一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法技术

本发明专利技术提供一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法，柔性隔离结构包括巨型NPR锚索、监测单元和采集单元，巨型NPR锚索包括承载板、锚具和锚索；承载板呈环形且安装在钻孔口，锚具抵靠在承载板上，该方法包括步骤S1，对于隧道浅埋段从地表直接打钻孔或从地表开挖设定空间区域后布设NPR锚索，对于隧道深埋段从隧道内向外进行导洞开挖，步骤S2，对空间区域支护施工，步骤S3，巨型NPR锚索穿断层后放置，步骤S4，对巨型NPR锚索的锚固段进行锚固。本发明专利技术通过施工巨型NPR锚索对强活动性地质区域进行三维缝合，达到区域锁固的目的，实现对隧道穿越强活动性地质区域的监测‑预警‑支护一体化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法
本专利技术属于强活动性工程岩体大变形控制
，具体涉及一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法。
技术介绍
强活动性地质区域隧道工程建设发生的岩体大变形灾害事例屡见不鲜，它一直是困扰山岭公路、铁路隧道以及地下空间工程的一项国际难题。国际上如欧洲圣哥达基线隧道、美国Claremont输水隧洞、土耳其Bolu铁路隧道等，国内如兰新铁路乌鞘岭隧道、成兰铁路柿子园隧道和川藏铁路沿线隧道等一系列重大隧道工程都出现了不同程度和不同形式的隧道围岩大变形，穿越活动断层区域的隧道围岩变形更加严重，这些都给隧道施工造成了极大困难，并带来严重的安全隐患。在隧道围岩大变形灾害控制研究方面，国内外学者进行了大量的理论、模型实验及现场试验研究，大变形灾害控制技术得到了很好地发展，但在强活动性地质区域隧道围岩大变形灾害控制领域，特别是控制围岩米级及数米级大变形方面的研究尚属空白。穿断层及穿活动性断层区域隧道围岩大变形的控制技术难题，突破了隧道工程领域以往所遵循的理论水平，且勘察设计尚无可供借鉴的案例。因此，需要提供一种应对穿越强活动性地质区域，尤其是穿越活动性断层区域的隧道围岩大变形灾害控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法，实现对隧道穿强活动性地质区域的监测-预警-支护一体化控制。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供一种穿断层隧道的柔性隔离结构，所述柔性隔离结构包括：巨型NPR锚索，所述巨型NPR锚索穿过断层，所述巨型NPR锚索的两端分别位于断层的两侧，所述巨型NPR锚索结构包括：承载板、锚具和锚索；所述锚具呈柱状实体结构，沿所述锚具横截面的垂直方向均匀设置多个通孔，每个所述通孔内均穿过一根所述锚索，所述锚具安装在所述锚索的一端，所述锚具用于锁定所述锚索，所述承载板呈环形且安装在钻孔口，所述锚具抵靠在所述承载板上；监测单元，所述监测单元设置在所述锚具和所述承载板之间，用于监测所述巨型NPR锚索的轴向力及断层的相对位移量；采集单元，所述采集单元与所述监测单元之间电连接，用于采集所述监测单元所监测到的数据信息并将所述数据信息发送至移动终端。依据上述的穿断层隧道的柔性隔离结构，作为优选方案，所述监测单元包括光纤和力学传感器；所述力学传感器套设在所述锚索周向上，并设置在所述承载板和所述锚具之间，所述光纤与所述锚索绑扎，所述光纤的一端随所述锚索穿过断层，另一端与所述采集单元连接；所述力学传感器用于监测所述锚索的轴向力，所述光纤用于监测断层的相对位移量；所述锚具的横截面为圆形，所述承载板的横截面大于所述锚具的横截面，且大于所述力学传感器的横截面。依据上述的穿断层隧道的柔性隔离结构，作为优选方案，所述采集单元包括：数据采集模块，所述数据采集模块与力学传感器电连接，用于将所述力学传感器所监测到的轴向力转换成电信号；数据存储模块，所述数据存储模块用于处理并存储所述数据采集模块得到的数据信息；数据发射模块，所述数据发射模块与所述数据存储模块电连接，用于将存储的数据信息发送至移动终端。依据上述的穿断层隧道的柔性隔离结构，作为优选方案，所述采集单元还包括：光纤调解器；所述光纤调解器与所述数据采集单元之间电连接，所述光纤调解器连接所述光纤，用于将光信号转换成电信号。依据上述的穿断层隧道的柔性隔离结构，作为优选方案，所述采集单元和所述光纤调解器放置在封闭腔体内，所述封闭腔体设置在所述巨型NPR锚索的外侧，所述封闭腔体用于保护所述采集单元和所述光纤调解器，避免受到外力损坏；优选地，所述封闭腔体的材质为木材或金属。依据上述的穿断层隧道的柔性隔离结构，作为优选方案，所述锚索由NPR冷轧带肋钢筋在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行螺旋加工制作而成。本专利技术还提供一种使用穿断层隧道的柔性隔离结构对岩体大变形控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤S1，对穿越断层区域的隧道浅埋段从地表直接打钻孔或从地表开挖设定的空间区域后布设巨型NPR锚索，隧道深埋段从隧道内部向外部进行导洞开挖；步骤S2，导洞开挖完成后，以获得可进行巨型NPR锚索施工的空间区域，在隧道洞身四周的空间区域进行支护施工；步骤S3，在空间区域内施工，将巨型NPR锚索穿过断层后放置；步骤S4，对放置完成的巨型NPR锚索的锚固段进行锚固。依据上述的使用穿断层隧道的柔性隔离结构对岩体大变形控制方法，作为优选方案，所述步骤S3具体包括：步骤S301，与断层相交的方向进行钻孔施工，得到钻孔；步骤S302，将巨型NPR锚索放置在钻孔内；步骤S303，向钻孔内充填锚固剂，对所述巨型NPR锚索的锚固段进行锚固；步骤S304，在钻孔口制作锚墩并依次安装承载板、监测单元、锚具和采集单元。依据上述的使用穿断层隧道的柔性隔离结构对岩体大变形控制方法，作为优选方案，所述步骤S4中对巨型NPR锚索的锚固段进行锚固所使用的锚固剂材料为具有弹性吸能特性的材料；优选地，所述弹性吸能特性的材料为可修复混凝土。依据上述的使用穿断层隧道的柔性隔离结构对岩体大变形控制方法，作为优选方案，所述巨型NPR锚索的长度为60-100m。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：本专利技术提供一种穿断层隧道的柔性隔离结构及岩体大变形控制方法，通过施工巨型NPR锚索对隧道穿越断层或活动断层等强活动性地质区域进行三维缝合，利用增量控制的原理，达到区域锁固的目的，保证隧道结构处于稳定状态，实现对隧道穿越强活动性地质区域的监测-预警-支护一体化控制。穿断层隧道段开挖后，在隧道洞身四周空间进行柔性隔离支护结构施工，该柔性隔离结构由可适应工程岩体大变形及能够吸收岩体变形能量的巨型NPR锚索和具有弹性吸能特性的可修复混凝土组成，当断层区域因地质构造运动出现错动时，隧道围岩断错层变形产生的巨大能量中的绝大部分被柔性隔离结构吸收，且与其他穿断层或穿活动断层监测设备只具备监测功能或支护结构只具备支护功能相比，本专利技术可实现对隧道周边区域监测-预警-支护一体化控制，本专利技术创造性提出了三维缝合技术，利用增量控制原理，达到区域锁固的目的，可实现将隧道工程岩体米级变形量控制到厘米级变形量范围的目的。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术实施例中的巨型NPR锚索结构示意图；图2为本专利技术实施例中的隧道柔性隔离结构穿断层三维结构示意图；；图3为本专利技术实施例中的隧道柔性隔离结构穿断层平面示意图；图4为本专利技术实施例中的走滑断层灾害控制三维结构示意图；图5为本专利技术实施例中的左旋走滑断层破坏后结构示意图；图6为本专利技术实施例中的右旋走滑断层破坏后结构示意图；图7为本专利技术实施例中的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿断层隧道的柔性隔离结构，其特征在于，所述柔性隔离结构包括：/n巨型NPR锚索，所述巨型NPR锚索穿过断层，所述巨型NPR锚索的两端分别位于断层的两侧，所述巨型NPR锚索结构包括：承载板、锚具和锚索；/n所述锚具呈柱状实体结构，沿所述锚具横截面的垂直方向均匀设置多个通孔，每个所述通孔内均穿过一根所述锚索，所述锚具安装在所述锚索的一端，所述锚具用于锁定所述锚索，所述承载板呈环形且安装在钻孔口，所述锚具抵靠在所述承载板上；/n监测单元，所述监测单元设置在所述锚具和所述承载板之间，用于监测所述巨型NPR锚索的轴向力及断层的相对位移量；/n采集单元，所述采集单元与所述监测单元之间电连接，用于采集所述监测单元所监测到的数据信息并将所述数据信息发送至移动终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种穿断层隧道的柔性隔离结构，其特征在于，所述柔性隔离结构包括：
巨型NPR锚索，所述巨型NPR锚索穿过断层，所述巨型NPR锚索的两端分别位于断层的两侧，所述巨型NPR锚索结构包括：承载板、锚具和锚索；
所述锚具呈柱状实体结构，沿所述锚具横截面的垂直方向均匀设置多个通孔，每个所述通孔内均穿过一根所述锚索，所述锚具安装在所述锚索的一端，所述锚具用于锁定所述锚索，所述承载板呈环形且安装在钻孔口，所述锚具抵靠在所述承载板上；
监测单元，所述监测单元设置在所述锚具和所述承载板之间，用于监测所述巨型NPR锚索的轴向力及断层的相对位移量；
采集单元，所述采集单元与所述监测单元之间电连接，用于采集所述监测单元所监测到的数据信息并将所述数据信息发送至移动终端。


2.根据权利要求1所述的穿断层隧道的柔性隔离结构，其特征在于，所述监测单元包括光纤和力学传感器；
所述力学传感器套设在所述锚索周向上，并设置在所述承载板和所述锚具之间，所述光纤与所述锚索绑扎，所述光纤的一端随所述锚索穿过断层，另一端与所述采集单元连接；
所述力学传感器用于监测所述锚索的轴向力，所述光纤用于监测断层的相对位移量；
所述锚具的横截面为圆形，所述承载板的横截面大于所述锚具的横截面，且大于所述力学传感器的横截面。


3.根据权利要求2所述的穿断层隧道的柔性隔离结构，其特征在于，所述采集单元包括：
数据采集模块，所述数据采集模块与力学传感器电连接，用于将所述力学传感器所监测到的轴向力转换成电信号；
数据存储模块，所述数据存储模块用于处理并存储所述数据采集模块得到的数据信息；
数据发射模块，所述数据发射模块与所述数据存储模块电连接，用于将存储的数据信息发送至移动终端。


4.根据权利要求3所述穿断层隧道的柔性隔离结构，其特征在于，所述采集单元还包括：光纤调解器；
所述光纤调解器与所述数据采集单元之间电连接，所述光纤调解器连接所述光纤，用于将光信号转换成电信号。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陶志刚，何满潮，郭爱鹏，王振雨，邓飞，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11