CN109989768B - 一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构及其施工方法 - Google Patents
一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构及其施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构优化设计方法及***，可以在活断层错动引发的构造地震时减小隧道内部的位移量，震后的隧道内部错动但不间断，维持隧道的整体结构安全。该衬砌结构包括设置在隧道围岩开挖面上的注浆加固层和隧道支护结构，所述隧道支护结构设置在注浆加固层内侧，隧道上部的注浆加固层与隧道支护结构之间预留有净空变形层，隧道下部的注浆加固层与隧道支护结构之间设置有第一消能减震层；所述隧道支护结构由隧道初次支护、防水层、第二消能减震层以及隧道二次衬砌复合构成。
Description
技术领域
本公开涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构及其施工方法。
背景技术
我国分布有较多处于活动期的断层，活动断层不但是构造地震产生的主要原因，而且地震时沿断层线的破坏最为严重。我国许多城市都已经发现活断层存在的迹象。活断层不仅会产生构造地震，活断层的缓慢移动还直接产生地表的压张和错断变形，直接威胁工程设施和城市建设安全。所以，在大型工程如超高建筑、大型桥梁、隧道、高速公路、地下铁道等进行规划设计时，必须高度关注活断层的位置及其活动性质，并穿越活断层的构筑物采取有效的防控措施。
活断层的研究是地震危险及工程安全性评价的重要内容，对工程建设和城市的防震减灾有着十分重要的意义。目前研究显示，活断层错动引发的构造地震不仅能够使建筑物上覆土层产生永久的位移，而且还会产生强烈的震动，对于穿越断层的地铁、隧道等地下工程产生灾难性的、不可恢复的破坏。因此，为了防止活断层错动而引发的隧道结构破坏，隧道在线路设计时应尽量避开活断层。由于隧道线路走向通常需要满***通功能的要求，越来越多的隧道不可避免的需要穿越活断层。
发明人在研发过程中发现，现有的隧道衬砌结构大部分通过增大刚度的形式抵抗活断层的不利影响。但增加刚度会影响衬砌结构自重，对围岩承载力及经济都有着较高的要求，适用性较小。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构优化设计方法及***，可以在活断层错动引发的构造地震时减小隧道内部的位移量，震后的隧道内部错动但不间断，维持隧道的整体结构安全。
本公开的第一方面的一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的技术方案是：
一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，包括设置在隧道围岩开挖面上的注浆加固层和隧道支护结构，所述隧道支护结构设置在注浆加固层内侧，隧道上部的注浆加固层与隧道支护结构之间预留有净空变形层，隧道下部的注浆加固层与隧道支护结构之间设置有第一消能减震层。
作为本公开的进一步技术方案，所述净空变形层的厚度为30-50cm。
作为本公开的进一步技术方案，所述第一消能减震层采用橡胶材料，其厚度为30-50cm。
作为本公开的进一步技术方案，所述注浆加固层包括超前小导管和浇筑在超前小导管内的水泥-水玻璃双浆液。
作为本公开的进一步技术方案，所述隧道支护结构由隧道初次支护、防水层、第二消能减震层以及隧道二次衬砌复合构成。
作为本公开的进一步技术方案，所述隧道初次支护采用格栅钢拱架支撑结构；所述防水层由防水卷材与土工布或无纺布构成；所述隧道二次衬砌采用模筑混凝土衬砌。
作为本公开的进一步技术方案，所述第二消能减震层采用橡胶材料，其厚度为10-20cm。
一种基于如上所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的施工方法，该方法包括：
在临近活断层破碎带区域50-100m范围内，逐渐增大开挖面面积，对围岩开挖面支护的同时，在开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，在隧道围岩开挖面与隧道底部之间施作第一消能减震层；
扩大断层破碎带处的隧道横断面面积；
在经过活断层破碎带时，在隧道围岩开挖面布设超前小导管，向超前小导管内浇筑水泥-水玻璃双浆液，形成注浆加固层；
在断层破碎带处的隧道区间内设置隧道支护结构，在隧道支护结构的隧道初次支护与隧道二次衬砌之间施作第二消能减震层。
通过上述技术方案，本公开的有益效果是：
(1)本公开在活断层破碎带区域的隧道围岩开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，开挖面与隧道底部施作第一消能减震层，在吸收能量的同时使断层错动量先在隧道上部发生。
(2)本公开在隧道支护结构的防水层与隧道二次衬砌之间设置第二消能减震层，如果断层继续错动，通过活断层破碎带处的扩大后的隧道横断面和隧道初支与二衬之间的第二消能减震层，可以保障在断层错动后隧道内部净空量依然满足正常交通运行要求。
(3)本公开在扩大断面的同时，通过注浆加固层加强围岩的整体性与稳定性。
(4)本公开能够很好的吸收活断层的错动能量，抗错动效果好，能更好的保证隧道整体结构的安全，利于隧道结构灾后的快速抢通、抢修、修复加固。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。
图1是实施例一适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的主视图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是图1中B部分局部放大示意图；
图中，1、围岩、2、注浆加固层、3、第一消能减震层、4、隧道二次衬砌、5、防水层，6、隧道初次支护，7、净空变形层，8、第二消能减震层。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本实施例提供一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，在隧道施工过程中对隧道衬砌结构进行优化，减小地震对隧道的损害。
请参阅附图1和2，本实施提出的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构包括注浆加固层2和隧道支护结构，所述注浆加固层2设置在隧道围岩1开挖面上，所述隧道支护结构设置在注浆加固层2内侧，隧道上部的注浆加固层2与隧道支护结构之间预留有净空变形层7，隧道下部的注浆加固层2与隧道支护结构之间设置有第一消能减震层3。
在本实施例中，所述净空变形层7的厚度为30-50cm，其作用是：在活断层错动时，断层错动位移首先发生在变形层，减小对隧道衬砌结构的损害。
在本实施例中，所述第一消能减震层3采用橡胶材料，厚度为30-50cm，其作用是：吸收断层错动能量，削弱传播到隧道衬砌的能量。
在本实施例中，所述注浆加固层2采用超前小导管注浆形成，其作用是扩大断面时，保证围岩整体性与稳定性；所述导管采用无缝钢管，钢管直径、注浆孔直径、间距根据围岩等级而定；浆液采用水泥-水玻璃双液注浆，增加浆液凝结速度。
如图2所示，从地质稳定段向断层破碎段施工时，隧道横断面逐渐增大，最终断层破碎带处的隧道横断面面积大于稳定段的隧道横断面面积。
请参阅附图3，所述隧道支护结构由隧道初次支护6、防水层5、第二消能减震层8以及隧道二次衬砌4复合构成。
在本实施例中，所述隧道初次支护6采用格栅钢拱架支撑结构，钢架纵向间距、钢架之间的纵向钢拉杆长度根据围岩等级而定。
所述防水层5由防水卷材与土工布或无纺布构成，进行防水。
所述隧道二次衬砌4采用模筑混凝土衬砌。
在本实施例中，在防水层5与隧道二次衬砌4之间设置第二消能减震层8，其作用是保障在断层错动后隧道内部净空量依然满足正常交通运行要求；所述第二消能减震层8的厚度为10-20cm。
本实施例提出的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，在活断层破碎带区域的隧道围岩开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，开挖面与隧道底部施作第一消能减震层，在吸收能量的同时使断层错动量先在隧道上部发生；在隧道支护结构的防水层与隧道二次衬砌之间设置第二消能减震层，如果断层继续错动，通过活断层破碎带处的扩大后的隧道横断面和隧道初支与二衬之间的第二消能减震层，可以保障在断层错动后隧道内部净空量依然满足正常交通运行要求；扩大断面的同时，通过注浆加固层加强围岩的整体性与稳定性。本实施例提出的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，能够很好的吸收活断层的错动能量，抗错动效果好，能更好的保证隧道整体结构的安全，利于隧道结构灾后的快速抢通、抢修、修复加固。
实施例二
本实施例提供一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的施工方法，在隧道施工过程中对隧道衬砌结构进行优化，减小地震对隧道的损害。
请参阅附图1，所述适适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的施工方法包括以下步骤：
S101,在临近活断层破碎带区域50-100m范围内，逐渐增大开挖面面积，在隧道围岩开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，在开挖面与隧道底部之间施作第一消能减震层。
S102,断层破碎带处的隧道横断面面积大于稳定段的隧道横断面面积。
S103,在经过活断层破碎带时，在隧道围岩开挖面布设超前小导管，向超前小导管内浇筑水泥-水玻璃双浆液，形成注浆加固层，维持岩体稳定性。
S104,对于断层破碎带处的隧道区间，在隧道初次支护与隧道二次衬砌结构之间设置第二消能减震层。
本实施例提出的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的施工方法，通过在活断层破碎带区域的开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，在活断层破碎带区域的开挖面与隧道下部之间施作第一消能减震层，在吸收能量的同时使断层错动量先在隧道外部发生；如果断层继续错动，通过活断层破碎带处的扩大后的隧道横断面和隧道初支与隧道二衬之间的第二消能减震层，可以保障在断层错动后隧道内部净空量依然满足正常交通运行要求；扩大断面的同时，向破碎岩层注浆加强岩层的整体性与稳定性。该方法得到的衬砌结构能够很好的吸收活断层的错动能量，抗错动效果好，能更好的保证隧道整体结构的安全，利于隧道结构灾后的快速抢通、抢修、修复加固。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，其特征是，包括设置在隧道围岩开挖面上的注浆加固层和隧道支护结构，所述隧道支护结构设置在注浆加固层内侧，隧道上部的注浆加固层与隧道支护结构之间预留有净空变形层，隧道下部的注浆加固层与隧道支护结构之间设置有第一消能减震层；
所述隧道支护结构由隧道初次支护、防水层、第二消能减震层以及隧道二次衬砌复合构成；所述第二消能减震层采用橡胶材料，其厚度为10-20cm；
所述第一消能减震层在吸收能量的同时使断层错动量先在隧道上部发生；当断层继续错动，通过隧道初次支护与隧道二次衬砌之间的第二消能减震层，保障在断层错动后隧道内部净空量依然满足正常交通运行要求。
2.根据权利要求1所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，其特征是，所述净空变形层的厚度为30-50cm。
3.根据权利要求1所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，其特征是，所述第一消能减震层采用橡胶材料，其厚度为30-50cm。
4.根据权利要求1所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，其特征是，所述注浆加固层包括超前小导管和浇筑在超前小导管内的水泥-水玻璃双浆液。
5.根据权利要求1所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构，其特征是，所述隧道初次支护采用格栅钢拱架支撑结构；所述防水层由防水卷材与土工布或无纺布构成；所述隧道二次衬砌采用模筑混凝土衬砌。
6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的适用于隧道穿越活断层的衬砌结构的施工方法，其特征是，包括：
在临近活断层破碎带区域50-100m范围内，逐渐增大开挖面面积，在隧道围岩开挖面与隧道上部之间预留净空变形层，在隧道围岩开挖面与隧道底部之间施作第一消能减震层；
扩大断层破碎带处的隧道横断面面积；
在经过活断层破碎带时，在隧道围岩开挖面布设超前小导管，向超前小导管内浇筑水泥-水玻璃双浆液，形成注浆加固层；
在断层破碎带处的隧道区间内设置隧道支护结构，在隧道支护结构的隧道初次支护与隧道二次衬砌之间施作第二消能减震层。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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