强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构及隧道制造技术

本发明专利技术涉及一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构及隧道，涉及交通基础建设领域。此结构包括初期支护层、喷膜防水层以及装配式钢管混凝土衬砌层及柔性接头；装配式钢管混凝土衬砌层具有多个钢管混凝土衬砌节段，每个节段均具有从外到内设置的第一钢管片、第二钢管片以及第三钢管片，第一与第二钢管片之间设置有第一衬砌层，第二与第三钢管片之间设置有第二衬砌层；第一衬砌层包括多个间隔设置的中空钢管以及用于填充间隙的轻质泡沫混凝土，第二衬砌层包括高压缩性混凝土；衬砌节段之间用钢板弹簧式柔性接头连接。能保证在错动和强震下结构稳定，具备快速安装和可更换、快速修复功能；结构充分考量了刚度匹配原则，多重措施联合“引震”。

Fabricated lining structure and tunnel in large active fault zone tunnel in strong earthquake area

The invention relates to a fabricated lining structure and tunnel for a large-span active fault zone tunnel in a strong earthquake area, which relates to the field of traffic infrastructure. The structure includes the initial support layer, the spray film waterproof layer, the assembled concrete lined concrete lining layer and the flexible joint, and the assembled steel tube concrete lining layer has a number of concrete-filled steel tube lining segments. Each section has the first steel tube sheet, second steel tube sheet and third steel tube sheet, the first and second steel. The first lining layer is arranged between the segments, and between the second and the third steel tubes, there are second lining layers. The first lining layer includes hollow steel pipes with multiple intervals and light foam concrete for filling the gap. The second lining layer includes high compression concrete, and the steel plate spring flexible joints are used between the lining segments. Then. It can ensure the stability of the structure under the error and strong earthquake. It has the function of rapid installation, replaceable and rapid repair. The structure fully examines the principle of stiffness matching, and multiple measures combine \shock\.

【技术实现步骤摘要】
强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构及隧道
本专利技术涉及交通基础建设领域，具体而言，涉及一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构及隧道。
技术介绍
隧道工程通常被认为是抗震性能优越的工程结构，但从世界范围的工程结构物震害情况来看，在强震条件下，隧道工程震害依然较为明显。基础建设高潮方兴未艾，穿越活动断层区域隧道结构设计方法、结构适应性是高烈度地震区隧道工程建设的一个国内外都难以回避的重要问题。比如，正处于勘查设计阶段的川藏铁路总长1629公里，桥隧比高达42.5％，仅川藏铁路就将穿越多条活动断裂或断裂带。中国交建承建的肯尼亚内马铁路横跨著名的东非大裂谷东支，而东非大裂谷是世界陆地上最大的活动断裂带；沿裂谷走向发育着大量的正断层(断层发育长，宽度大，间距密，较活跃)，设计的多条隧道跨活动断层位错量都达到0.9m以上。纵观国内外通过活动断层的隧道工程设计经验，及隧道工程抗断措施设计可以归纳为超挖设计、“铰接”设计及隔离消耗能设计三大类。然而，现有的设计理念和抗减震措施下都有一定的缺陷，综合各种设施和理念下设计施工的隧道仍在强震下产生较大的震害。
技术实现思路
本专利技术基于围岩抗震、隧道结构减震、多重措施引震的综合设计理念，提升现有设计理念；从被动防御到主动减弱，再到引导破坏达到结构可控。目的在于提供一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，此强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构能够能有效减少甚至消除围岩注浆加固层和衬砌结构在强震动下的位移差；钢板弹簧式柔性接头设计基于通过外力作用改变钢板疏密度来实现匹配断层错动位移和地震动位移差；所设计结构能保证在错动和强震下的稳定性，同时具备快速安装和可更换、快速修复的功能；结构充分考量了刚度匹配的原则，多重措施联合引震。本专利技术的另一目的在于提供一种隧道结构，包括上述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，此隧道结构能保证在错动和强震下安全稳定，同时具备快速安装和可更换、快速修复的功能；结构充分考量了刚度匹配的原则，多重措施联合“引”震。本专利技术是这样实现的：一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，包括：从外到内依次设置的围岩注浆加固层、初期支护层、喷膜防水层以及装配式钢管混凝土衬砌层；装配式钢管混凝土衬砌层具有沿隧道纵向依次连接的多个钢管混凝土衬砌节段，每个钢管混凝土衬砌节段均具有从外到内依次设置的第一钢管片、第二钢管片以及第三钢管片，第一钢管片与第二钢管片之间设置有第一衬砌层，第二钢管片与第三钢管片之间设置有第二衬砌层；第一衬砌层包括多个间隔设置的中空钢管以及用于填充相邻两个中空钢管、第一钢管片以及第二钢管片之间的间隙的轻质泡沫混凝土，第二钢管片与第三钢管片之间的第二衬砌层包括高压缩性混凝土。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，多个中空钢管的外壁两端分别与第一钢管片以及第二钢管片焊接。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，相邻钢管混凝土衬砌节段之间采用柔性接头连接。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，柔性接头为钢板弹簧式接头、钢波纹板或压铸成型钢板中的任一种。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，钢板弹簧式接头包括沿隧道横向相互相连的第一钢板、第二钢板以及第三钢板，第一钢板、第二钢板以及第三钢板在隧道的横向上以不同曲率弯曲成三心圆形式，且第一钢板、第二钢板以及第三钢板沿隧道的纵向以装配式钢管混凝土衬砌层的厚度为基准进行弹簧式弯曲。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，钢板弹簧式接头的两端分别与锚固在对应位置的钢管混凝土衬砌节段中的外端的钢板焊接。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，围岩注浆加固层是断层破碎带或不良地质段的围岩采用注浆加固后形成的注浆加固围岩，优选地，围岩注浆加固层具有多个间隔设置的加固锚杆。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，第一钢管片的外壁在对应位置的隧道的拱脚和拱肩处设置加劲翼缘。进一步地，本专利技术的较佳实施例中，第一钢管片的外壁设置有楔口，加劲翼缘与第一钢管片的连接端固定连接有与楔口配合的楔子。一种隧道，包括上述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构本专利技术实现的有益效果：本专利技术提供了一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构及隧道，提供的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构包括从外到内依次设置的围岩注浆加固层、初期支护层、喷膜防水层以及装配式钢管混凝土衬砌层。其中，装配式钢管混凝土衬砌层具有沿隧道纵向依次连接的多个钢管混凝土衬砌节段，每个钢管混凝土衬砌节段均具有从外到内依次设置的第一钢管片、第二钢管片以及第三钢管片，第一钢管片与第二钢管片之间设置有第一衬砌层，第二钢管片与第三钢管片之间设置有第二衬砌层。装配式二衬采用三钢管片夹两层的形式设计一方面可以引导钢管在强震作用下或断层错动作用下变形以消减强震作用下围岩注浆加固层与衬砌结构的强制位移差，另一方面可以保证在衬砌结构在错动和强震下结构的稳定性，保证生命通道畅通。并且，具体地采用在装配式钢管混凝土二衬靠近初支侧设置一层沿隧道纵向的中空钢管，钢管间用轻质泡沫混凝土填充的方式，使得在断层错动或强地震动下泡沫混凝土压溃、钢管沿径向变形，从而抵消围岩注浆加固层与衬砌的位移差。同时，设置第二层装配式大直径中空钢管混凝土衬砌。钢管由不同曲率的内外分块钢板通过加劲肋焊接而成，混凝土采用高压缩性、高流动性自密实混凝土。结构由工厂按相关设计要求按不同的断面形式和曲率进行预制，现场组装。保证了衬砌结构的刚度，同时在断层错动和强震动下，高压缩性混凝土先于钢管屈服点前压溃消能和消除部分位移差。综上所述，本专利技术在“抗-减-引”指导下(“让”的设计理念只是引的一种形式)，提出以围岩抗震、隧道结构减震、多重措施引震的综合设计理念。“抗”的理念在于采取措施加强衬砌增大刚度,抵抗错动和地震作用力。“减或隔”的理念在于在隧道衬砌的外周和地层之间(或初支与二衬之间)设减震层(某种吸能材料),使原有的衬砌结构围岩系统变为衬砌减震层围岩系统,将衬砌与围岩介质隔开从而减小和改变地震、错动对结构的作用强度和方式。“让”的理念在于结构能在断层错动和强震动下沿预先设定的结构下产生可控变形(如可缩式钢架、蜂窝式钢管接头)。“引”的理念在于在不减弱衬砌结构刚度或加强的前提下，采用易变性的柔性结构(如蜂窝式中空钢管)填充在二衬和初支之间使围岩强制施加在结构上的差异位移由这部分结构的主动变形消减；衬砌在纵向分段消减衬砌结构的基础自由变形，节段之间采用主动变形接头进行连接(钢板式弹簧接头)，节段加接头以满足在错动和强震动下差异位移；引导结构在断层错动或强震动下在位移柔性下的部位(接头、填充柔性结构)破坏达到保护衬砌结构和净空的目的；同时需要满足破坏的结构能够易于更换和修复达到设计、施工、运营、修复一体化的目的。此强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构能够能有效减少甚至消除围岩注浆加固层和衬砌结构的位移差；钢板弹簧式柔性接头设计可通过外力作用下改变钢板疏密度来实现匹配断层错动位移和地震动位移差；所设计结构能保证在错动和强震下安全稳定，同时具备快速安装和可更换、快速修复的功能；结构充分考量了刚度匹配的原则，多重措施联合引震。提供的隧道，包括上述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，此隧道能保证在错动和强震下结构稳定，同时具备快速安装和可更换、快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，其特征在于，包括：从外到内依次设置的围岩注浆加固层、初期支护层、喷膜防水层以及装配式钢管混凝土衬砌层；所述装配式钢管混凝土衬砌层具有沿隧道纵向依次连接的多个钢管混凝土衬砌节段，每个所述钢管混凝土衬砌节段均具有从外到内依次设置的第一钢管片、第二钢管片以及第三钢管片，所述第一钢管片与所述第二钢管片之间设置有第一衬砌层，所述第二钢管片与所述第三钢管片之间设置有第二衬砌层；所述第一衬砌层包括多个间隔设置的中空钢管以及用于填充相邻两个所述中空钢管、所述第一钢管片以及所述第二钢管片之间的间隙的轻质泡沫混凝土，所述第二钢管片与所述第三钢管片之间的所述第二衬砌层包括高压缩性混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，其特征在于，包括：从外到内依次设置的围岩注浆加固层、初期支护层、喷膜防水层以及装配式钢管混凝土衬砌层；所述装配式钢管混凝土衬砌层具有沿隧道纵向依次连接的多个钢管混凝土衬砌节段，每个所述钢管混凝土衬砌节段均具有从外到内依次设置的第一钢管片、第二钢管片以及第三钢管片，所述第一钢管片与所述第二钢管片之间设置有第一衬砌层，所述第二钢管片与所述第三钢管片之间设置有第二衬砌层；所述第一衬砌层包括多个间隔设置的中空钢管以及用于填充相邻两个所述中空钢管、所述第一钢管片以及所述第二钢管片之间的间隙的轻质泡沫混凝土，所述第二钢管片与所述第三钢管片之间的所述第二衬砌层包括高压缩性混凝土。2.根据权利要求1所述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，其特征在于，多个所述中空钢管的外壁两端分别与所述第一钢管片以及所述第二钢管片焊接。3.根据权利要求1所述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，其特征在于，相邻所述钢管混凝土衬砌节段之间采用柔性接头连接。4.根据权利要求3所述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构，其特征在于，所述柔性接头为钢板弹簧式接头、钢波纹板或压铸成型钢板中的任一种。5.根据权利要求4所述的强震区跨大型活动断裂带隧道装配式衬砌结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，郑清，申玉生，闫高明，范凯祥，王英学，闻毓民，隋传毅，杨佳奇，朱双燕，曹帮俊，资晓鱼，黎圣林，周鹏发，赵建沣，唐浪洲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51