一种跨越活动断层抗震结构及其修建方法技术

本发明专利技术涉及一种跨越活动断层抗震结构及其修建方法，在断层破碎带处的衬砌结构的围岩内设有减震圈，衬砌结构位于减震圈内围，衬砌结构与减震圈间有一定的间隔距离；断层破碎带处的隧道横断面的左侧、右侧和上方相对于稳定段的隧道横断面进行扩大；穿越断层破碎带的衬砌结构为纵向分段结构，相邻两个衬砌节段通过变形缝内的折叠型柔性接头连接。本发明专利技术采用减震圈削弱地震作用，吸收部分地震波的能量，使地震能量消耗衰减；整体衬砌结构转化为衬砌节段的形式，相邻两个衬砌节段之间采用具有能承受大变形能力的柔性链接，使错动位移主要被柔性链接吸收，提高隧道结构的抗减震性能。本发明专利技术将抗震和抗错动的措施相结合，可大大提高隧道的整体安全性。

An anti-seismic structure spanning active fault and its construction method

The invention relates to an anti-seismic structure crossing an active fault and a construction method thereof. A shock absorber ring is arranged in the surrounding rock of the lining structure at the fault fracture zone. The lining structure is located within the shock absorber ring, and there is a certain distance between the lining structure and the shock absorber ring. The cross-section of the tunnel is enlarged at the stable section, and the lining structure passing through the fault fracture zone is a longitudinal sectional structure, and the adjacent two lining segments are connected by folding flexible joints in the deformation joint. The invention adopts shock absorber to weaken the earthquake action, absorb part of the energy of seismic wave, and attenuate the seismic energy consumption; the integral lining structure is transformed into lining section form, and flexible links with large deformation capacity are adopted between the adjacent two lining sections, so that the displacement of the stagger is mainly absorbed by flexible links, and the tunnel is improved. Anti vibration performance of road structure. The invention combines the measures of aseismic and anti movement, and greatly improves the overall safety of the tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种跨越活动断层抗震结构及其修建方法
本专利技术涉及隧道建设
，尤其涉及一种跨越活动断层抗震结构及其修建方法。
技术介绍
随着我国西部大开发战略的实施，一方面，大量的公路、铁路和水电隧道相继修建；另一方面，受地球板块构造运动控制，青藏高原在隆起。在这一地球动力背景和地质构造格架下，西部地区的基础建设过程中不可避免地会遇到在活断层附近和高烈度地震区修建隧道工程的问题。我国现有铁路隧道上万座，其中有近千座位于强地震区内，确保在高烈度地震区或活断层附近修建隧道及地下工程的安全显得日益重要。地下及隧道结构抗震抗错动的措施主要有隔离消能设计、铰接设计、超挖设计等。中国专利技术专利CN106761833A公开了一种具有橡胶垫的抗震隧道结构，它包括隧道本体、隧道开挖面，隧道本体设置在地层内的隧道开挖面中，且隧道本体的外壁与隧道开挖面的内壁之间位于加强抗震地段处设有橡胶垫。采用在隧道外部增加橡胶垫，来减少地震条件下直接作用在隧道本身的地震力，有效提高隧道抗震能力，实用性更强。其存在的问题是：抗震措施过于单一，而且橡胶垫紧贴隧道结构，起不到很好的抗震效果，作用不大；地震发生时，橡胶垫虽然能起到缓冲的作用，但没有的耗能效果，不能使地震能量耗散衰减。此外，采用这种结构不能改变隧道结构的刚度和变形能力，在地震发生时不能减少结构的损伤和破坏，对于地层变形的适应性差，对于抵抗断层错动基本没有效果。
技术实现思路
本专利技术旨在提供跨越活动断层抗震结构及抗错动相结合的隧道修建方法，在衬砌结构外一定范围的围岩内设有减震圈，减震圈在衬砌结构外形成一个减震消能缓冲层，不仅能降低地震作用对隧道结构的破坏，并减小断层竖向相对错动位移，还能吸收部分地震波的能量，使得地震能量消耗衰减，大大提高隧道的整体安全性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种跨越活动断层抗震结构，断层破碎带处的隧道衬砌结构的围岩内设有减震圈，隧道衬砌结构位于减震圈内围，隧道衬砌结构与减震圈有间隔。其中，减震圈为大阻尼柔性减震材料，大阻尼柔性减震材料的阻尼系数≥0.1，拉伸强度＞5MPa，拉断伸长率≥200％，扯断永久变形＜50％，流动度≥200mm，马氏漏斗黏度＞60s。优选地，大阻尼柔性减震材料为沥青系、氨基甲酸乙酯系、硅树脂系、液状橡胶系中的任意一种，或者其中至少两种的混合物。进一步的，隧道衬砌结构与减震圈的距离为3m-5m。进一步的，减震圈的厚度为30cm-50cm。进一步的，断层破碎带处的隧道横断面大于稳定段的隧道横断面。其中，断层破碎带处的隧道横断面的左侧、右侧和上方相对于稳定段的隧道横断面进行扩大。进一步的，穿越断层破碎带的隧道衬砌结构为纵向分段结构，相邻两个衬砌节段间有变形缝，相邻两个衬砌节段通过变形缝内设置的柔性接头连接，柔性接头的阻尼系数≥0.35，拉伸强度＞10Mpa，拉断伸长率≥200％，扯断永久变形＜35％，邵尔A型硬度50～60。优选地，柔性接头为折叠型柔性接头。其中，变形缝的宽度为15cm-30cm。上述跨越活动断层抗震结构的修建方法，在隧道衬砌结构一定范围之外的围岩内压注减震材料构成减震圈，减振层与隧道衬砌结构的距离、减振层的厚度根据断层倾角按照表1进行确定：表1断层倾角/°减振层与隧道径向距离/m减振层厚度/cm<3033030-4543545-6054060-75445>75350进一步的，穿越断层破碎带的隧道衬砌结构采用分段浇筑，相邻两个衬砌节段之间设置变形缝，在变形缝内设置柔性接头，柔性接头的两端分别与其中一个衬砌节段连接；衬砌节段的长度不大于l，l根据公式(1)确定并向上进位取整；式(1)中，n为断层破碎带穿越区隧道纵向的衬砌分段数，n按公式(2)确定；式(1)和(2)中，L为断层破碎带宽度，H为隧道衬砌结构高度，α为断层倾角，h为经地质勘察得到的活动断层最大错动量，b为柔性接头最大变形后的宽度，b0为柔性接头的原始宽度。进一步的，对断层破碎带处断面的左、右侧及上方进行超挖并增加二次衬砌的厚度，超挖量以及二次衬砌厚度的增加值根据活动断层的类型及错动量按照表2进行确定；表2进一步的，穿越断层破碎带的隧道衬砌结构均采用钢-聚丙烯混杂纤维混凝土，纤维掺量及钢纤维-聚丙烯纤维体积比根据断层倾角及断层错动量按表3进行确定；表3与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1，本专利技术采用减震圈削弱地震作用，在衬砌结构外一定范围的围岩处通过缝隙压注大阻尼柔性减震材料，形成一个减震消能缓冲层，在地震来临断层错动时，不仅能够改善周围围岩，通过减震圈的缓冲来降低地震作用对隧道结构的破坏，并减小断层竖向相对错动位移，还能吸收部分地震波的能量，使得地震能量消耗衰减，大大提高隧道的整体安全性；2，本专利技术将整体隧道衬砌结构转化为衬砌节段的形式，使各衬砌节段相互独立并形成变形缝，然后在相邻两个衬砌节段之间采用具有能承受大变形能力的柔性链接；在地震作用下断层发生错动时，错动位移主要被柔性链接吸收，且隧道衬砌的破坏也主要集中在变形缝处或者个别的隧道节段上，从而保持隧道的整体稳定性，并且通过节段间柔性接头的变形二次吸收消耗地震能量，提高隧道结构的抗减震性能；3，本专利技术在隧道穿越断层破碎带时，将隧道的断面尺寸合理进行适当的扩大，由于隧道净空的增加，能够在活动断层发生错动以后依旧保留必需的隧道限界，从而使得隧道更能适应断层错动，并且便于断层错动后的快速救援、迅速维修，进一步提高隧道抵抗断层错动的能力；4，本专利技术在活动断层穿越区的隧道结构采用钢-聚丙烯混杂纤维混凝土材料，针对不同的断层错动情况，合理地在混凝土中掺入钢-聚丙烯混杂纤维，从而阻滞带基体混凝土裂缝的发展，提高衬砌结构的抗拉、抗弯、抗剪强度，并且进一步改善其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性；同时，在衬砌结构采用钢-聚丙烯纤维可代替部分箍筋和钢筋网，不仅能够通过隧道结构的抗震性能，还可以避免钢筋设置过密而造成的施工困难问题。附图说明图1是跨断层隧道结构横断面的示意图；图2是跨断层隧道结构的纵向剖视图；图3是图2中A处的局部放大图；图4是柔性接头变形后的示意图；图5是跨断层隧道断面超挖示意图；图中：1-隧道衬砌结构、2-围岩、3-减震圈、4-柔性接头、5-常规设计断面、6-隧道扩大断面、11-衬砌节段。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，本专利技术公开的跨越活动断层抗震结构，断层破碎带处的隧道衬砌结构1的围岩2内设有减震圈3，隧道衬砌结构1位于减震圈3内围，隧道衬砌结构1与减震圈3有间隔。其中，减震圈3为大阻尼柔性减震材料。大阻尼柔性减震材料可采用沥青系、氨基甲酸乙酯系、硅树脂系、液状橡胶系中的任意一种，或者其中至少两种的混合物。大阻尼柔性减震材料的性能参数为阻尼系数≥0.1，拉伸强度＞5MPa，拉断伸长率≥200％，扯断永久变形＜50％，流动度≥200mm，马氏漏斗黏度＞60s。断层破碎带处的隧道横断面大于稳定段的隧道横断面。其中，断层破碎带处的隧道横断面的左侧、右侧和上方相对于稳定段的隧道横断面进行扩大。如图2所示，穿越断层破碎带的隧道衬砌结构1为纵向分段结构，相邻两个衬砌节段11间有变形缝，相邻两个衬砌节段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨越活动断层抗震结构，其特征在于:断层破碎带处的隧道衬砌结构(1)的围岩(2)内设有减震圈(3)，隧道衬砌结构(1)位于减震圈(3)内围，隧道衬砌结构(1)与减震圈(3)有间隔。

【技术特征摘要】
1.一种跨越活动断层抗震结构，其特征在于:断层破碎带处的隧道衬砌结构(1)的围岩(2)内设有减震圈(3)，隧道衬砌结构(1)位于减震圈(3)内围，隧道衬砌结构(1)与减震圈(3)有间隔。2.根据权利要求1所述的跨越活动断层抗震结构，其特征在于：隧道衬砌结构(1)与减震圈(3)的距离为3m-5m，减震圈(3)的厚度为30cm-50cm；减震圈(3)为大阻尼柔性减震材料；大阻尼柔性减震材料的阻尼系数≥0.1，拉伸强度＞5MPa，拉断伸长率≥200％，扯断永久变形＜50％，流动度≥200mm，马氏漏斗黏度＞60s；大阻尼柔性减震材料为沥青系、氨基甲酸乙酯系、硅树脂系、液状橡胶系中的任意一种，或者其中至少两种的混合物。3.根据权利要求1所述的跨越活动断层抗震结构，其特征在于：断层破碎带处的隧道横断面大于稳定段的隧道横断面。4.根据权利要求3所述的跨越活动断层抗震结构，其特征在于：断层破碎带处的隧道横断面的左侧、右侧和上方相对于稳定段的隧道横断面进行扩大。5.根据权利要求1或4所述的跨越活动断层抗震结构，其特征在于：穿越断层破碎带的隧道衬砌结构(1)为纵向分段结构，相邻两个衬砌节段(11)间有变形缝，相邻两个衬砌节段(11)通过变形缝内设置的柔性接头(4)连接，柔性接头(4)为折叠型柔性接头；柔性接头(4)的阻尼系数≥0.35，拉伸强度＞10Mpa，拉断伸长率≥200％，扯断永久变形＜35％，邵尔A型硬度50～60。6.根据权利要求5所述的跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，红誉，孙飞，张洋，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51