CN110374628B - 一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构及施工方法，结构包括设置在蠕滑断层处超挖段，且总厚度与超挖尺寸相当的外层抗断层、初期支护和内层抗断层；外层抗断层为韧性材料，紧贴隧道超挖轮廓线而设；初期支护设置于外层抗断层内侧；内层抗断层为韧性材料，设置于初期支护内侧；超挖段隧道二次衬砌设置于内层抗断层内侧，其形状、尺寸与正常通过段隧道二次衬砌相同。本发明不存在断面的突然扩大或缩小，也无需单独设计二次衬砌或使用新的模板台车，克服了现有的“超挖设计”的缺点；抗断层容许断层两侧的地层产生较大的位错且对超挖段隧道二次衬砌不产生过大影响，保护其不受到破坏，且保证在超挖段隧道二次衬砌中铺设的轨道高程、平顺性。

Description

一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构及施工方法
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，具体为一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构及施工方法。
背景技术
实际工程中，隧道有时会不可避免地穿越活动断层。当活动断层发生错动时，地层中将会产生任何支护结构都难以抵抗的永久位移，从而严重损害隧道结构，出现如开裂、错台等破坏。隧道工程是永久性结构工程，一旦破坏便无法重建且难以修复，因此这样的破坏对于隧道乃至全线运营安全的影响都是难以估量的。
蠕滑错动是断层活动的两种主要方式之一，是断层破碎带随着时间推移产生的断层区域的缓慢滑动过程，因此是一种缓慢且有时间积累效应的运动形式。目前工程上应用的穿越蠕滑断层带隧道抗震措施主要是“超挖设计”和“铰接设计”。“超挖设计”是根据蠕滑断层可能产生的最大错位量，在隧道修建时扩大隧道断面尺寸；“铰接设计”则是尽量减小隧道节段长度，使断层带及其两侧一定范围内的节段保持相对独立，各刚性隧道节段间采用刚度相对较小的柔性连接。
采用了“超挖设计”的隧道由于提前预留了蠕滑断层的错动量，因而避免了断层错动对隧道结构造成的影响。然而超挖会导致隧道衬砌在抗震设防段出现断面突然扩大和突然减小的情况，这样的突变会会增大空气流动时的沿程阻尼，从而增大隧道内的临界风速，使得烟气排出较为困难或增加运营成本，同时，由于“超挖设计”要求隧道二次衬砌紧贴超挖后的洞壁，因此需要单独设计超挖段二衬型式并使用新的模板台车，从而增大设计、施工难度及成本。采用了“铰接设计”虽然通过柔性连接使得隧道能在一定程度上适应蠕滑断层的位移，但适应了断层位移的隧道，将难以保证轨道的平顺性，从而影响乘客舒适性甚至运营安全。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种通风上不存在断面的突然扩大或缩小，也无需单独设计二次衬砌或使用新的模板台车并且能够保证在超挖段隧道二次衬砌中铺设的轨道高程、平顺性的穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构及施工方法。技术方案如下：
一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构，包括设置在蠕滑断层处超挖段，且总厚度与超挖尺寸相当的外层抗断层、初期支护和内层抗断层；外层抗断层为韧性材料，紧贴隧道超挖轮廓线而设；初期支护为柔性的铰接支护，设置于外层抗断层内侧；内层抗断层也为韧性材料，设置于初期支护内侧；超挖段隧道二次衬砌设置于内层抗断层内侧，其形状、尺寸与超挖段两端的正常通过段隧道二次衬砌相同。
进一步的，所述外层抗断层的厚度小于内层抗断层。
更进一步的，所述外层抗断层和内层抗断层的弹性模量为 0.5~5Mpa。
一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层施工方法，包括以下步骤：
步骤1：对穿过蠕滑断层、抗震设防段长度内的隧道进行超挖；
步骤2：在超挖段的隧道净空内紧贴隧道超挖轮廓线施作外层抗断层；
步骤3：在外层抗断层上施作初期支护；
步骤4：在初期支护上施作内层抗断层，且外层抗断层、初期支护和内层抗断层的总厚度与超挖尺寸相当；
步骤5：使用与正常通过段隧道二次衬砌相同的模板台车，在内层抗断层内修筑超挖段隧道二次衬砌。
本发明的有益效果是：本发明超挖段隧道二次衬砌的形状、尺寸与正常通过段隧道二次衬砌相同，因此在通风上不存在断面的突然扩大或缩小，也无需单独设计二次衬砌或使用新的模板台车，很好地克服了现有的“超挖设计”的缺点；抗断层能容许断层两侧地层产生较大的位错且对超挖段隧道二次衬砌不产生过大影响，从而保护超挖段隧道二次衬砌不受到破坏且保证在超挖段隧道二次衬砌中铺设的轨道高程、平顺性等。
附图说明
图1为本发明穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构示意图。
图中：1-断层上盘围岩；2-断层下盘围岩；3-蠕滑断层面；4-超挖后的隧道轮廓线；5-外层抗断层；6-初期支护；7-内层抗断层；8-超挖段隧道二次衬砌；9-正常通过段隧道二次衬砌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构，其特征在于，包括设置在蠕滑断层处超挖段，且总厚度与超挖尺寸相当的外层抗断层5、初期支护6和内层抗断层7；外层抗断层5为韧性材料，紧贴隧道超挖轮廓线4而设；初期支护6为柔性的铰接支护，设置于外层抗断层5内侧；内层抗断层7也为韧性材料，设置于初期支护6内侧；超挖段隧道二次衬砌8设置于内层抗断层7内侧，其形状、尺寸与超挖段两端的正常通过段隧道二次衬砌9相同，纵向上相连。
由于超挖段隧道二次衬砌8的形状、尺寸与正常通过段隧道二次衬砌9相同，因此在通风上不存在断面的突然扩大或缩小，也无需单独设计二次衬砌或使用新的模板台车。很好地克服了现有的“超挖设计”的缺点。
外层抗断层5的厚度应小于内层抗断层7，同时应选用弹性模量较小且韧性较好的材料。本实施例选取的材料弹性模量为 0.5~5Mpa。外层抗断层5的厚度小于内层抗断层7，由于外层抗断层5厚度较小，故方便初期支护6迅速发挥维持围岩稳定的作用。当蠕滑断层发生错动时，外层抗断层5首先受压。由于外层抗断层5弹性模量较小，因此能承担一定压力、发生压缩变形从而成为围岩与初支6间的缓冲层。若断层错动继续发展，使得外层抗断层5变形较大时，将会使得初支6也承受较大的压力，此时地层蠕滑错动的压力将传递至初支6与超挖段隧道二次衬砌8之间的内层抗断层7上。内层抗断层7的性质与外层抗断层5相似，而弹模更小且韧性更好，因此能容许产生较大的变形且对超挖段隧道二次衬砌8不产生过大影响。从而保护超挖段隧道二次衬砌8不受到破坏且保证在超挖段隧道二次衬砌8中铺设的轨道高程、平顺性等。
本发明穿越蠕滑断层隧道双层抗断层施工方法，包括以下步骤：
步骤1：对穿过蠕滑断层、抗震设防段长度内的隧道进行超挖；
步骤2：在超挖段的隧道净空内紧贴隧道超挖轮廓线4施作外层抗断层5；
步骤3：在外层抗断层5上施作初期支护6；
步骤4：在初期支护6上施作内层抗断层7，且外层抗断层5、初期支护6和内层抗断层7的总厚度与超挖尺寸相当；
步骤5：使用与正常通过段隧道二次衬砌9相同的模板台车，在内层抗断层7内修筑超挖段隧道二次衬砌8。

Claims (2)

1.一种穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构，其特征在于，包括设置在蠕滑断层处超挖段，且总厚度与超挖尺寸相当的外层抗断层（5）、初期支护（6）和内层抗断层（7）；外层抗断层（5）的厚度小于内层抗断层（7）；外层抗断层（5）为韧性材料，紧贴隧道超挖轮廓线（4）而设；初期支护（6）为柔性的铰接支护，设置于外层抗断层（5）内侧；内层抗断层（7）也为韧性材料，设置于初期支护（6）内侧；超挖段隧道二次衬砌（8）设置于内层抗断层（7）内侧，其形状、尺寸与超挖段两端的正常通过段隧道二次衬砌（9）相同；
所述外层抗断层（5）和内层抗断层（7）的弹性模量为 0.5~5Mpa。
2.如权利要求1所述的穿越蠕滑断层隧道双层抗断层结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对穿过蠕滑断层、抗震设防段长度内的隧道进行超挖；
步骤2：在超挖段的隧道净空内紧贴隧道超挖轮廓线（4）施作外层抗断层（5）；
步骤3：在外层抗断层（5）上施作初期支护（6）；
步骤4：在初期支护（6）上施作内层抗断层（7），且外层抗断层（5）、初期支护（6）和内层抗断层（7）的总厚度与超挖尺寸相当；
步骤5：使用与正常通过段隧道二次衬砌（9）相同的模板台车，在内层抗断层（7）内修筑超挖段隧道二次衬砌（8）。
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