汶川地震后受损公路隧道在恢复重建中应用一系列先进的交通科技，实现了受损公路隧道在恢复重建中提高抗震性能、确保生命线工程畅通的目的。主要应用了物探EH4测试技术、孔内高清成像与孔内弹模测试技术、隧道衬砌震害详细分级及处理技术、仰拱震害分级及处理技术、隧道特大型坍方处理技术以及新型防崩塌落石棚洞结构形式。

1.测量技术

“5·12”汶川地震以后，对于隧道采用了EH4物探测试技术和孔内高清成像与孔内弹模测试技术，对隧道工程地质勘察方式进行了新的尝试和运用。

（1）EH4物探测试技术介绍。EH4电磁成像系统，工作频率范围在10Hz～100kHz，有效勘探深度从地下几米到3km，具有使用方便、速度快、勘探深度大、精度高、不易受客观条件影响等优点。通过现场全线测试和室内整理，采用傅里叶变换，获得电场和磁场的虚分量和实分量以及相位差等数据，并现场进行一维BOSTICK反演和地形校正，对每一个测点进行编辑，舍掉畸变的频点，保留高质量的频点数据。在一维反演的基础上，再进行二维带地形反演成像。然后，使用Surfer软件绘制电阻率等值线图，在此基础上就可以进行隧道区岩性划分、岩体中透镜体夹层划分、岩溶和富水性推测、向斜和背斜构造推断、断层破碎带和富水性划分、基岩完整性判断等多种分析。

通过EH4物探测试，为地质勘察和隧道工程设计提供了大量的实用参数。最显著的是，对隧道全线富水段、富水构造段、断层破碎带等进行了明显的解释和分析，可对地面调查结论进行修正，对断层破碎带位置和隧道围岩级别进行较准确的划分。

（2）应用实例。蓝家岩隧道全长8125m，为特长隧道，埋深大，其穿越地层多，构造复杂，有多条断裂从隧道区穿过，而且蓝家岩隧道区地层陡倾，钻探工作揭露地层较少。

运用EH4物探测试技术对蓝家岩隧道进行了全线工程测试，与钻探和地面调查等工作互为补充，为提供隧道设计和施工准确的工程参数服务。结果如图5-41所示。

图5-41　蓝家岩隧道EH4物探测试技术测试结果

（3）工程亮点。首次将EH4物探测试技术运用到隧道工程的地质勘察工作中。

（4）经验总结。EH4物探测试技术具有使用方便、速度快、勘探深度大、精度高、不易受客观条件影响等优点。可以对隧道全线富水段、富水构造段、断层破碎带等进行明显的解释和分析，对地面调查结论进行修正，对断层破碎带位置和隧道围岩级别进行较准确的划分。

EH4物探测试技术配合钻探和地面调查等工作提高了隧址区地质资料勘察的详尽程度，提供了更精确的资料数据，可以更加深入地了解隧址区在开挖过程中可能面临的不良地质，进而采取有效的防治措施，提高了施工安全和工程质量。

2.孔内高清成像与孔内弹模测试技术

（1）技术介绍。孔内高清成像提供了一种先进的分析方法来处理数字图像数据并获取相关的工程参数，如深部岩层裂隙的产状和裂隙的隙宽。这比通过钻孔岩芯判断更加准确、直观。

孔内弹性模量测试在钻孔中进行，可以比岩芯取样试样更准确地得出隧道深部围岩的弹性模量与变形模量之间的关系，同时还能反映围岩的完整程度。

通过孔内高清成像与孔内弹模测试，是钻孔成果的重要补充，为准确掌握隧道深部围岩裂隙发育情况和围岩弹性模量提供了很好的解决办法，同时能提供准确度和精度很高的工程参数。

（2）应用实例。蓝家岩隧道全长8125m，为特长隧道，埋深大，其穿越地层多，构造复杂，有多条断裂从隧道区穿过，隧道深部围岩结构、完整程度、裂隙发育情况等仅从有限的钻孔中取得参数相对较少。

运用孔内高清成像与孔内弹模测试技术对蓝家岩隧道进行测试，孔内高清成像与孔内弹模测试成果见表5-1～表5-4以及图5-42和图5-43。

（3）工程亮点。首次将孔内高清成像与孔内弹模测试技术运用到隧道工程的地质勘察工作中。

（4）经验总结。与岩芯取样试样相比，孔内高清成像技术可获得关于深部岩层裂隙的产状和裂隙的隙宽等更为详细、准确的资料；与岩芯取样试样相比，孔内弹性模量测试在钻孔中进行，可更准确地得出隧道深部围岩的弹性模量与变形模量之间的关系，同时还能反映围岩的完整程度。

由于岩芯取样和分析不能很准确地得到围岩裂隙发育情况，所以采用孔内高清成像与孔内弹模测试能作为钻孔成果的良好补充，提高了对围岩参数勘察的准确性与详尽程度，工程中可据此采取更加经济有效的支护措施。

3.加固技术

（1）隧道衬砌永久加固技术措施。

1）衬砌永久加固技术措施。隧道衬砌震害评估分级见表3-1和表3-2。隧道衬砌在恢复重建阶段采取的技术措施见表5-5。

2）工程实例。“5·12”汶川地震对正在建设中的都江堰—映秀段高速公路隧道工程造成了极大破坏，地震发生后紫坪铺、龙洞子、龙溪隧道整个洞内一片狼藉，二次衬砌开裂、变形、掉块、局部垮塌、大面积垮塌、混凝土保护层剥落、钢筋弯曲外露、钢架扭曲变形、洞室整体坍塌等随处可见，各种病害形式不一而足。面对如此严重、复杂多样的隧道震害，恢复重建工作异常艰巨，而时间又是如此紧迫，如果方案保守单一，不但会造成经济上的浪费，而且会大大延迟工程进度，如果设计方案简单，缺乏针对性，又可能引起工程安全问题，因此，要想在保证工程安全的前提下又能做到经济合理、有利加快工程进度，就必须根据不同的震害形式与震害等级制定一套完整的加固设计方案。

表5-1　节理裂隙产状表

表5-2　倾角节理分组表

表5-3　隙宽节理分组表

表5-4　破碎区域分布表

图5-42　典型局部钻孔图像

图5-43　孔内弹模测试成果

表5-5　隧道衬砌恢复重建阶段技术措施

注　对二次衬砌错台、侵限严重的，应采用扩大开挖断面法进行处理。

根据上述永久加固处治原则，都映段高速公路结合每个隧道震害分段评估具体结果，进行了详细的恢复重建加固设计，施工实践表明，该套恢复重建加固方案在技术上是可行的、在经济上是合理的，有力地推动了恢复重建工作的顺利进行，在“5·12”汶川地震后的一年内即完成了都映段高速公路恢复重建工作，保证震后1年都映高速顺利通车，通车一年多来的运营实践表明，该套恢复重建加固方案是安全可靠的。

3）工程亮点。隧道衬砌应急加固技术加快了工程进度，保证了施工安全，节省了工程造价，有力推动了恢复重建工作的顺利进行。

4）经验总结。永久加固必须根据隧道震害的不同形式分别制定相应的处理方案，钢筋混凝土套衬是一种有效的加固手段，在现浇混凝土受到施工条件限制的情况下，喷混凝土也是一种有效的替代手段。

（2）仰拱震害分级及永久加固技术措施。

1）仰拱震害分级及永久加固技术措施。根据仰拱隆起幅度的大小进行仰拱震害分级并采取相应的永久加固技术措施，见表5-6和图5-44。

表5-6　仰拱震害分级及永久加固技术措施

图5-44　隧道仰拱拆除重建

2）工程实例。仰拱隆起是都映段高速公路隧道工程最为严重的震害之一，隆起段落总长度占到了隧道总长度的1/3，这种隆起既有相对隆起又有整体抬升。龙溪隧道最为严重，整个隧道仰拱大幅隆起，震后的仰拱填充表面呈倒V形，相对隆起幅度最大达80cm，两侧电缆沟壁发生连续性倒塌。龙溪隧道映秀端平均抬升约1.1m，该段相对抬升较小，都江堰端平均抬升约0.8m，但洞口处抬升达2.1m，由于相对隆起严重，导致进口段由顺坡变为逆坡，洞内地下水无法顺利排出。

由于都映段高速公路3座隧道（龙溪、紫坪铺和龙洞子隧道）仰拱隆起震害太过普遍，若全部对仰拱进行重建，不但会造成经济上的巨大负担，更重要的是将会严重影响恢复重建工作的进度，但对于仰拱隆起严重的地段，由于仰拱结构已经遭到了彻底破坏，若不进行拆除重建，后期营运过程中可能发生仰拱变形等病害，因此，必须根据仰拱隆起震害的不同程度分别采用处治措施。

根据上述永久加固处治原则，都映段高速公路结合每个隧道仰拱震害分段分级具体结果，进行了详细的恢复重建加固设计，施工实践表明，该套恢复重建加固方案在技术上是可行的、在经济上是合理的，有力地推动了恢复重建工作的顺利进行，在“5·12”汶川地震后的一年内即完成了都映段高速公路恢复重建工作，保证震后1年都映高速顺利通车，通车一年多来的运营实践表明，该套恢复重建加固方案是安全可靠的。

3）工程亮点。首次对仰拱震害进行了分级处理。

4）经验总结。对于隧道仰拱震害进行分级处理是合适的也是十分必要的。应按照具体情况进行相应治理，可节省工程投资、加快工程进度，也保证隧道营运期间路面的长期稳定与安全。

（3）特大型坍方处理。

1）特大型坍方处理措施。特大型坍方处理措施如下。

a.通过超前钻孔与物探相结合的手段基本探明塌方段落与长度。

b.在塌方掌子面堆放弃碴，并采用小导管进行注浆固结，保证塌方掌子面的稳定，防止塌方进一步扩展。

c.向隧道拱部空腔浇筑混凝土护拱作为保护层，以抵抗施工过程中余震的影响，保证施工安全。

d.施做双层超前支护。

e.在强大的超前支护措施保护下重新开挖洞室。

2）工程实例。在“5·12”汶川地震中，山岭隧道首次出现了二次衬砌连同初期支护、围岩一起垮塌，整个洞室被重新封闭的严重震害，这种破坏形式主要发生在龙溪隧道都江堰端距洞口为200～300m之间，其中左洞有3处坍塌，总长79m，右洞有两处坍塌，总长约127m，该段隧道平均埋深约100m，二次衬砌均为素混凝土。(www.daowen.com)

塌方在山岭隧道的施工中应该说是一个比较常见的现象，但二次衬砌施做后洞室发生整体坍塌的情况以前还闻所未闻，因此，对于如此大规模的隧道塌方还没有成功的处理经验。另外，本次塌方与施工过程中发生的普通塌方还有一个最大的区别，那就是本次塌方发生在特大地震之后，在处理的过程中余震不断，因此，如何保证施工过程中的安全也是本次塌方处理的重大难题之一；由于塌方点前后二衬均已施工完毕，因此塌方长度与段落无法确定，这就给塌方处理方案的制定带来了困难。

采用上述塌方处理方案顺利通过了龙溪隧道左、右洞共5个塌方地段，施工过程中未发生任何伤亡事故，通过近一年半来的营运实践表明，塌方处理段未发生变形、开裂等隧道病害，这初步说明特大型地震导致的龙溪隧道整体坍塌段的处理方案是基本合理的。

3）工程亮点。首次对二衬施做后隧道特大塌方进行了处理。

4）经验总结。在塌方处理之前，应先通过钻探与物探手段初步探明塌方段的长度，这样才能使处理方案的制定做到有的放矢。

拱顶坍腔应进行回填浇筑以防止施工过程中塌方的进一步扩展，护拱厚度的确定应充分考虑余震的影响，一般塌方处理中护拱厚度通常取1m，这对于保证强余震条件下的洞室稳定与施工安全是不够的，龙溪隧道的塌方处理采用了3m厚的C20混凝土护拱。

由于隧道拱顶通常存在空腔，成孔困难，因此，超前支护应优先选用带有钻进设备的支护措施，在龙溪隧道的塌方处理中，超前支护起初采用了φ108mm大管棚，后来根据实际情况改为了φ75mm自进式锚杆与T40高强锚杆。

最后，由于塌方地段荷载的不均匀性与不确定性均较大，为了保证隧道在后期营运期间的长期安全和稳定性，必须采用强度较高的二次衬砌结构，在本次塌方的处理中采用了70cm厚的C25钢筋混凝土（图5-45）。

图5-45　龙溪隧道整体坍塌处理

4.防崩塌落石新型棚洞结构形式

落石崩塌路段设计思路及原则：首先尽量绕避该路段；实在不能绕避则对该段进行整治；整治措施首选造价较低、措施可行的方案；对于上述措施不能解决的问题，则采取特殊措施。

（1）带减震轻钢结构棚洞。

1）结构介绍。带减震轻钢结构棚洞是西部交通科研课题“映卧路地震次生地质灾害防治技术研究”的成果之一，其基础采用混凝土扩大基础，顶面采用钢筋混凝土面板，与钢架连接处设置减震结构，面板顶面采用新型吸能减震EPS材料。该结构通过模拟试验对防边坡落石的抗冲击性能较好，但在施工过程中的抗灾能力较弱。

2）应用实例。S303线映秀—卧龙公路边坡高陡，“5·12”汶川地震中因距震中较近损毁严重。震后恢复重建过程中，沿线次生灾害仍在发育，高陡边坡的崩塌落石就是其中之一，南华隧道进口段边坡高陡，裂隙发育，经常发生飞石，对公路运营构成威胁。南华隧道进口段一级边坡高约600m，岩体坡角在70°以上，边坡一级平台宽上百米，后缘二级边坡高达千米，影响路基范围在200m左右。

南华隧道进口段一级边坡基岩裸露，裂隙发育，岩体破碎，经常发生落石，同时一级边坡平台及后缘边坡上覆盖较多地震崩塌堆积体，在融雪、降雨等外界扰动下堆积体飞落边坡，对公路运营构成威胁。

南华隧道进口段210m范围内采用带减震轻钢结构棚洞。基础为2.0m方形扩大基础墩，框架柱、梁采用Q345B钢板，柱间距5m。南华隧道进口段在2010年“8·13”特大泥石流灾害中还正在施工，由于泥石流爆发，将轻钢结构棚洞损毁。

3）工程亮点。首次采用带减震结构的轻钢结构棚洞防边坡崩塌落石。

4）经验总结。该结构对防治岩体边坡的崩塌落石应有较好效果，同时对基础的变形和承载能力要求较低，尤其适合在基础条件不好又较难处理的路段。但因属于开放式结构，对同时发育泥石流段落无法适用。

（2）带减震结构的轻型结构钢筋混凝土棚洞。

1）结构介绍。带减震结构的轻型结构钢筋混凝土棚洞是西部交通科研课题“映卧路地震次生地质灾害防治技术研究”的成果之一，钢筋混凝土框架柱采用方形，柱下扩大基础，上铺钢筋混凝土面板，面板顶面铺设EPS缓冲垫层，在面板与梁柱之间设置有金属耗能器，框架棚洞密贴岩壁，梁板采用锚杆与岩壁相锚固。该结构通过模拟试验对防边坡落石的抗冲击性能较好。

2）应用实例。S303线映秀—卧龙公路紫荆隧道进口段边坡高陡，裂隙发育，经常发生飞石，对公路运营构成威胁。紫荆隧道进口一级边坡高约400m，岩体直立近乎90°，边坡裂隙发育，后缘边坡高达千米。紫荆隧道进口段崩塌落石来自两方面：一是高陡裸露岩体边坡的崩塌碎落；二是由于地震崩塌堆积体在外界扰动下从边坡崩塌滑落。

在紫荆隧道进口段采用带减震结构的轻型结构钢筋混凝土棚洞，框架柱采用80cm方形，柱间距6m，钢筋混凝土面板厚70cm。在2010年“8·13”特大泥石流灾害中该段发生有零星飞石，但对棚洞结构未造成损伤。

3）工程亮点。首次采用带减震结构的轻型结构钢筋混凝土棚洞防边坡崩塌落石。

4）经验总结。该结构对防治岩体边坡的崩塌落石有较好效果，同时对基础的变形和承载能力要求较低，尤其适合在基础条件不好又较难处理的路段。如果将梁板锚固在岩壁上效果更好，因此在内侧为岩壁的路段效果最佳。因属于开放式结构，对同时发育泥石流段落适用效果差。

（3）半桥式明洞、半桥式棚洞。

1）结构介绍。

a.半桥式明洞（图5-46）。由于存在偏压作用，半桥式明洞二次衬砌厚度采用变截面形式，拱顶上回填土石，以缓冲落石冲击力。外侧为混凝土侧墙，侧墙与二次衬砌形成整体式衬砌，侧墙置于桩基承台上。行车道采用横置桥面板，面板外侧置于承台上，另一侧置于垫梁上。垫梁与二次衬砌分开，以免产生不均匀沉降使二次衬砌开裂。内侧二次衬砌后采用浆砌片石回填一定高度。当半桥式明洞侧墙基础埋置深度超过路面以下3m时，在路面下设置钢筋混凝土横向拉杆，并锚固于内边墙，并且在内边墙设锚桩，锚固于基岩，锚桩深入基岩不小于6m。

图5-46　半桥式明洞

b.半桥式棚洞（图5-47）。棚洞结构主要由三大部分组成，分别是内侧边墙、外侧框架以及顶梁和横置板。顶梁置于内侧墙上和框架顶部，与支座构成简支结构。内侧边墙靠山沿公路纵向通长布置。在挡墙背面设置两排压力注浆锚杆，以抵抗水平力。挡墙分段设变形缝。为保证外侧立柱的稳定性，纵向连续梁和立柱以及纵、横向支撑地梁整体浇筑形成框架，框架间设变形缝。立柱设于灌注桩上。横置板置于内侧钢筋混凝土台帽和外侧桩基盖梁上，与支座构成简支结构。据受力分析来看，横置板主要承受竖向车辆荷载及自重。考虑到施工保通等因素，设计时横置板采用预制钢筋混凝土空心板，汽车吊运安装。横置板顺公路纵向密排，截面采用空心矩形板。

2）应用实例。柴棚子路段总体地势东南低，西北高，为中高山～高山地貌类型。地形切割剧烈，谷深坡陡，山势尖峭耸立，地形陡峭，河谷呈V形。该路段公路从高边坡坡脚处通过。“5·12”汶川地震破坏了原本生态就很脆弱的柴棚子路段。地质灾害问题更加突出。该路段落石、崩塌极其频繁，严重影响了该路段的正常运营。

图5-47　半桥式棚洞

该路段公路中桩距陡崖坡脚4～10m，原公路顺高边坡延伸，局部呈“老虎嘴”形状。地面高程1865.50～1865.90m，山顶最高高程大于2000.00m，高差逾130m。坡度50°～80°。落石、崩塌现象严重。明洞处不良地质主要为岩体的卸荷与崩塌，岩石风化微弱。受“5·12”汶川8.0级特大地震影响，边坡岩体表部卸荷作用强，加上裂隙不利组合切割，形成不稳定岩块崩塌坠落，现状为雨季或刮大风时坡面即有风化卸荷岩块从坡面滚落而下，砸向现有公路。

由于该路段内侧山体较陡、较高，且原老路段相当狭窄，外侧为杂谷脑河。设计时根据具体的地形条件采用半桥式明洞、半桥式棚洞等特殊结构形式，将桥梁和隧道的优点相结合。

3）工程亮点。首次使用半桥式明洞、半桥式棚洞防边坡崩塌落石。

4）经验总结。

a.在内侧边坡有落石、外侧地势狭窄的路段设计时应将设计路线多方案进行比选，结构形式应因地制宜。

b.在内侧山体较陡较高，局部还呈“老虎嘴”形式的边坡处，如有落石，设置主动网防护形式是不能有效从根本上解决落石问题的；被动网也不能在这种边坡条件下有效地防止落石。

c.在复杂地形条件下，结构设计时应综合考虑，充分利用各结构物的优点，将各结构物比较后取长补短。柴棚子明洞设计中将桥梁和明洞完美结合，解决了内侧边坡有落石、外侧地形狭窄双重困难，为山区复杂地形条件下公路建设提供了新的思路。

（4）柔性景观钢棚洞。防落石结构设计思路及原则：①以耗散能量、减小冲击为主的综合治理；②对坡面进行防护，“规定”落石下落轨迹；③对具体工点落石情况调查分析，确定合理的荷载模式；④尽量采用柔性结构，兼顾抗震能力；⑤注重与环境协调，综合考虑行车安全要求。

1）结构介绍。柔性景观钢棚洞以钢结构刚架作为结构主体，铺设柔性防护网作为落石防护层，其充分利用了柔性防护网“以柔克刚”的特点，增加了棚洞的采光度，减小运营时采光以及通风的成本。其优点：结构轻巧可靠、外形美观；施工便捷，应急能力强；造价经济；施工期间不妨碍交通的正常运行；不需要大面积的基础开挖，既保护了自然原生地表生态，也保护了山体。

2）应用实例。“5·12”汶川地震后，生态环境本来就很脆弱的岷江峡谷地带地质灾害问题更加突出。地震中，国道213线映汶公路上多个隧道洞口被掩埋；抗震救灾阶段虽然对隧道洞口高危边仰坡进行了清理及简单防护，但是隧道洞口的落石威胁行车安全的问题仍然存在。福堂隧道出口仰坡面裂隙发育，发生崩塌的可能性较大。

福堂隧道出口仰坡面陡峻，呈90°直立，坡面高度超过200m，对洞口横向影响范围超过50m。以岩体的裂隙发育及组合情况、裂隙贯通程度为基础，划分洞口影响区岩体的崩塌危险性界别，分为A、B、C三类。B类为地震落石区，不稳定块体已经在地震时塌落，出露较完整岩体和较新鲜岩面，属基本稳定区。地震中有岩体崩塌，现在仍发育不稳定块体，经历短时间风化卸荷或较大余震下可能塌落的区域，划分为A类区。C类为受地震及风化卸荷作用，岩体裂隙展开，结构松散、错台，运营期可能坠石的区域（图5-48）。

图5-48　福堂隧道落石危险性分区示意图

在福堂隧道洞外35～40m范围架设钢架棚洞，具体设计参数：①第一榀钢架采用H300×150×6×10型钢；由洞口向外连续四榀钢架采用H300×200×8×10型钢；其余钢架选用H300×200×6×10型钢；②钢架纵向采用钢管作为纵向连接构件，最后一榀钢架因为与路面呈85°向外突出，采用140-4mm的钢管作为纵向连接，其余各榀钢架之间均采用89-4mm的钢管作为纵向连接；③在受力主钢架顶面和底面分别挂设一层30mm×30mm高强钢丝网，作为防止小型落石掉在路面上的主要遮挡结构和缓冲中型落石冲击力的缓冲结构。

2010年2月27日5点20分左右，汶川发生了4.2级余震。福堂隧道柔性棚洞上方山体掉下了数块落石，并多次击中棚洞发生撞击，所有小型落石均被弹落于岷江或棚洞附近。其中有一块32cm×24cm×15cm，质量逾20kg左右的中型落石砸断一根钢丝缆绳和外层柔性防护网，被第二层柔性防护网和钢梁连接件成功拦截并掉落在G213线靠岷江侧棚洞柱脚附近。由于福堂隧道口钢结构柔性棚洞的作用，几次落石均未对G213线该路段的运行造成安全事故，钢结构柔性棚洞起到了超过预期的防护效果（图5-49～图5-52）。

图5-49　福堂隧道钢棚洞轴测图

图5-50　福堂隧道钢棚洞立面布置图

3）工程亮点。首次使用柔性景观钢棚洞防崩塌落石。

4）经验总结。

a.根据工点边仰坡地震前后的稳定性状况及余震时落石情况分析，提出落石威胁度的划分标准，分别采取不同的防护措施，做到因地制宜。

b.特殊防落石结构的设计应综合考虑景观、人文等条件，建立“保险丝”的结构设计理念，重点保护主体结构安全。

图5-51　福堂隧道钢棚洞断面设计图

图5-52　钢棚洞实景

c.钢结构棚洞结构轻盈，易于造型；双层钢丝网交错布置，缓冲能力强；两侧坡面陡，利于落石下滑；抗震能力强。适用于有一定造型要求，落石冲击能量中等的高烈度地区落石防护，或作为抢通、保通的临时防护结构。