一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道制造技术

本实用新型专利技术提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道，隧道衬砌支护包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌；二次衬砌包括节段区，活动断层破碎带位于节段区在隧道纵向上的中部，节段区包括沿着隧道纵向依次间隔布置的多个节段二衬，相邻两个节段二衬之间均设置有变形缝，变形缝内填充有缓冲件。该隧道衬砌支护使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，提高自身的抗震性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道


[0001]本技术涉及隧道施工
，具体地说，是涉及一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道。

技术介绍

[0002]随着我国铁路建设事业的快速发展，铁路建设标准和等级也在不断提升，当铁路所经区域地质条件复杂，活动断裂构造发育时，受高标准、高等级铁路选线条件限制，山岭隧道不可避免会穿越活动断裂构造。活动断裂因其具有活动性，断层错动会导致隧道衬砌混凝土开裂、掉块，严重的可能出现坍塌、支护结构破坏，严重影响铁路运营安全。对穿越活动断层破碎带隧道抗震设防结构和减震措施研究成为工程建设者们急需解决的问题。
[0003]目前，隧道穿越活动断裂时还没有成熟的设计方法和隧道抗震结构体系，国内外大多采用扩挖、铰链连接、减隔震等设计措施和理念。扩挖设计是根据活动断层破碎带的错动量,在隧道开挖施工中扩大断面尺寸，当断层错动时，扩大的断面可以保证隧道断面的净空面积，灾后通过调整线路坡度等方式实现快速修复，扩挖量主要依据活动断层破碎带的错动方式及错动量确定。铰链连接是将隧道整体结构分成短小的隧道节段，节段间采用刚度相对较小的柔性连接结构，在断层错动时，破坏集中在连接部位或结构的局部，而不会导致结构整体破坏。减隔振是由初期支护、二次衬砌和中间回填柔性材料隔震层组成，使原有衬砌－围岩系统变为衬砌－减震层－围岩系统，其目的是通过减震层将衬砌与围岩介质隔开，从而减小和改变地震对结构的作用强度和方式，以便达到减小结构振动的目的。
[0004]扩挖、铰链连接、减隔震等设计措施都存在一定的局限性，尤其在隧道穿越大型活动断裂时，其断层上、下盘之间的破碎带宽度较大，断层错动时其破裂面存在不确定性，长大段落的隧道扩挖、减隔振等工程措施，将造成建设成本提高、施工难度增大、工期增加，且隧道扩挖量难以确定，减隔振在隧道仰拱下充填隔振层可能会影响铁路运营安全；隧道铰链连接虽然能够较好的适应断层错动剪切变形，但由于活动断裂地震动特性复杂，铰链连接部位难以适应沿隧道纵向的拉伸变形，往往成为薄弱环节，铰链结构破坏增加该处塌方风险。

技术实现思路

[0005]本技术的第一目的是提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护,该隧道衬砌支护使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，提高自身的抗震性能。
[0006]本技术的第二目的是提供一种具有上述隧道衬砌支护的隧道。
[0007]为实现上述第一目的，本技术提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌；二次衬砌包括节段区，活动断层破碎带位于节段区在隧道纵向上的中部，节段区包括沿着隧道纵向依次间隔布置的多个节段二衬，相邻两个节段二衬之间均设置有变形缝，变形缝内填充有缓冲件。
[0008]由上述方案可见，将隧道二次衬砌结构分成多个节段二衬，使隧道成为类似于动
物脊柱构造的不连续分段结构，相邻节段间设置有变形缝，变形缝内充填缓冲件，使各隧道节段相对独立。当活动断层错动时，活动断层与基岩的接触面附近强变形带内错动位移主要集中于刚度薄弱的变形缝间，连续设置的变形缝能有效分担断层破碎带处的集中位移，而各隧道节段则相对独立地在侧向变形土体作用下运动。
[0009]该穿越活动断层破碎带的仿动物脊柱的隧道衬砌支护结构，通过在活动断裂破碎带及其两侧延伸段内设置短节段、宽接缝的大刚度圆环衬砌结构，使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，从而避免大面积的衬砌结构破坏。
[0010]一个优选的方案是，二次衬砌在隧道径向内侧还设置有二衬补强空间。
[0011]由此可见，当隧道结构在活动断层破碎带位置被破坏，开裂出现裂缝时，可利用该二衬补强空间对二次衬砌结构进行修复。通过预留补强空间、加强支护体系实现“技术可行、经济合理、易于修复”的抗震设防目标。
[0012]一个优选的方案是，多个节段二衬包括至少两个第一节段二衬和至少四个第二节段二衬；第一节段二衬位于活动断层破碎带的中部，第二节段二衬位于活动断层破碎带与基岩的接触面附近，活动断层破碎带的每一端均至少设置一个第二节段二衬；第一节段二衬在在隧道纵向上的长度大于第二节段二衬在隧道纵向上的长度；相邻两个第一节段二衬之间的变形缝为第一变形缝；活动断层破碎带的每一端均至少设置两个第二节段二衬，相邻两个第二节段二衬之间的变形缝为第二变形缝；第二变形缝的宽度大于第一变形缝。
[0013]由此可见，宽变形缝主要设置在活动断层破碎带与基岩的接触面附近强变形带内，同时该范围隧道节段最短，当活动断层错动时，活动断层破碎带与基岩的接触面附近强变形带内错动位移主要集中于刚度薄弱的变形缝间，连续设置的宽变形缝能有效分担断层破碎带处的集中位移，而各隧道节段则相对独立地在侧向变形土体作用下运动。另外，窄变形缝设置在断层错动位移相对较小的位置，主要在活动断层破碎带核部中央位置和基岩上靠近断层面的设防延伸范围内，同时考虑隧道施工方便，该范围隧道节段相对较长，各节段隧道在穿越活动断层破碎带区域将如一个连续弯曲的梁，以承受变形土体的剪切和弯曲作用。
[0014]进一步的方案是，第一变形缝的宽度在2厘米至3厘米范围内，第二变形缝的宽度均为第一变形缝的宽度的5倍至8倍。
[0015]一个优选的方案是，第二节段二衬的长度在4米至8米范围内，第一节段二衬的长度为第二节段二衬的长度的3倍。
[0016]由此可见，研究表明，隧道节段越短、变形缝越宽，隧道结构受活动断层破碎带错动破坏的程度和范围越小，但太短的隧道节段给施工带来一定的困难和不便，且太宽的变形缝使得隧道防排水效果难以保证，因此，窄变形缝的宽度在2厘米至3厘米范围内，宽变形缝可根据活动断层破碎带错动位移量来确定，宽变形缝的宽度为窄变形缝的宽度的5倍至8倍，隧道节段长度应与二衬模板长度相匹配，短节段二衬的长度4米至8米，较长节段二衬的长度为短节段二衬的长度的2倍，长节段二衬的长度为短节段二衬的长度的3倍。当各节段二衬的长度在上述范围内时，以及各变形缝在上述范围内时，保证了隧道结构受活动断层破碎带错动破坏的程度和范围较小，容易施工、同时有效保证隧道防排水效果。
[0017]一个优选的方案是，多个节段二衬还包括多个第三节段二衬，活动断层破碎带的每一端均至少设置两个第三节段二衬，第三节段二衬位于基岩靠近活动断层破碎带的位
置；第三节段二衬的长度大于第二节段的长度且小于第一节段的长度。
[0018]进一步的方案是，第三节段二衬的长度为第二节段二衬的长度的2倍；相邻两个第三节段二衬之间的变形缝为第三变形缝，第三变形缝的宽度在2厘米至3厘米范围内。
[0019]一个优选的方案是，多个节段二衬还包括至少两个第四节段二衬，第四节段二衬位于第一节段二衬与第二节段二衬之间；活动断层破碎带的每一端均设置至少一个第四节段二衬，第四节段二衬的长度大于第二节段的长度且小于第一节段的长度；第四节段二衬与第一节段二衬之间的变形缝为第四变形缝，第二节段二衬与第四节段二衬之间的变形缝为第五变形缝，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌；其特征在于：所述二次衬砌包括节段区，所述活动断层破碎带位于所述节段区在隧道纵向上的中部；所述节段区包括沿着所述隧道纵向依次间隔布置的多个节段二衬，相邻两个节段二衬之间均设置有变形缝，所述变形缝内填充有缓冲件。2.根据权利要求1所述的一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，其特征在于：所述二次衬砌在所述隧道径向内侧还设置有二衬补强空间。3.根据权利要求1所述的一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，其特征在于：多个所述节段二衬包括至少两个第一节段二衬和至少四个第二节段二衬；所述第一节段二衬位于所述活动断层破碎带的中部，所述第二节段二衬位于所述活动断层破碎带与基岩的接触面附近，所述活动断层破碎带的每一端均至少设置一个所述第二节段二衬；所述第一节段二衬在所述隧道纵向上的长度大于所述第二节段二衬在所述隧道纵向上的长度；相邻两个所述第一节段二衬之间的变形缝为第一变形缝；所述活动断层破碎带的每一端均至少设置两个所述第二节段二衬，相邻两个所述第二节段二衬之间的变形缝为第二变形缝；所述第二变形缝的宽度大于所述第一变形缝。4.根据权利要求3所述的一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，其特征在于：所述第一变形缝的宽度在2厘米至3厘米范围内，所述第二变形缝的宽度为所述第一变形缝的宽度的5倍至8倍。5.根据权利要求3所述的一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，其特征在于：所述第二节段二衬的长度在4米至8米范围内，所述第一节段二衬的长度为所述第二节段二衬的长度的3倍。6.根据权利要求3至5任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，姜波，周跃峰，黄华，罗永刚，刘国强，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：