【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土力学领域，具体是涉及一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法。
技术介绍
1、随着隧道建设日益增多，对于两大板块交接处，断层带分布广泛，隧道建设不得不穿越活动性断层，而穿越断层隧道的抗震抗错动即减震抗震成为需解决的科学问题。
2、在隧道围岩大变形方面，国内外学者进行了大量的研究。目前的主流做法为在隧道穿越活动性断层时，加强隧道的支护，例如增加喷射混凝土的厚度，多设立钢拱架等。然而上述方法均为增加隧道的刚度以期增加隧道的稳定性，并未从减小地震能量对隧道的扰动以及增加隧道柔性变形以适应地震大变形灾害的角度出发，因此只能是效果不佳的被动支护。
3、另外，授权公告号为cn116575923b的专利技术专利公开一种隧道围岩变形综合治理方法，文件中提到了隧道穿越断层时，可采用npr锚索进行吸能，但其并未对能量设计以及断层npr锚索进行研究；另外部分学者在抗震中采用吸能层等方式，然而所选材料均为小变形材料，无法适用断层隧道破坏时所产生的大变形。
4、综上，亟待提出一种有效的防控措施，实现穿越断层隧道的稳定性支护。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有穿越隧道支护措施存在的支护效果不理想等缺陷，提出一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，从地震对隧道的破坏机制出发，系统性的采用吸能减震+变形抗震的方式进行断层隧道控制，以较好提升隧道抗震稳定性。
2、为了解决上述问题，本专利技术是通过以下方案实现的：一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，包括以
3、步骤a、断层npr锚索吸能减震支护：设计npr巨型锚索，采用npr巨型锚索进行断层缝合，npr巨型锚索在锚固段增设锚固端恒阻套筒及锚固端恒阻体，并在锚固端注浆套筒上设置延伸至锚固端恒阻体端的注浆管，注浆管通过多个注浆孔与外界联通；
4、步骤b、变形抗震：
5、步骤b1、隧道掘进至接近断层时，依据历史最大位移错动进行隧道超挖，确定隧道超挖高度，根据断层蠕滑错动量的估计值来扩大隧道断面尺寸；
6、步骤b2、隧道开始超挖后，施做吸能层，采用泡沫混凝土与npr钢结合形成的吸能层，并将其设置在沿着隧道走向方向布置，以达到抗震目的；
7、步骤c、隧道超挖至接近断层时，进行双位双梯度注浆断层缝合：
8、在地表处，注浆时采用低压将浆液注入断层中；
9、在隧道处，采取双梯度注浆的方式：首先进行低压粗粒注浆，将浆液扩散至断层；随后在同一注浆位置进行高压细粒注浆；
10、步骤d、当隧道超挖至断层完成双位双梯度注浆后，继续施做吸能层，直至超挖段支护结束，施做吸能层步骤同步骤b2。
11、进一步的，所述步骤a中，包括对npr巨型锚索的支恒阻护力及支护数量设计，具体如下：
12、首先获得地震的破裂面长度以及总能量，以得到单位长度范围内地震的能量大小，即能量密度；然后依据隧道实际工程地质情况，确定控制区域面积，依据能量密度εd，计算控制区域能量up：
13、r≥kr
14、s1＝πr2
15、s2＝πr2
16、sp＝s1-s2
17、up＝εd*sp
18、其中，r为影响区域半径；r为隧道半径；k为比例常数，s1为影响区域面积；s2为隧道面积；sp为控制区域面积；up为控制区域能量；
19、通过控制区域能量up，确定npr锚索支护数量n：
20、
21、n＝up/uanchor
22、其中，pc为npr锚索的恒阻支护力；uc为恒阻变形起点时的位移；u为npr锚索的变形量；n为npr锚索的数量；uanchor为单根npr锚索吸收的能量。
23、进一步的，所述步骤b1中，隧道超挖高度h采用以下方式确定：
24、(1)结合隧道衬砌性质对其进行剪切试验，确定隧道衬砌在竖向位移量达到临界值h时，隧道的衬砌破坏达到自身抗拉强度；基于此临界值h计算隧道的超挖长度l：
25、l＝h/tanβ
26、式中，h为隧道衬砌的极限剪切位移量；β为隧道与水平面夹角；l为隧道超挖段长度；
27、(2)当断层竖向位移达到h时，隧道衬砌会破坏，即得到隧道超挖高度h：
28、h＝h*tanα/sinβ；
29、其中，α为断层与水平面夹角。
30、进一步的，所述步骤b2中，在施作吸能层时，采用以下方式；
31、(1)当隧道超挖完成后，进行预切槽：首先将预切槽机安放至隧道掌子面处，其次将链式切刀沿着隧道轮廓切入地层，连续切入地层；切入长度为npr钢设计长度，切割宽度为设计的泡沫混凝土厚度；
32、(2)当切槽结束后，将npr钢按照钢筋网形式捆绑，并将其布设在切槽中，然后迅速施工泡沫混凝土；
33、(3)待泡沫混凝土初凝后，进行掌子面的开挖工作，掌子面开挖后，依据支护设计，在吸能层上施工径向支护锚索；
34、(4)待开挖长度为切入长度时，进行下一阶段的吸能层施工，重复上述步骤，直至完成超挖段的施工。
35、进一步的，施做完隧道吸能层及衬砌后，在衬砌上布设位移监测点以监测隧道衬砌的变化，在隧道内部的断层处布设能量监测器，对隧道衬砌变形s及震极能量e进行长期监测，依据不同隧道工程的变形程度设置不同的安全系数，当隧道衬砌变形s超过变形允许值[s]时，在衬砌内部再施工一层吸能层；当震极能量e超过能量允许值[e]时，加密npr锚索的布设，并继续注浆，允许值即为最大值除以安全系数。
36、与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
37、本方案从地震对隧道的破坏机制出发，从吸能减震以及变形抗震两个角度设计穿断层隧道抗震措施，利用npr锚索跨断层吸能及断层注浆，通过计算能量密度的方式，得出npr锚索的支护参数；并将npr钢与泡沫混凝土结合，提出适用于断层隧道支护的npr锚索结构。本方案不同于以往一味增强隧道刚度的抗震支护方法，而是采用对症下药的吸能减震、变形抗震的柔性支护方法，支护方案设计巧妙，抗震效果好，可较好提升隧道抗震稳定性。
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1.一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤A中，包括对NPR巨型锚索的支恒阻护力及支护数量设计，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤B1中，隧道超挖高度h采用以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤B2中，在施作吸能层时，采用以下方式；
5.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于，施做完隧道吸能层及衬砌后，在衬砌上布设位移监测点以监测隧道衬砌的变化，在隧道内部的断层处布设能量监测器，对隧道衬砌变形S及震极能量E进行长期监测，依据不同隧道工程的变形程度设置不同的安全系数，当隧道衬砌变形S超过变形允许值[S]时，在衬砌内部再施工一层吸能层；当震极能量E超过能量允许值[E]时，加密NPR锚索的布设，并继续注浆，允许值即为最大值除以安全系数。
【技术特征摘要】
1.一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤a中，包括对npr巨型锚索的支恒阻护力及支护数量设计，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤b1中，隧道超挖高度h采用以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的一种穿越断层隧道的减震抗震控制方法，其特征在于：所述步骤b2中，在施作吸...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜志锋，刘涛，李耀，臧国强，彭华东，王锟，李延斌，邢同菊，陶志刚，何满潮，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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