一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构与安装方法技术

本发明专利技术公开了一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，在隧道纵向跨越活动断层的区段设置防错断区，包括喷射混凝土(1)和二次衬砌(2)，所述防错断区还包括设于所述喷射混凝土(1)和所述二次衬砌(2)之间的填充层，所述填充层为半包裹结构，包括设于隧道底部的底部填充段和设于隧道侧边的侧部填充段；所述侧部填充段内设有多孔橡胶(12)，所述底部填充段内间隔设有若干个支墩(11)，且相邻所述支墩(11)之间设有多孔橡胶(12)，所述多孔橡胶(12)为经过预压缩处理后的结构。本发明专利技术还公开了一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构的安装方法。本发明专利技术的位移自适应结构为隧道结构提供支撑，并能够减少结构错动量。

An Adaptive Structure and Installation Method for Tunnel Displacement in Active Fault Section by Mine Method

The invention discloses an adaptive displacement structure of a mining tunnel in an active fault section, in which a fault-proof zone is set up in the section crossing the active fault longitudinally, including shotcrete (1) and secondary lining (2). The fault-proof zone also includes a filling layer between the shotcrete (1) and the secondary lining (2). The filling layer is a semi-encapsulated structure, including a filling layer at the bottom of the tunnel. The bottom filling section at the bottom and the side filling section at the side of the tunnel are provided with porous rubber (12), and a number of piers (11) are spaced in the bottom filling section, and porous rubber (12) is arranged between the adjacent piers (11), and the porous rubber (12) is a pre-compressed structure. The invention also discloses an installation method of a displacement adaptive structure of a mine tunnel in an active fault section. The displacement adaptive structure of the invention provides support for the tunnel structure and can reduce the structural misalignment.

【技术实现步骤摘要】
一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构与安装方法
本专利技术属于矿山法隧道
，更具体地，涉及一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构与安装方法。
技术介绍
采用矿山法修建的隧道，隧道结构一般采用复合式衬砌。复合式衬砌主要由初期支护和二次衬砌组成，围岩开挖后，通过施作喷射混凝土和锚杆、钢架形成初期支护，待围岩与初期支护结构的变形稳定后，浇筑混凝土或钢筋混凝土形成二次衬砌。当矿山法隧道位于软弱破碎带区域，特别是活动断层时，围岩的地质条件差异较大，当发生地震作用或断层活动导致地层错动时，隧道结构受到很大的剪切作用，尤其是活动断层地段，上下盘地层的隧道结构发生的错动较大，极易发生结构破坏。目前隧道结构抗减震的机制基本是通过在围岩与隧道结构之间设置减震层，以削弱隧道结构因受围岩约束而产生的受迫振动，从而降低隧道结构的地震动响应，但对于活动断层区段，断层面两侧岩体沿着断层面发生相对位移，进而引起隧道结构错动，不同于地震作用时隧道结构的摇摆振动，其错动方向是不可逆的，常规的减震层可一定程度缓冲隧道结构振动，当错动量较大时，超出减震层材料缓冲范围，则不能使隧道结构恢复。现有的已授权专利“跨活动断层隧道抗减震构造”(申请号：200910058875.6)采用在隧道二次衬砌结构与喷射混凝土之间设置一个低弹性模量的填充层，利用泡沫混凝土层作为减震区填充材料，以便在断层发生错动时减少围岩对隧道的挤压力，避免结构破坏。该技术存在以下问题：1)填充材料安装(或浇筑)前，隧道初期支护的变形已稳定，因而填充材料和二次衬砌一般不承受围岩压力，仅承受自重和内部运营荷载的作用，填充材料本身产生的压缩变形很小甚至可以忽略不计，缓冲范围非常有限；2)尽管填充材料的弹性模量相对衬砌混凝土低很多，但仍为“刚性”材料，且没有受到“预压缩”，因而当断层发生上下相对错动时，必然导致“下沉”侧隧道底部与填充层脱空，从而使隧道衬砌承受很大的剪力进而产生断裂。同样，当断层发生左右相对错动时，必然导致某一侧隧道的侧部与填充层脱空，从而也可能因剪力过大而使隧道结构断裂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构与安装方法，对脱空区隧道结构形成支撑作用，并减少结构错动量，避免因剪力过大而导致隧道结构错断。为了实现上述目的，本专利技术提供一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，在隧道纵向跨越活动断层的区段设置防错断区，包括喷射混凝土和二次衬砌，所述防错断区还包括设于所述喷射混凝土和所述二次衬砌之间的填充层，所述填充层为半包裹结构，包括设于隧道底部的底部填充段和设于隧道侧边的侧部填充段；所述侧部填充段内设有多孔橡胶，所述底部填充段内间隔设有若干个支墩，且相邻所述支墩之间设有多孔橡胶，所述多孔橡胶为经过预压缩处理后的结构，所述多孔橡胶释放弹性势能用于对脱空区隧道结构提供支撑减少结构错动量。进一步地，填充层内设有框架，框架内设有若干通孔，通孔的方向与隧道垂直，多孔橡胶置于通孔内。进一步地，所述多孔橡胶的顶部和底部设有用于压缩所述多孔橡胶的钢板，底部的所述钢板和顶部的所述钢板的外周包裹有用于使所述多孔橡胶保持压缩状态的细钢丝，所述细钢丝与所述多孔橡胶的横截面垂直。进一步地，所述多孔橡胶的最大压缩比例及弹性模量与活动断层的错断量及其所支撑荷载相匹配。进一步地，所述侧部填充段的位置根据项目工程地质勘察报告中断层的错动方向确定。进一步地，所述支墩的顶部与隧道仰拱贴合，底部与所述喷射混凝土之间设有植筋。进一步地，所述多孔橡胶和隧道二次衬砌之间设有隔板。作为本专利技术的另一个方面，提供一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构的安装方法，步骤如下：S1确定L和△，L为脱空区长度，△为脱空后填充材料与隧道二次衬砌之间的间隙量，根据工程地质勘察报告中的活动断层的错断量，对采用常规刚性填充材料的隧道结构进行数值模拟，得出L和△，其中常规刚性填充材料的厚度H为已知量；S2根据间隙量△、填充层厚度H两个参数，初选多孔橡胶的弹性模量，使得在间隙量为△以及填充层厚度为H的情况下，含有多孔橡胶的填充层在压缩状态下能够承受其上部荷载，且弹性势能释放后多孔橡胶可填充间隙量△；S3对多孔橡胶进行力学试验，获得其压力-变形曲线；S4在脱空区长度范围内间隔均匀设置若干支墩，使隧道形成类似于多跨连续梁结构，支墩间距设置满足交通荷载下隧道结构的变形要求，并核算二次衬砌结构受力；S5验算发生断错后，依靠多孔橡胶和支墩支承二次衬砌结构时的变形与结构受力，采用步骤S2初选的多孔橡胶和步骤S4确定的支墩间距所得到的填充层如不能满足要求，调整支墩的间距或通过改变多孔橡胶的弹性模量直到满足要求；S6验算无断错时，二次衬砌在多孔橡胶反力作用下的受力与变形；S7根据S4、S5和S6的计算结果得出二次衬砌的设计参数,包括结构厚度、混凝土强度等级、钢筋配置等；S8在工厂内采用细钢丝、钢板将多孔橡胶分块压缩至所需要的高度H；S9在隧道喷射混凝土达到设计强度后，现场浇筑钢筋混凝土支墩，并将分块的多孔橡胶通过不锈钢框架固定安装在指定位置，橡胶块体顶部安装隔板，最后浇筑好二次衬砌。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，通过在隧道纵向跨越活动断层区段设置防错断区，防错断区由隧道二次衬砌结构与喷射混凝土之间的填充层构成，并采用多孔橡胶作为填充材料，当断层发生相对错动引起隧道结构与填充层脱空时，预压缩橡胶的弹性势能被释放，对脱空区隧道结构形成支撑作用，并减少结构错动量，避免因剪力过大而导致隧道结构错断。(2)本专利技术的活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，通过框架将限制多孔橡胶非压缩方向的位移，防止多孔橡胶在施工中偏移而影响使用效果，保证多孔橡胶在垂直隧道二次衬砌方向的压缩和弹性恢复。(3)本专利技术的活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，现有用于减震层填充材料的压缩变形很小，缓冲范围非常有限，当断层错动量较大时，无法回弹，造成隧道结构脱空，本专利技术采用细钢丝固定预压缩多孔橡胶，其在运营期极易发生锈蚀断裂，从而在隧道结构脱空时释放弹性势能，支撑隧道结构。(4)本专利技术提供的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构的安装方法，适用于活动断层区段矿山法隧道，可根据断层实际错动情况设置填充层部位、确定多孔橡胶力学参数与布置等，与现有减震层全环布置缓冲材料相比，节省材料，施工简便。附图说明图1为本专利技术实施例一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构沿隧道纵断面示意图；图2为图1中A-A横断面构造示意图；图3为图1中B-B横断面构造示意图；图4为图2中C处局部细节图；图5为本专利技术实施例断层错动引起隧道结构脱空纵断面示意图；图6为本专利技术实施例填充层多孔橡胶块安装于不锈钢框架布置图。在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-喷射混凝土；2-二次衬砌；3-刚性填充材料；11-支墩；12-多孔橡胶；13-框架；14-隔板。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，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，在隧道纵向跨越活动断层的区段设置防错断区，包括喷射混凝土(1)和二次衬砌(2)，其特征在于，所述防错断区还包括设于所述喷射混凝土(1)和所述二次衬砌(2)之间的填充层，所述填充层为半包裹结构，包括设于隧道底部的底部填充段和设于隧道侧边的侧部填充段；所述侧部填充段内设有多孔橡胶(12)，所述底部填充段内间隔设有若干个支墩(11)，且相邻所述支墩(11)之间设有多孔橡胶(12)，所述多孔橡胶(12)为经过预压缩处理后的结构，所述多孔橡胶(12)释放弹性势能用于对脱空区隧道结构提供支撑减少结构错动量。

【技术特征摘要】
1.一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，在隧道纵向跨越活动断层的区段设置防错断区，包括喷射混凝土(1)和二次衬砌(2)，其特征在于，所述防错断区还包括设于所述喷射混凝土(1)和所述二次衬砌(2)之间的填充层，所述填充层为半包裹结构，包括设于隧道底部的底部填充段和设于隧道侧边的侧部填充段；所述侧部填充段内设有多孔橡胶(12)，所述底部填充段内间隔设有若干个支墩(11)，且相邻所述支墩(11)之间设有多孔橡胶(12)，所述多孔橡胶(12)为经过预压缩处理后的结构，所述多孔橡胶(12)释放弹性势能用于对脱空区隧道结构提供支撑减少结构错动量。2.根据权利要求1所述的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，其特征在于，填充层内设有框架(13)，框架(13)内设有若干通孔，通孔的方向与隧道垂直，多孔橡胶(12)置于通孔内(3)。3.根据权利要求1所述的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，其特征在于，所述多孔橡胶的顶部和底部设有用于压缩所述多孔橡胶的钢板，底部的所述钢板和顶部的所述钢板的外周包裹有用于使所述多孔橡胶保持压缩状态的细钢丝，所述细钢丝与所述多孔橡胶的横截面垂直。4.根据权利要求1所述的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，其特征在于，所述多孔橡胶(12)的最大压缩比例及弹性模量与活动断层的错断量及其所支撑荷载相匹配。5.根据权利要求1所述的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，其特征在于，所述侧部填充段的位置根据项目工程地质勘察报告中断层的错动方向确定。6.根据权利要求1所述的一种活动断层区段矿山法隧道位移自适应结构，其特征在于，所述支墩(11)的顶部与隧道仰拱贴合，底部与所述喷射混凝土(1)之间设有植筋。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，王少锋，邓朝辉，龚彦峰，周坤，徐晨，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42