一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护制造技术

一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护。其混凝土层为高压缩混凝土层，且在高压缩混凝土层的内壁上还喷射形成钢筋混凝土层；钢拱架由多段工字钢连接构成，连接处位于拱肩或拱脚部位的工字钢，其连接结构是：工字钢的端部焊接矩形的连接法兰板一；薄壁钢管的端部开有变形缺口形成长齿，且薄长齿端部焊接连接法兰板二；工字钢上的连接法兰板一与薄壁钢管上的连接法兰板二螺栓连接。其余工字钢的端部焊接矩形的连接法兰板一，相邻段的工字钢直接通过连接法兰板一螺栓连接。该种初期支护可吸收断层粘滑错动能量，减少断层错动对隧道的破坏，有效地提高隧道的抗震能力和抵抗断层粘滑错动破坏的能力；且其增加的施工量小、对施工进度影响小。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种跨越活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护。
技术介绍
暗挖隧道按新奥法原理施工，采用复合式衬砌支护，包括初期支护和二次衬砌。其中，初期支护和围岩共同组成的支护系统是主要承载结构，二次衬砌主要作为安全储备。初期支护包括在围岩上喷射形成的钢筋混凝土层、钢筋混凝土层中纵向排列的马蹄形钢拱架，钢拱架之间纵向连接钢筋。随着城市化进程的加速、隧道工程的大量兴建，将不可避免地遇到隧道结构跨越活动断层的问题。活动断层是指那些在近代或历史时期内新生或有过继承运动和位移，以及在不久的将来可能再生或继续运动和位移的断层。地震的发生与活动断层有直接关系。活动断层错动尤其是突发性大变形的错动即粘滑错动时，穿越断层段地铁隧道支护结构处于复杂的三维空间应力状态，兼备拉压、剪切、扭转和弯曲的破坏作用。带钢拱架的钢筋混凝土层刚性初期支护和刚性的二次衬砌在这种强力破坏作用下，会产生弯曲、拉伸、扭转等三维空间永久性形变，表现出开裂、坍塌等多种复杂的破坏形式，严重影响隧道的安全运营。活动断层的粘滑错动具有随机性、强破坏性等特点，因此，对于穿越活动断层的隧道结构不能一味采用刚度大、支护强、延展性差的支护手段抑制围岩变形，而应该采用可以有效适应断层错动位移的柔性支护措施。申请号为201310491821.5的中国专利申请公开了一种“跨越活动断层的隧道支护结构”，该隧道支护结构在断层跨越段的初期支护和二次衬砌之间增设有一次衬砌和泡沫混凝土层及泡沫混凝土层内表面的第二防水层。增设的一次衬砌能够部分承受来自于断层蠕滑产生的应力；同时，通过泡沫混凝土层提供错动的位移空间并有效吸收能量，从而减少甚至消除隧道受断层错动的影响，并能保持隧道的防水性能。其存在的问题是：由于增加了一次衬砌、泡沫混凝土层、第二防水层共三个混凝土层，因此增加了三次浇筑混凝土，加大了施工量，施工效率降低，严重影响了施工进度。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是提供一种隧道跨越活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护。该隧道初期支护可吸收断层粘滑错动能量，减少断层错动对隧道的破坏，有效地提高隧道的抗震能力和抵抗断层粘滑错动破坏的能力；且其增加的施工量小、对施工进度影响小。本技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护，包括在围岩上喷射形成的马蹄形的混凝土层、混凝土层中纵向排列的马蹄形的钢拱架，钢拱架之间通过纵向连接钢筋(2)焊接连接，其特征在于：所述的混凝土层为高压缩混凝土层，且在高压缩混凝土层的内壁上还喷射形成有钢筋混凝土层；所述的钢拱架由多段工字钢连接构成，其连接结构是：连接处位于拱肩或拱脚部位的工字钢，其连接结构是：工字钢的端部焊接矩形的连接法兰板一；薄壁钢管的端部开有变形缺口形成周向排列的长齿，且薄壁钢管的长齿端部焊接矩形的连接法兰板二；工字钢上的连接法兰板一与薄壁钢管上的连接法兰板二螺栓连接。其余的工字钢的连接结构是：工字钢的端部焊接矩形的连接法兰板一，相邻段的工字钢直接通过连接法兰板一螺栓连接。与现有技术相比，本技术的隧道初期支护的有益效果是：一、初期支护的内层为钢筋混凝土结构，外层为包括柔性连接结构的钢拱架高压缩混凝土层。当隧道结构承受正常使用荷载时，留有变形缺口的薄壁钢管不发生屈服，可保证整个衬砌的强度，满足正常使用状态下结构安全。二、当活动断层发生粘滑错动时，支护结构荷载增加，荷载主要增加在钢拱架拱肩、拱脚等弯矩较大部位，这些部位埋设的薄壁钢管上的长齿沿隧道的周向(薄壁钢管的轴向)发生压缩，从而主动增大钢拱架及整个混凝土结构的变形，可以减少支护结构的应力增量，并且可使衬砌受力更均匀，可以大幅减少衬砌在断层发生错动时衬砌的永久裂缝和破坏。总之，本技术含有薄壁柔性钢管的钢拱架与高压缩混凝土层构成柔性支护层，形成“外柔内刚”的衬砌构造，达到吸能抗震的作用。三、本技术仅需在钢拱架中弯矩作用大的连接部位增加带柔性薄壁钢管结构；并将原有的钢筋混凝土层改为高压缩混凝土层，再增加一层钢筋混凝土层，从施工量而言，仅是增加了一层高压缩混凝土层，其总的施工量远远低于增设三个混凝土层，进行三次浇筑混凝土的施工量，其增加的施工量小、对施工进度影响小。进一步，本技术的薄壁钢管还与锥形钢套筒的小口套合，锥形钢套筒将薄壁钢管的长齿罩住；且锥形钢套筒的大口的口沿与连接法兰板二焊接。这样，锥形套筒将薄壁钢管的长齿罩住，既可以防止活动断层水平错动时薄壁钢管发生隧道径向剪切移动，导致钢拱架发生剪切破坏，同时又不妨碍薄壁钢管的长齿发生沿隧道周向的压缩变形，达到吸能抗震的作用。更进一步，本技术的高压缩混凝土层的厚度为18-30cm，钢筋混凝土层的厚度为18-30cm；所述的连接法兰板一和连接法兰板二均为24cm×20cm×1.5cm的钢制法兰板；所述的纵向连接钢筋为直径2.2cm的螺纹钢；所述的薄壁钢管的直径为15cm，长度为30cm-50cm，壁厚为2.0cm；长齿的长度为8cm-16cm。相邻钢拱架的纵向间距为长1.0m，相邻纵向连接钢筋间的环向间距为1.0m。选取的这些参数，既能够保证隧道结构具有足够的强度，满足正常使用状态下结构安全。同时又能够形成“外柔内刚”的衬砌构造，达到吸能抗震的作用，有效减少衬砌在断层发生错动时衬砌的永久裂缝和破坏。本技术的初期支护的修建方法是：a、将所述的钢拱架架于开挖的围岩壁上，并在相邻的钢拱架之间焊接纵向连接钢筋；b、向开挖的围岩壁喷射高压缩混凝土，在围岩壁上形成所述的高压缩混凝土层，且高压缩混凝土层将所述的钢拱架完全覆盖；c、待高压缩混凝土层凝固后，在高压缩混凝土层的内壁上绑扎钢筋、再喷射混凝土，形成所述的钢筋混凝土层，即完成隧道初期支护的建造。下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细描述。附图说明图1为本技术实施例的纵向断面结构示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3为图2的C部的局部放大图。具体实施方式实施例图1-3示出，本技术的一种具体实施方式是，一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护，一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护，包括在围岩上喷射形成的马蹄形的混凝土层、混凝土层中纵向排列的马蹄形的钢拱架，钢拱架之间通过纵向连接钢筋2焊接连接，其特征在于：所述的混凝土层为高压缩混凝土层3，且在高压缩混凝土层3的内壁上还喷射形成有钢筋混凝土层4；所述的钢拱架由多段工字钢11连接构成，其连接结构是：图2、图3示出，连接处位于拱肩或拱脚部位的工字钢11，其连接结构是：工字钢11的端部焊接矩形的连接法兰板一12a；薄壁钢管14的端部开有变形缺口形成周向排列的长齿14a，且薄壁钢管14的长齿14a端部焊接矩形的连接法兰板二12b；工字钢11上的连接法兰板一12a与薄壁钢管14上的连接法兰板二12b螺栓连接。其余的工字钢11的连接结构是：工字钢11的端部焊接矩形的连接法兰板一12a，相邻段的工字钢11直接通过连接法兰板一12a螺栓连接。图2、图3示出，本例的薄壁钢管14还与锥形钢套筒15的小口套合，锥形钢套筒15将薄壁钢管14的长齿14a罩住；且锥形钢套筒15的大口的口沿与连接法兰板二12b焊接。本例的高压缩混凝土层3的厚度为18-30cm，钢筋混凝土层4的厚度为18-30cm；所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护，包括在围岩上喷射形成的马蹄形的混凝土层、混凝土层中纵向排列的马蹄形的钢拱架，钢拱架之间通过纵向连接钢筋(2)焊接连接，其特征在于：所述的混凝土层为高压缩混凝土层(3)，且在高压缩混凝土层(3)的内壁上还喷射形成有钢筋混凝土层(4)；所述的钢拱架由多段工字钢(11)连接构成，其连接结构是：连接处位于拱肩或拱脚部位的工字钢(11)，其连接结构是：工字钢(11)的端部焊接矩形的连接法兰板一(12a)；薄壁钢管(14)的端部开有变形缺口形成周向排列的长齿(14a)，且薄壁钢管(14)的长齿(14a)端部焊接矩形的连接法兰板二(12b)；工字钢(11)上的连接法兰板一(12a)与薄壁钢管(14)上的连接法兰板二(12b)螺栓连接；其余的工字钢(11)的连接结构是：工字钢(11)的端部焊接矩形的连接法兰板一(12a)，相邻段的工字钢(11)直接通过连接法兰板一(12a)螺栓连接。

【技术特征摘要】
1.一种跨活动断层抗粘滑错动的隧道初期支护，包括在围岩上喷射形成的马蹄形的混凝土层、混凝土层中纵向排列的马蹄形的钢拱架，钢拱架之间通过纵向连接钢筋(2)焊接连接，其特征在于：所述的混凝土层为高压缩混凝土层(3)，且在高压缩混凝土层(3)的内壁上还喷射形成有钢筋混凝土层(4)；所述的钢拱架由多段工字钢(11)连接构成，其连接结构是：连接处位于拱肩或拱脚部位的工字钢(11)，其连接结构是：工字钢(11)的端部焊接矩形的连接法兰板一(12a)；薄壁钢管(14)的端部开有变形缺口形成周向排列的长齿(14a)，且薄壁钢管(14)的长齿(14a)端部焊接矩形的连接法兰板二(12b)；工字钢(11)上的连接法兰板一(12a)与薄壁钢管(14)上的连接法兰板二(12b)螺栓连接；其余的工字钢(11)的连接结构是：工字钢(11)的端部焊接矩形的连接法兰板一(12a)，相邻段的工字钢(11)直接通过连接法兰...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，张彪，赵梓彤，易志伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51