高速公路隧道地震破壞的形式及預防措施

倪開偉

(貴州省公路工程集團有限公司)

在高速公路建設過程中，通常會經過一些高烈度地震區域，尤其是在汶川大地震發生之后，在高烈度地震區進行隧道工程施工時，需要全面考慮隧道的抗震問題。晴隆至興義高速公路是《貴州省高速公路網規劃》(678網)中“六縱”畢節至興義高速公路的組成路段，同時也是聯接滬昆、汕昆國家高速公路的重要聯線，也是擬申請新增國高畢節至河口中的一段。起點位于黔西南州普安縣與晴隆縣交界的滬昆高速(G60)新寨河特大橋的西岸，途經地久、王家寨、馬路河、長耳營、雨樟、格沙屯、萬屯止于興義市紅巖洞，接汕昆高速公路頂效樞紐互通，路線全長70.91 km。晴隆至興義高速公路路線途徑多處高烈度地震區域，所以在很多隧道工程中，都要重點考慮隧道的抗震問題，結合經驗對地震破壞形式進行分析，并采取針對性的措施來進行預防。

1 隧道破壞的主要形式

(1)地面斷裂錯動：處在地震斷裂帶上的建筑物、公路、橋梁及隧道等，往往會因為地面發生斷裂錯動，而發生破壞或者倒塌等破壞現象，隧道會發生襯砌的剪刀移位等破壞。

(2)崩塌、滑坡、泥石流破壞：地震很容易造成高速公路沿線的山體發生崩塌、滑坡或者泥石流等地質災害，這些地質災害對地表的建筑和路線會形成嚴重的破壞，如邊坡破壞造成隧道結構的傍山偏壓隧道，大面積的掩埋等形式破壞，這種形式的破壞對隧道損害嚴重，而且搶險也非常艱難。晴隆至興義高速公路沿線的山區非常多，所以隧道工程中應該考慮到這種問題。

(3)地基不均勻沉降;地震時，地基的失穩會導致地表發生不均勻的沉降現象，這種破壞形式通常表現在砂土液化、地面沉降、地基的承載力喪失，進而導致隧道襯砌破壞，隧道的襯砌屬于剛性支護，所以其抗彎剪的能力較差，在地震的作用之下，往往會發生地基開裂甚至塌方破壞等問題。隧道的開裂破壞通常表現為襯砌的橫向開裂和綜合縱向開裂。

(4)隧道口塌方。隧道洞口塌方在地震作用下較為常見，當隧道的洞身主體結構抗震能力較強時，地震作用下可能會出現開裂或者變形的情況，隧道本身的塌方現象可能很少，但是由于隧道口能夠受到圍巖的約束作用較小，通常為淺埋形式或者存在圍巖風化破碎等問題，所以在地震作用下，很容易造成隧道口襯砌的開裂或者塌方破壞形式，進而堵塞住隧道口，造成交通影響。

2 隧道地震的影響因素

2.1 地震震級和烈度的影響因素

地震所釋放能量的大小直接體現在地震的級數上，但是地震對地面建筑物的破壞程度，還與離震中的距離和震源的深度有關。地震的列席主要是指在某一區域的地面建筑物，在地震的作用下所受破壞的程度，這是確定震級和震中距的主要參數。通常情況下地表所受到的地震破壞的影響程度，是用地震的烈度來衡量的。也就是說是震的級數越大，距震中的距離越小、震源的深度深度越淺，地震的烈度就越大，對地面建筑的破壞程度也就越大。

2.2 隧道結構埋深的影響因素

在Sunil Sharma的研究中，隧道及地下結構物的埋深受地震影響表明，當隧道的埋深大于50 m時，破壞的程度較小，在300 m以下時則沒有嚴重的破壞。因此，研究表明，由于地下結構的震動變形往往受到圍巖土體的約束力作用，來抑制地震的破壞影響，當結構的埋深越深時，隧道所受到的地震破壞就會越小。

2.3 地質條件的影響因素

受隧道所處地段的地質條件影響，地震的破壞程度也會有所不同。由于地震波的傳播受地層巖性的影響較大，所以對地下及地表建筑結構的破壞能力也有所不同。通過研究一系列的研究證明，比如處在松散地層這種阻尼比較大地質條件的隧道中，在地震剪力的作用下所受到的破壞程度較高，也就是在圍巖中的隧道較容易受到地震的破壞。

2.4 結構模式的影響因素

據統計，在各種隧道結構中，襯砌較厚且質量較好的隧道工程，受到的地震破壞，較襯砌較薄的隧道工程受到的地震破壞程度小得多。另外，隧道結構的斷面形式和強度也是影響地震破壞的重要因素，在地下結構與豎井、樓房等結合處，地下結構斷面發生變化的部位、地下結構與地面結構的交界處、隧道的轉變處、兩洞的相交處以及緊急避車帶等部位都是地震破壞的主要部位。

3 地震破壞的預防措施

3.1 設計階段的預防措施

(1)隧道的選線：隧道的線路應該盡量以垂直的構造方向來展開，盡量以最短的距離穿越地震活動帶，這是隧道工程選線的基本前提;當線路布設在V字形的山谷地段時，如果山坡上的積土過厚、巖層較為破碎或者存在危巖和落石隱患，在地震時就較容易發生崩塌、滑坡、落石或者泥石流等災害，所以不適合修筑路基及深長路塹，應該以隧道形式通過。如必須以路基形式通過，就應該采取相應的預防措施，來預防各種次生災害對公路的破壞;隧道洞口位置的選擇也非常重要，應該盡量避免在穩定性較差的大型滑坡、巖堆以及錯落體位置修筑隧道口，也要避免在高陡峭的懸崖下面修筑隧道;隧道的高程可選擇河谷的高位，同時要盡量避開一些可能在地震后形成堰塞湖的地段。

(2)隧道抗震設防的選擇：隧道工程的抗震標準選擇，應該充分考慮以隧道所處的地震帶范圍巖體級別，同時也應該考慮工程造價問題。隧道工程的設防標準選擇時，可根據以往的地震烈度和科學勘察來確定，抗震設防標準應該嚴格的確定，它是保證隧道工程穩定性的基礎。對于抗震設防地段的建筑材料應該比普通地段的設防等級至少高出一個等級

(3)其它設計重點：隧道設計的原則可依據抗震的設防要求和地震參數來確定地震作用的效應，進而綜合考慮結構物的平面布置、結構的形式、風度的分布以及構件的延性等，盡量注意對抗震薄弱環節的設計。要重視和加強圍巖與初期支護的整體設計，盡量使隧道結構形成一個穩定的承載體;隧道的長度選擇，應該前遵循寧長勿短的原則，且應該盡量避開高危地質區域和陡峭的斜坡;隧道在發生地震后容易出現坍方、變形、錯斷、襯砌掉塊等破壞現象，這些破壞大多發生在隧道的洞口部分、淺埋段、軟質巖和斷層帶當中，所以進支護的設計時，應該加強這類部分的設計強度和剛度，同時，也應該盡量將襯砌的厚度和強度進行提升;在高烈度地震區域，隧道圍巖的級別不管多大，都應該設計仰拱;對隧道洞口進行防護設計時，應該在地形比較陡峻和有落石崩塌的地段，明洞設計盡量長些。洞門墻應該盡量設計成加厚的端墻式，不可采用削竹式等無端墻洞口形式;應該加強端墻的穩定性，減少縱向傾覆的機率，可以適當設計一些抗傾覆擋墻和扶壁等結構物;洞口的襯砌和門墻之間應該加設環向的抗剪鋼筋;盡量控制好邊坡和仰坡的坡度，可以采用抗震性能較好的框架錨縈來加強邊坡的抗震性能。

3.2 抗震技術方面的預防措施

(1)鋼纖維混凝土噴射支護技術：鋼纖維噴射混凝土能夠有效提高劈拉強度，它比普通的混凝土強度提高了40%～60%，其抗剪的強度也能夠提高60% ～80%，這種新技術完全能夠滿足IX度的抗震設防需要;鋼纖維噴射混凝土技術，還可以有效減少初期支護掛網的施工工序，進而可以減少掘進的施工循環時間，提高施工速度;此種技術的抗裂性能遠遠超過普通混凝土，它能夠有效提高隧道的抗震效果，尤其適合應用于大跨度和大斷面的隧道工程中。

(2)隧道的防排水措施：隧道的防排水措施如果應用合理，能夠有效改善地震的破壞影響，防排水措施可采用注漿堵水和安裝排水盲溝的技術，另外還應該在二次襯砌和初期支護之間加設防水層，并在襯砌材料中使用防水性能較好的高等級混凝土。在隧道的特大涌水處襯砌防水層加入PVC防水板，以達到良好的防水效果。

(3)采用綜合的開挖方法：隧道施工過程中，可根據不同的巖層特點選擇不同的開挖方案。如果洞口的地層比較軟弱，可采用多臺階的兩側導坑開控法，在洞身段也可根據實際情況選擇合理的開挖方式。同時在開挖的過程中，應該隨時對圍巖的情況進行檢測，保證開挖的安全和符合抗震的要求。

4 結論

晴隆至興義高速公路的隧道工程較多，而且多處在地震帶附近，所以對隧道的抗震要求也較高。在隧道工程的施工勘察設計階段，該綜合考慮各方面的地震影響因素，作到合理的預防、科學設計;在施工階段，可應用較為先進的抗震施工技術，以提高隧道的抗震效果，盡量保證隧道工程的抗震性能。

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［1］皇民，劉馬群，王安華，等.隧道地震破壞的主要形式及影響因素分析［J］.交通科技與經濟，2010，(1)：60-62.

［2］楊帆.高列席地震區大斷面隧道施工技術［J］.隧道·地下工程，93-96.

［3］李林，鄧勇.高地震區廣甘高速公路隧道抗震設計的探討［J］.路基工程，2009，(3)：69-70.