿除处及衬砌断面缺损部分进行。一　（３）较严重损伤：裂缝较多、掉块现象严重、局部　国防交通工程与技术　＿　２００８第４期　维普资讯 http://www.cqvip.com ・专家视点・　１０９号隧道地震灾害与加固处理的思考　朱永全　坍塌、混凝土表层出现酥碎、强度明显降低。采用内　贴间距１．２　ｍ拱墙Ｐ４３钢架、间距１５　ｃｍ×１５　ｃｍ　８　ｍｍ网喷Ｃ２０混凝土厚１０ｃ　ｍ，间距１．５　ｍ×１．５　ｍＯ２２　ｍｍ长４０　ｃｍ锚钉加固。　Ｋ１５０＋７３９断面钢梁门架顶梁中心下翼缘拉应力持　续增长到０．８９　ＭＰａ趋于稳定外，其他测点数值显　示为量测元件误差的数值波动。Ｋ１５０＋７３２、＋　７３３、＋７３４、＋７３８、＋７３９、＋７４０断面基本无拱顶下　沉和收敛变形，分析该钢架基本未承受压力荷载，综　合判断区段洞室稳定。　３．４　Ｋ１５０＋９８６～Ｋ１５１＋００４严重破损区段　（４）严重损伤：裂缝宽大、掉块严重、整体或局部　坍塌。暗洞采用间距１．０　ｍ拱墙Ｐ４３钢架、间距１５　ｃｍ×１５　ｃｍＯ８　ｍｍ网喷Ｃ２０混凝土厚１０　ｃｍ，间距　１．５　ｍ×１．５　ｍＯ２２　ｍｍ长４０　ｃｍ锚钉加固。棚洞采　用内贴工４０梁、工３０柱钢梁门形结构加固。　Ｋ１５０＋９８６～Ｋ１５１＋００４长１８　ｉｎ严重破损区　段，设计加固参数同上，实际抢修表面清扫和凿除不　彻底，加固喷混凝土厚度不足。　该区段的Ｋ１５１＋００２断面钢架应力监测结果　显示钢架应力均小于２．４　ＭＰａ，Ｋ１５１＋００１、＋００２、　＋００３断面变形监测结果显示基本无收敛变形，分　析该钢架基本未承受压力荷载。综合判断区段洞室　稳定。　３．５　Ｋ１５１＋０６８～＋０８９严重破损区段　Ｋ１５１＋０６８～＋０８９长２１　ｉｎ严重破损区段，设　３　１０９隧道地震灾害抢修加固效果　宝成铁路抢险指挥部组织多部门、多单位对隧　道结构、临近山体、线路进行了抢险加固，对嘉陵江　河道进行疏通，开展了加固结构的受力与变形系统　监测，进行了隧道稳定性评价。　３．１　Ｋ１５０＋６３１～＋６６１严重破损区段　Ｋ１５０＋６３１～＋６６１长３１　ｍ破损严重区段，设　计间距１．２　ｍ拱墙Ｐ４３钢架、间距１５　ｃｍ×１５　ｃｍＯ　８　ｍｍ网喷Ｃ２０混凝土厚１０　ｃｍ，间距１．５　ｍ×１．５　计加固参数同上，实际抢修表面清扫和凿除不彻底，　加固喷混凝土厚度不足。　该区段的Ｋ１５１＋０８５断面钢架应力监测结果　显示钢架应力均小于２．５　ＭＰａ；该区段的Ｋ１５１＋　ｍＯ２２　ｍｍ长４０ｃｍ锚钉加固。实际抢修表面清扫　和凿除不彻底，加固喷混凝土厚度不足。　该区段Ｋ１５０＋６４１断面钢架应力监测结果显　示钢架应力均小于１．０　ＭＰａ，Ｋ１５０＋６４０、＋６４１、＋　６４２断面监测结果显示基本无收敛变形，分析该钢　架基本未承受压力荷载，综合判断区段洞室稳定。　３．２　Ｋ１５０＋６８９～＋７０６严重破损区段　０７９断面喷混凝土应力监测结果显示混凝土应力持　续缓慢增长，最大混凝土压应力为２．３７　ＭＰａ，最大　混凝土拉应力为１．３０　ＭＰａ，Ｋ１５１＋００１、＋００２、＋　００３断面拱顶下沉和收敛变形监测显示基本无收敛　变形。分析该断面混凝土已承受压力荷载。综合判　断区段洞室稳定。　Ｋ１５０＋６８９～＋７０６长１７　ｍ严重破损区段，设　计加固参数同上，实际抢修表面清扫和凿除不彻底，　加固喷混凝土厚度不足。　该区段的Ｋ１５０＋７００断面钢架应力监测结果　显示钢架应力均小于１．０　ＭＰａ，Ｋ１５０＋６６９、＋６７０、　４　结论与思考　（１）受当时技术、经济条件限制，深沟峡谷地形　条件下的傍山沿河、“晚进早出”的１０９号隧道，外侧　＋６７１断面收敛变形监测结果显示基本无收敛变　形，分析该钢架基本未承受压力荷载。综合判断区　段｝同室稳定。　３．３　Ｋ１５０＋７３１～＋７４０严重破损区段　山体薄、洞口和山侧山坡高陡，坡面及坡顶危石在地　震中坍塌是造成该隧道地震灾害的主要原因。　（２）在灾后改建新线２　ｋｍ、新建１０９号隧道的大　方案下，灾后８个月过渡期内既有１０９号隧道需抢修　加固，保障运输。为实现快速抢险、抢修，采用快速的　内贴喷混凝土、钢架结构，导致隧道局部段侵限，调整　后的轨道线形不好，列车速度需作一定限制。　Ｋ１５０＋７３１～＋７４０长９　ｉｎ棚洞严重破损区　段，３－－６号Ｔ型横梁被砸坏，已完全掉落，７、８号横　梁靠河侧与托梁脱离，设计对Ｋ１５０＋７３１～＋７４０　范围采用２２榀工４０梁、工３０柱钢梁门形结构加　固，加固后区段隧道净空已侵限。　该区段的Ｋ１５０＋７３３和Ｋ１５０＋７３９断面钢架　应力监测结果显示钢架应力均小于１．０　ＭＰａ，除　（３）经加固后的严重破损区段钢架基本未承受　压力荷载或压力很小，基本无拱顶下沉和收敛变形，　洞室稳定。经加固的较严重破损区段喷混凝土已承　受压力荷载，应力数值较小，基本无拱顶下沉和收敛　国防交通工程与技术　＿２００８第４期　维普资讯 http://www.cqvip.com

・专家视点・　１０９号隧道地震灾害与加固处理的思考　朱永全　变形，洞室稳定。未加固的中～轻度破损区段，既有　裂纹无发展趋势，洞室稳定。　确。快速开通货物列车和恢复客运列车，对地震灾　区的救灾运输作出了积极贡献。　参考文献　［１］中铁第一勘察设计院集团有限公司．１０９号隧道抢险方　案［Ｒ］．西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，２００８　经铁道部运输局组织有关专家评估，认为：抢险　加固后的隧道，在过渡使用期内，围岩稳定、结构安　全、洞口山体稳定。宝成铁路１０９号隧道灾后抢险、　抢修，多部门分工明确、组织有序、加固处理方法正　Ｏｕｒ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｎｏ．１０９　Ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　Ｏｕｒ　Ｃ０ｎｓ０ｌｉｄａｔｉｎｇ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｚｈｕ　Ｙｏｎｇｑｕａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００４３，Ｃｈｉｎａ）　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｉ￣ｉａｚｈｕａｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｄａｍａｇｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　Ｎｏ．１０９　Ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂａｏ－Ｃｈｅｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　ａｓ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ。　ａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆ－　ｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ，ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔａｋｅｎ　ｒｅｓｐｅｃｔｉＶｅｌｙ　ｔｏｒ　ｄｉｔ－　ｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｐａｉｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｆｔｅｒ　ｉｔ　ｉｓ　ｉｎｉｔｉａｌｌｙ　ｃｈｉｓｅｌｅｄ，ｓｌｉｐ—ｃａｓｔｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｅｄ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ．　Ａｆｔｅｒ　ｂｅｉｎｇ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｔｓ，ｔｈｅ　ＳＯ　ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｏ１ｉｄａｔｅｄ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ，ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ　ｕｓｅ，ｓｔａｂｌｅ　ｉｎ　ｌｔＳ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｓａｆｅ　ｉｎ　ｉｔｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｕｎｔａｉｎ　ｂｏｄｉｅｓ　ａｔ　ｂｏｔｈ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｉｎｌｅｔ　ａｎｄ　ｏｕｔｌｅｔ　ｏｐｅｎｉｎｇｓ　ａｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｓｔａ—　ｂ１ｅ．　Ｔｈｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１　ｒｕｓｈ～ｒｅｐａｉｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ—ｓｔｒｉｋｅｎ　Ｎｏ．　１０９　Ｔｕｎｎｅｌ　ｌａｙｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｑｕｉｃｋ－ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｏｆ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ｔｒａｉｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ　ｔｒａｉｎｓ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｆｉｒｅ；ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅ；ｍｏｎｉｔｏｒ　国防交通工程与技术＿＿＿２００８第４期