崔光耀，王明年，林国进，王维嘉，张 丹

（1.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031；2.四川省交通厅 公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041）

0 引言

5.12汶川特大地震重灾区范围超过10×104km2，死亡和失踪人数8万余人，造成直接经济损失8451×108元。地震造成了21条高速公路和16条国省干线公路的隧道、桥梁、路基、路面等结构物不同程度受损，其中隧道受损比较严重，严重影响了抗震救灾的进行和灾后重建。本文主要对已经收集的震区公路隧道震害资料进行整理、统计和初步分析［1-10］，这对于进一步研究汶川地震灾区公路隧道震害机理以及高烈度地震区抗减震技术都有着重要的意义。

1 汶川地震区公路隧道震害调查基本情况

到目前为止，已经对14条线路（都映高速、绵广高速、G108线广元至棋盘关段、G213线都映段、G213线映汶段、G213线川主寺至汶川段、G317线汶马段、S101线中阆段、S105线安昌至北川段、S105线北川至青川段、S303线映日段、S306线汉源至峨眉山段、剑阁至青川公路和都江堰至龙池公路）40座隧道进行了震害资料收集，已经进行震害资料整理分析的有37座隧道（未进行震害资料整理分析的为：酒家垭隧道、牛角垭隧道和龙池隧道）。

为了更好的对隧道洞身段震害进行统计与分析，将隧道洞身段分为隧道普通洞身段（不含断层破碎带的洞身段）和隧道断层破碎带洞身段。将隧道普通洞身段简称为隧道洞身段，隧道断层破碎带洞身段简称为隧道断层破碎带段，以下分析均采用简称。

在已经收集的14条线路中隧道洞身段发生震害的有5条线路（都映高速、G213线都映段、S105线北川至青川段、剑阁至青川公路和都江堰至龙池公路）。现以震害最为严重且震害资料已经整理的都映高速和G213线都映段公路进行说明，隧道位置见图1。

1.1 都映高速公路隧道基本情况

都映高速公路共有4座隧道，即紫坪埔隧道（K13+385～K17+466）、龙洞子隧道（K19+682～K20+706）、龙溪隧道（K21+422～K25+113）和卧龙连接线烧火坪隧道（K0+156.5～K0+607），它们均位于11度地震烈度区，其中紫坪埔隧道、龙洞子隧道和龙溪隧道穿越断层破碎带。

1.2 G 213线都映段公路隧道基本情况

G213线都映段公路共有3座隧道，即马鞍石隧道（K2+810～K3+290）、友谊隧道（K1028+330～K1029+280）、白云顶隧道（K1020+240～K1020+646），其中友谊隧道和白云顶隧道位于10度地震烈度区，马鞍石隧道位于11度地震烈度区，其中友谊隧道穿越断层破碎带。

图1 都映高速公路和G 213线都映公路隧道位置示意图Fig.1 The position schematic diagram of Dujiangyan-Yingxiou expressway and G 213 Du jiangyan-Yingxiou highway

2 隧道拱部衬砌震害类型的统计与分析

2.1 隧道拱部衬砌震害长度及比例

隧道拱部衬砌震害长度及比例见表1。

表1 隧道拱部衬砌震害长度及比例Table 1 The earthquake dam age length and the proportion of tunnel arch lining

由表1知，都映高速及G213线都映段公路隧道断层破碎带段拱部衬砌震害长度所占总长比例均大于洞身段。

2.2 隧道洞身段拱部衬砌震害类型及比例

都映高速和G213线都映段公路隧道洞身段拱部衬砌震害类型及比例见表2。

表2 隧道洞身段拱部衬砌的震害类型及比例Table 2 The earthquake dam age type and the proportion of arch lining of tunnel hole body

由表2可知，都映高速公路隧道洞身段拱部衬砌的震害类型以衬砌开裂和衬砌垮塌为主，分别占总长的9.23％和5.16％；G213线都映段公路隧道洞身段拱部衬砌的震害类型以衬砌开裂和衬砌垮塌为主，分别占总长的3.81％和4.09％。

2.3 隧道断层破碎带段拱部衬砌震害类型及比例

都映高速和G213线都映段公路隧道断层破碎带段拱部衬砌震害类型及比例见表3。

表3 隧道断层破碎带段拱部衬砌的震害类型及比例Table 3 The earthquake dam age type and the proportion of arch lining of tunnel fault fracture zone

由表3可知，都映高速公路隧道断层破碎带段拱部衬砌的震害类型以衬砌开裂为主，占总长的19.40％；G213线都映段公路隧道断层破碎带段拱部衬砌的震害类型以衬砌垮塌为主，占总长的27.70％。

3 隧道边墙衬砌震害类型的统计与分析

3.1 隧道边墙衬砌震害长度及比例

隧道左右边墙衬砌震害长度及比例见表4。

由表4知，都映高速及G213线都映段公路隧道断层破碎带段左右边墙衬砌震害长度所占总长比例均大于洞身段。

表4 隧道边墙衬砌震害长度及比例Table 4 The earthquake dam age length and the proportion of tunnel side wall lining

3.2 隧道洞身段边墙衬砌震害类型及比例

都映高速和G213线都映段公路隧道洞身段左右边墙衬砌震害类型及比例见表5。

表5 隧道洞身段边墙衬砌的震害类型及比例Table 5 The earthquake dam age type and the proportion of side wall lining of tunnel hole body

由表5可知，都映高速公路隧道洞身段左右边墙衬砌的震害类型均以衬砌开裂为主，分别占总长的4.57％和4.98％；G213线都映段公路隧道洞身段左右边墙衬砌均以衬砌开裂为主，分别占总长的8.44％和8.22％。

3.3 隧道断层破碎带段边墙衬砌震害类型及比例

都映高速和G213线都映段公路隧道断层破碎带段左右边墙衬砌震害类型及比例见表6。

表6 隧道断层破碎带段边墙衬砌的震害类型及比例Table 6 The earthquake dam age type and the proportion of side wall lining of tunnel fault fracture zone

由表6可知，都映高速公路隧道断层破碎带段左右边墙衬砌的震害类型均以衬砌开裂为主，分别占总长的9.92％和7.87％；G213线都映公路隧道断层破碎带段左右边墙衬砌的震害类型均以衬砌垮塌为主，均占总长的27.70％。

4 隧道仰拱震害类型的统计与分析

4.1 隧道仰拱震害长度及比例

隧道仰拱震害长度及比例见表7。

表7 隧道仰拱震害长度及比例Table 7 The earthquake dam age length and the proportion of tunnel inverted arch

由表7知，都映高速及G213线都映段公路隧道洞身段仰拱震害长度所占总长比例均大于断层破碎带段。

4.2 隧道洞身段仰拱震害类型及比例

都映高速和G213线都映段公路隧道洞身段仰拱震害类型及比例见表8。

表8 隧道洞身段仰拱的震害类型及比例Table 8 The earthquake dam age type and the proportion of inverted arch of tunnel hole body

由表8可知，都映高速公路隧道洞身段仰拱的震害类型以中央排水沟上覆仰拱填充、混凝土隆起和路面开裂为主，分别占总长的9.95％和8.78％；G213线都映公路隧道洞身段仰拱的震害类型以路面开裂为主，占总长的24.67％。

4.3 隧道断层破碎带段仰拱震害类型及比例

都映高速公路隧道断层破碎带段仰拱震害类型及比例见表9。G213线都映公路隧道断层破碎带段仰拱无破坏。

由表9可知，都映高速公路隧道断层破碎带段仰拱的震害类型以路面开裂为主，占总长的12.58％。

表9 都映高速公路隧道断层破碎带段仰拱的震害类型及比例Table 9 The earthquake dam age type and the proportion of inverted arch of tunnel fault fracture zone of Dujiangyan-Yingxiou expressway

5 隧道附属结构震害类型的统计与分析

5.1 隧道附属结构震害长度及比例

隧道附属结构震害长度及比例见表10。

表10 隧道附属结构震害长度及比例Table 10 The earthquake dam age length and the proportion of tunnel accessory structure

由表10知，都映高速公路隧道洞身段附属结构震害长度所占总长比例大于断层破碎带段；G213线都映段公路隧道洞身段附属结构震害长度所占总长比例小于断层破碎带段。

5.2 隧道洞身段附属结构震害类型及比例

都映高速公路隧道洞身段附属结构的震害类型均为沟槽破坏，占总长的1.59％；G213线都映段公路隧道洞身段附属结构的震害类型均为沟槽侧墙向外倾倒、盖板脱落，占总长的20.18％。

5.3 隧道断层破碎带段附属结构震害类型及比例

都映高速公路隧道断层破碎带段附属结构的震害类型均为沟槽破坏，占总长的0.04％；G213线都映段公路隧道断层破碎带段附属结构的震害类型均为沟槽侧墙向外倾倒、盖板脱落，占总长的100％。

6 震害因素分析及抗震设防启示

6.1 隧道震害因素分析

6.1.1 震中距

隧道震害不仅与震级有关还与震中距有关，7座隧道距离震中均不足60km，这是7座隧道在汶川地震中震害最为严重的一个原因。

6.1.2 地质条件

G213线映汶段公路7座隧道（桃关隧道、草坡隧道等）位于震中映秀另一侧，破坏较轻，调查发现其围岩均为花岗岩等硬质岩；而都映高速和G213线都映段公路7座隧道围岩主要是砂、泥岩等软弱破碎岩层。这说明围岩为软岩的隧道受地震破坏较重。

6.1.3 断层

都映高速公路和G213线都映段公路7座隧道处在中央断裂（映秀一北川断裂）和龙门山前山断裂之间，其中紫坪埔隧道、友谊隧道、龙洞子隧道和龙溪隧道穿越上述两大地震断层的次级断层。龙溪隧道震害最为严重，原因就是其穿越的F8断层上下盘出现严重错动造成的，错动还造成其洞口抬升近1m。震后F8断层两侧各100m左右范围出现塌方、衬砌坍塌、衬砌开裂及错台、仰拱隆起等严重破坏。

6.1.4 竖向地震作用

以往地下结构抗震均以水平地震为研究重点，现行规范也只考虑了水平地震作用。此次地震中都映高速公路和G213线都映段公路7座隧道拱部衬砌和仰拱出现了严重的破坏，如友谊隧道仰拱隆起严重、拱顶大面积压溃，这都具有明显竖向地震作用的特征。

6.1.5 支护结构

此次地震中二次衬砌为钢筋砼结构的震害明显轻于素砼结构，穿越断层段最为明显。龙溪隧道穿越断层段衬砌结构为素砼，穿越断层段震害非常严重（塌方及衬砌大面积跨塌等等），而相邻的紫坪铺隧道和龙洞子隧道穿越断层段结构采用的是钢筋砼，其震害就相对较轻（衬砌开裂、剥落以及掉块等等）。

6.1.6 施工因素

友谊隧道在建设期间多次发生坍方及由于沉降变形造成的侵限，震后友谊隧道施工中出现事故的地段均出现严重破坏，这说明施工质量也是造成隧道震害的一个重要原因。

6.2 隧道抗震设防启示

（1）高烈度地震区的隧道修建，隧道的选址十分重要。首先要避免直接穿越活动断裂带，当穿越次级断层时，在断层两侧应采取一定的抗震措施，衬砌结构应选用钢筋砼；其次，隧址最好为硬质围岩。

（2）充分认识竖向地震的作用，加强对竖向地震隧道震害机理以及抗震措施的研究。如合理的设置仰拱是一种减轻竖向地震作用的有效措施。

（3）采用钢筋砼的支护结构可以避免脆性破坏且震后易于抢通与修复。

（4）充分重视隧道的施工质量。

7 结论

（1）都映高速公路隧道洞身段震害发生在拱部和仰拱较多，断层破碎带段震害以发生在拱部为主；G213线都映段公路隧道洞身段震害发生在仰拱和附属结构较多，断层破碎带段震害以发生在附属结构为主，仰拱处未发生震害。

（2）都映高速公路隧道断层破碎带段拱部、左右边墙衬砌及G213线都映段公路隧道断层破碎带段拱部、左右边墙衬砌和附属结构震害长度所占总长比例均大于洞身段；都映高速公路隧道断层破碎带段仰拱、附属结构及G213线都映段公路隧道断层破碎带段仰拱震害长度所占总长比例均小于洞身段。

（3）隧道衬砌各部位震害的统计分析

①都映高速和G213线都映段公路隧道洞身段拱部衬砌的震害类型均以衬砌开裂和衬砌垮塌为主；断层破碎带段拱部衬砌的震害类型分别以衬砌开裂和衬砌垮塌为主。

②都映高速公路隧道洞身段及断层破碎带段左右边墙衬砌的震害类型均以衬砌开裂为主；G213线都映段公路隧道洞身段左右边墙衬砌均以衬砌开裂为主，断层破碎带段以衬砌垮塌为主。

③都映高速公路隧道洞身段仰拱的震害类型以中央排水沟上覆仰拱填充、混凝土隆起和路面开裂为主，断层破碎带段以路面开裂为主；G213线都映段公路隧道洞身段仰拱的震害类型以路面开裂为主，断层破碎带段仰拱无破坏。

④都映高速公路隧道洞身段及断层破碎带段附属结构的震害类型均为沟槽破坏；G213线都映段公路隧道洞身段及断层破碎带段附属结构的震害类型均为沟槽侧墙向外倾倒、盖板脱落。

（4）对影响隧道震害的六个因素（震中距、地质条件、断层、竖向地震、支护结构及施工质量）进行了分析，并得出了一些抗震设防启示及建议：避免直接穿越活动断裂带，穿越次级断层时，两侧衬砌结构采用钢筋砼；加强对竖向地震隧道震害机理以及抗震措施的研究；充分重视隧道的施工质量等。

致谢：本文是在四川省交通厅公路规划勘察设计研究院、中交第一公路勘察设计研究院有限公司、中交第二公路勘察设计研究院有限公司、中铁西南科学研究院有限公司、安徽省交通规划设计研究院和西南交通大学结构工程试验中心等单位现场调查及检测资料基础上进行的分析，在此一并致谢!

［1］郭迅.汶川大地震震害特点与成因分析［J］.地震工程与工程振动，2009，29（6）：74-87.GUO Xun.Characteristics and mechanism analysis of the great Wenchuan earthquake［J］.Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2009，29（6）：74-87.

［2］高波，王峥峥，袁松，等.汶川地震公路隧道震害启示［J］. 西南交通大学学报，2009，44（3）：336-374.GAO Bo， WANG Zhengzheng， YUAN Song， et al.Lessons learnt from damage of highway Tunnels in Wenchuan earthquake［J］.Journal of Southwest Jiaotong Universsity，2009，44（3）：336-374.

［3］陈志明.汶川地震成因及其大陆地震动力源探讨［J］.江苏地质，2008，32（4）：81-85.CHEN Zhiming.Discussions on origin of Wenchun earthquake and its continental quake dynamic source［J］.Jiangsu Geology，2008，32（4）：81-85.

［4］李天斌.汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析［J］.工程地质学报，2008，16（6）：742-750.LI Tianbing.Failure characteristics and influence factor analysis of mountain tunnels at epicenter zones of great Wenchun earthquake［J］.Journal of Safety and Environment，2008，16（6）：742-750.

［5］陈贵红，李海清，钟勇，等.国道213线都江堰至汶川段隧道震害调查与分析［J］.西南公路，2008，（4）：114-119.CHEN Guihong， LI Haiqing， ZHONG Yong， et al.Survey and analysis of earthquake damage of tunnel at Dujiangyan-Wenchuan in national road［J］.Southwest Highway，2008，（4）：114-119.

［6］陶双江，吉随旺.“5.12”汶川大地震后四川部分公路隧道震害初步分析［J］.西南公路，2008，（4）：120-124.TAO Shuangjiang，JI Shuiwang.Preliminary analysis of earthquake damage of part of highway tunnel after the Wenchuan seismic，5，12，2008.in Sichuan Province［J］.Southwest Highway，2008，（4）：120-124.

［7］王秀英，刘维宁，张弥.地下结构灾害类型及机理研究［J］. 中国安全科学学报，2003，13（11）：55-58.WANG Xiuying，LIU Weining，ZHANG Mi.Classification and mechanism of substructure disasters［J］.Chinese Safety Science Academic Journal，2003，13（11）：55-58.

［8］陈运泰，许力生，张勇，等.2008年5月12日汶川特大地震震源特性分析报告［R］.北京：中国地震局地球物理研究所，2008.CHEN Yuntai，XU Lisheng，ZHANG Yong，et al.Report on the hypocentral characteristics analysis of Wenchuan earthquake on May 12，2008［R］.Beijing：Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，2008.

［9］日本土木学会.阪神·淡路大震灾调查报告［R］.东京：日本土木学会，1996.Japan society of civil engineers.Hanshin awaji earthquake survey report［R ］.Tokyo： Japan Society of Civil Engineers，1996.

［10］四川省交通厅公路规划勘察设计研究院.5.12汶川地震灾区高速公路和国省干线公路恢复重建工程调查、检测、评估［R］.成都：四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，2008.Highway Planning， Survey， Design and Research Institute，Sichuan Provincial Communications Department.Investigation，detection and evaluation of the restoration and reconstruction project of highways，national and provincial trunk roads in disaster areas induced by Wenchuan earthquake on May 12，2008［R］.Chengdu： Highway Planning， Survey， Design and Research Institute，Sichuan Provincial Communications Department，2008.