CN110985040B - 一种用于地裂缝段隧道的复合支衬结构装置及支衬方法 - Google Patents

Abstract

一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置，其特征在于，包括多个复合支衬结构，各复合支衬结构包括：内层衬砌管片，用于支撑盾构机工作后的围岩；外层衬砌管片，用于支撑隧道的地裂缝段围岩，承载地裂缝活动时造成的压力；内部支撑层，设置于内层衬砌管片与外层衬砌管片之间，用于接受并传递外层衬砌管片承载的地裂缝活动的压力；多个单向阻尼器，间隔设置于外层衬砌管片与内层衬砌管片之间，两端分别与外层衬砌管片的内侧壁抵接以及内层衬砌管片的外侧壁抵接，各单向阻尼器的压缩方向从外层衬砌管片朝向内层衬砌管片，单向阻尼器用于消纳地裂缝活动时外层衬砌管片传递到内层衬砌管片的压力；其中，各复合支衬结构的内层衬砌管片的中心轴共线。

Description

一种用于地裂缝段隧道的复合支衬结构装置及支衬方法

技术领域

本发明属于隧道支护领域，具体涉及一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置及支衬方法。

背景技术

随着我国交通道路的发展，城市地铁的开通为生活带来了方便，地铁的数量也在逐年增加。

地铁施工中的隧道施工中，盾构机盾构开挖被普遍使用，地裂缝是地铁施工中遇到的特殊地质条件，其活动性会造成穿越地裂缝的隧道衬砌结构变形、开裂，因此为确保隧道营运安全必须在地裂缝段进行工程设防。

由于地裂缝活动的复杂性、不确定性，目前针对地裂缝段主要的设防策略是，根据地裂缝预估最大变形量扩大隧道结构断面，预留足够的净空，并分段设置变形缝，地裂缝活动时变形缝两侧的衬砌结构发生位移错动，后期再通过调整轨道标高恢复地铁营运，调轨期间地铁停止运营，是一种被动设防的策略，地裂缝段的隧道衬砌结构形式为锚喷支护加模筑二次衬砌，一般采用增设竖井后进行浅埋暗挖施工，二次衬砌完成后盾构空推经过，由于暗挖断面增大，需采用CRD法分部开挖，机械化水平低、施工成本高。另外，盾构过暗挖段需进行接收、空推和二次始发，不能确保盾构连续施工，同时需增加两处端头加固，盾构在车站段的始发、接收也受制于暗挖段不能及时提供空推条件而需要长时间的围挡，对地面交通的影响也较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于地裂缝段隧道的支衬结构与复合支撑装置，用以解决现有技术存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置，其特征在于，包括多个复合支衬结构，各所述复合支衬结构包括内层衬砌管片、外层衬砌管片、内部支撑层、多个单向阻尼器，所述内层衬砌管片用于支撑盾构机工作后的围岩；所述外层衬砌管片用于支撑隧道的地裂缝段围岩，承载地裂缝活动时造成的压力；所述内部支撑层设置于内层衬砌管片与外层衬砌管片之间，用于接受并传递外层衬砌管片承载的地裂缝活动的压力；所述多个单向阻尼器间隔设置于外层衬砌管片与内层衬砌管片之间，两端分别与外层衬砌管片的内侧壁抵接以及内层衬砌管片的外侧壁抵接，各所述单向阻尼器的压缩方向从外层衬砌管片朝向内层衬砌管片，所述单向阻尼器用于消纳地裂缝活动时外层衬砌管片传递到内层衬砌管片的压力；其中，各所述复合支衬结构相邻设置，且各所述内层衬砌管片的中心轴共线。

所述复合支衬装置的两端分别设置有加固端头，所述加固端头用于连接所述复合支衬装置与外部管段。

至少部分相邻的所述复合支衬结构的各内层衬砌管片固定连接、各外层衬砌管片固定连接。

未固定连接的相邻的所述复合支衬结构之间设有橡胶圈。

所述内部支撑层填充有轻质弹性材料，所述轻质弹性材料的自由膨胀率小于40％。

所述外层衬砌管片内径大于所述内层衬砌管片外径、地裂缝段的预设最大变形量与单向阻尼器的安装尺寸之和。

所述单向阻尼器的最大变形量大于地裂缝段的预设最大变形量。

所述单向阻尼器沿周向均匀分布在内层衬砌管片与外层衬砌管片之间。

其特征在于，各所述单向阻尼器的延伸方向均朝向所述内层衬砌管片的圆心位置。

本发明还保护一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置的支衬方法，该方法采用如上述复合支衬装置。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一：盾构机进行开挖，当盾构机经过地裂缝段后并完成地裂缝段的内层衬砌管片的安装；

步骤二，盾构机穿越地裂缝断后拆除一端内层衬砌管片为拆除段后，形成地裂缝段工作的工作面；

步骤三，接着在形成的工作面上沿隧道径向开挖，并安装外层衬砌管片；

步骤四，内层衬砌管片与外层衬砌管片之间进行内部支撑层的填充以及单向缓冲器的安装，首先对水平面以下的内层衬砌管片与外层衬砌管片之间的空间进行内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装；

步骤五，重复步骤三，至少部分相邻的外层衬砌管片、内层衬砌管片之间通过螺栓连接，后进行水平面以上的内层衬砌管片与外层衬砌管片之间的空间内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装；

步骤六，加固地裂缝段的复合支衬装置的两端，并将地裂缝段的复合支衬装置与外部管片之间的拆除段进行修复，连接复合支衬装置与外部管片，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的装置能够在地裂缝活动时将导致的附加载荷及变形由外层衬砌管片传递到内部支撑层，内部支撑层填充的弹性材料与单向阻尼器能够接受并消纳外层衬砌管片承载的地裂缝活动的压力，以避免内侧衬砌管片不会因为地裂缝活动导致的附加载荷而变形，保证内层衬砌管片始终处于良好的工作状态，无需再调整轨道标高，减少对地铁运营的影响。

(Ⅱ)本发明的装置能够有效隔离列车正常运行时产生的震动荷载，减少对周边地层及环境的影响。

(Ⅲ)本发明的方法可实现盾构隧道直接穿过地裂缝，由盾构法施工内层衬砌，盾构连续作业，机械化程度高；盾构穿越后再扩挖施工外层衬砌、安装单向阻尼、填充轻质弹性材料，节省了增设竖井、盾构接收和二次始发端头加固的费用，节省了盾构在车站段等待空推的时间，进而减少对地面交通的影响。

附图说明

图1是本发明的复合支衬结构的示意图；

图2是本发明的复合支衬装置的结构示意图；

图3是本发明的复合支衬装置遇地裂缝段的工作结构示意图；

图4是本发明的复合支衬装置施工的示意图。

图中各个标号的含义为：

1-内层衬砌管片，2-外层衬砌管片，3-内部支撑层，4-单向阻尼器，5-变形缝，6-加固端头，7-外部管片，8-拆除段，9-工作面，10-水平面。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种用于地裂缝段隧道的支衬结构，如图1-3所示，该支衬结构包括：多个复合支衬结构，各所述复合支衬结构包括内层衬砌管片1、外层衬砌管片2、内部支撑层3、多个单向阻尼器4，所述内层衬砌管片1用于支撑盾构机工作后的围岩；所述外层衬砌管片2用于支撑隧道的地裂缝段围岩，承载地裂缝活动时造成的压力；所述内部支撑层3设置于内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间，用于接受并传递外层衬砌管片2承载的地裂缝活动的压力；所述多个单向阻尼器4间隔设置于外层衬砌管片2与内层衬砌管片1之间，两端分别与外层衬砌管片2的内侧壁抵接以及内层衬砌管片1的外侧壁抵接，各所述单向阻尼器4的压缩方向从外层衬砌管片2朝向内层衬砌管片1，所述单向阻尼器4用于消纳地裂缝活动时外层衬砌管片2传递到内层衬砌管片1的压力；其中，各所述复合支衬结构相邻设置，且各所述内层衬砌管片1的中心轴共线。

本发明提供的地裂缝段隧道的支衬结构，能够在地铁施工中遇到地裂缝段时，通过设置内层衬砌管片1、外层衬砌管片2，并在内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间设置内部支撑层3与多个单向阻尼器4，当地铁在运行到地裂缝段时，因为地裂缝的存在而使得外层衬砌管片2受到压力和变形，这时，外层衬砌管片2会将压力和变形传递至内部支撑层3，内部支撑层3填充的弹性材料会将压力和变形传递，设置在内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间的单向阻尼器4会将来自外界的压和变形力消纳，从而保证在地裂段的内层衬砌管片1不会因为挤压产生的压力而导致变形，用来保证内部衬砌管片1的正常工作状态。

作为本实施例的一种优选方案，所述复合支衬装置的两端分别设置有加固端头6，所述加固端头6用于连接所述复合支衬装置与外部管段，保证地裂缝段支衬装置与外部支衬管片7稳固连接，使得地铁能够正常运行。

作为本实施例的一种优选方案，至少部分相邻的所述复合支衬结构的各内层衬砌管片1固定连接、各外层衬砌管片2固定连接。

其中，当地裂缝段的大小为50cm时，复合支衬结构的外层衬砌管片的宽度设为1.5m，因此，需要每5-6个复合支衬结构设置间隙，间隙即为变形缝，该5-6个相邻复合支衬结构的外层衬砌管片、外层衬砌管片互相采用螺栓连接，按照整个复合支衬装置为60m的设防范围，共需复合支衬结构40组。

作为本实施例的一种优选方案，未固定连接的相邻的所述复合支衬结构之间设有橡胶圈，即变形缝处设有橡胶圈，橡胶圈由多个橡胶条拼接而成。

作为本实施例的一种优选方案，各所述复合支衬结构在纵向延伸方向上的长度相同，当地裂缝段的大小为50cm，复合支衬结构的纵向延伸长度为1.5m，复合支衬装置的纵向长度为60m。

作为本实施例的一种优选方案，所述内部支撑层3填充轻质弹性材料，所述轻质弹性材料的自由膨胀率小于40％，用来更好的接受并在内部支撑层传递所受的外界压力和变形。

其中，一方面轻质材料的密度小于外层支衬管片2与内层支衬管片1的密度，能够确保在外层支衬管1在受到外界压力时能够使得内部支撑层3由于受力而变形并将压力传递至相对应的环形位置；轻质弹性材料自由膨胀率小于40％，避免了地下水对支衬结构的影响，保证内部支撑层3不会膨胀而使内部衬砌管片1受力变形，具体的轻质弹性材料可以选择气泡轻质土。

作为本实施例的一种优选方案，所述外层衬砌管片内径大于所述内层衬砌管片1的外径、地裂缝段的预设最大变形量与单向阻尼器4的安装尺寸之和，其中，当地裂缝段的预设最大变形量为：50cm时，单向阻尼器的安装尺寸50cm，内层衬砌管片内径为地铁隧道外径r，外层衬砌管片内径为r+100cm。

作为本实施例的一种优选方案，所述单向阻尼器的最大变形量大于地裂缝段的预设最大变形量，以充分保证单向阻尼器能够消纳地裂缝带来的外界压力，确保内层衬砌管片不受力，当预设变形量，其中当地裂缝段的预设最大变形量为50cm时，单向阻尼器的最大变形量为大于50cm预留一定的富余量。

作为本实施例的一种优选方案，所述单向阻尼器4沿周向均匀分布在内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间，为了使单向阻尼器4能够均匀的吸纳外界压力，来确保整个支衬结构的稳定性。

其中，当地裂缝段最大变形量为大于50cm，单向阻尼器的间隔1m-1.2m，当地铁管片的外径约6.2m，周长约19.5m，考虑的变形可靠性和安全性，安装间隔1m-1.2m左右，均匀安设16-20处单向阻尼。

作为本实施例的一种优选方案，所述单向阻尼器4设置的方向朝向内层衬砌管片1的圆心位置。

作为本实施例的一种优选方案，所述轻质弹性材料的密度小于衬砌混凝土的密度。

本实施例的装置，当地裂缝的最大变形量为50cm时，采用在每5-6个复合支衬结构上设置变形缝，每5-6个复合支衬结构采用螺栓连接相邻的外层衬砌股管片、内层衬砌管片，共设置40复合支衬结构，当地裂缝错动导致的复合支衬装置在受到错动挤压力时，变形缝能够使复合支衬装置进行相应的错动，导致变形缝相邻的复合支衬结构受到相反方向的力，内部支撑层在传递压力时进行变形，使得内部支撑层上下错动来保证内层衬砌管片不受错动挤压力挤压。

实施例2：

本实施例给出一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置的支衬方法，如图4所示，该复合支衬装置采用实施例1所述复合支衬装置。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一：盾构机进行开挖，当盾构机经过地裂缝段后并完成地裂缝段的内层衬砌管片的安装；

步骤二，盾构机穿越地裂缝断后拆除一端内层衬砌管片为拆除段8后，形成地裂缝段工作的工作面9；

步骤三，接着在形成的工作面9上沿隧道径向开挖，并安装外层衬砌管片2；

步骤四，内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间进行内部支撑层的填充以及单向缓冲器的安装，首先对水平面10以下的内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间的空间进行内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装；

步骤五，重复步骤三，至少部分相邻的外层衬砌管片、内层衬砌管片之间通过螺栓连接，后进行水平面10以上的内层衬砌管片1与外层衬砌管片2之间的空间内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装；

步骤六，加固地裂缝段的复合支衬装置的两端，并将地裂缝段的复合支衬装置与外部管片之间的拆除段8进行修复，连接复合支衬装置与外部管片，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装。

Claims (6)

1.一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置，其特征在于，包括多个复合支衬结构，各所述复合支衬结构包括：

内层衬砌管片（1），所述内层衬砌管片（1）用于支撑盾构机工作后的围岩；

外层衬砌管片（2），所述外层衬砌管片（2）用于支撑隧道的地裂缝段围岩，承载地裂缝活动时造成的压力；

内部支撑层（3），所述内部支撑层（3）设置于内层衬砌管片（1）与外层衬砌管片（2）之间，用于接受并传递外层衬砌管片（2）承载的地裂缝活动的压力；

多个单向阻尼器（4），所述多个单向阻尼器（4）间隔设置于外层衬砌管片（2）与内层衬砌管片（1）之间，两端分别与外层衬砌管片（2）的内侧壁抵接以及内层衬砌管片（1）的外侧壁抵接，各所述单向阻尼器（4）的压缩方向从外层衬砌管片（2）朝向内层衬砌管片（1），所述单向阻尼器（4）用于消纳地裂缝活动时外层衬砌管片（2）传递到内层衬砌管片（1）的压力；

其中，各所述复合支衬结构相邻设置，且各所述内层衬砌管片（1）的中心轴共线；

至少部分相邻的所述复合支衬结构的各内层衬砌管片（1）固定连接、各外层衬砌管片（2）固定连接；

所述外层衬砌管片（2）内径大于所述内层衬砌管片（1）外径、地裂缝段的预设最大变形量与单向阻尼器（4）的安装尺寸之和；

所述单向阻尼器（4）沿周向均匀分布在内层衬砌管片（1）与外层衬砌管片（2）之间；

各所述单向阻尼器（4）的延伸方向均朝向所述内层衬砌管片（1）的圆心位置。

2.如权利要求1所述的复合支衬装置，其特征在于，所述复合支衬装置的两端分别设置有加固端头（6），所述加固端头（6）用于连接所述复合支衬装置与外部管段。

3.如权利要求1所述的复合支衬装置，其特征在于，未固定连接的相邻的所述复合支衬结构之间设有橡胶圈。

4.如权利要求1所述的复合支衬装置，其特征在于，所述内部支撑层（3）填充有轻质弹性材料，所述轻质弹性材料的自由膨胀率小于40%。

5.如权利要求1所述的复合支衬装置，其特征在于，所述单向阻尼器（4）的最大变形量大于地裂缝段的预设最大变形量。

6.一种用于地裂缝段隧道的复合支衬装置的支衬方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-5任一项所述复合支衬装置，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：盾构机进行开挖，当盾构机经过地裂缝段后并完成地裂缝段的内层衬砌管片的安装；

步骤二，盾构机穿越地裂缝断后拆除一端内层衬砌管片为拆除段（8）后，形成地裂缝段工作的工作面（9）；

步骤三，接着在形成的工作面（9）上沿隧道径向开挖，并安装外层衬砌管片（2）；

步骤四，内层衬砌管片（1）与外层衬砌管片（2）之间进行内部支撑层的填充以及单向缓冲器的安装，首先对水平面（10）以下的内层衬砌管片（1）与外层衬砌管片（2）之间的空间进行内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装；

步骤五，重复步骤三，至少部分相邻的外层衬砌管片、内层衬砌管片之间通过螺栓连接，后进行水平面（10）以上的内层衬砌管片（1）与外层衬砌管片（2）之间的空间内部支撑层的填充与单向缓冲器的安装，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装；

步骤六，加固地裂缝段的复合支衬装置的两端，并将地裂缝段的复合支衬装置与外部管片之间的拆除段（8）进行修复，连接复合支衬装置与外部管片，完成地裂缝段的复合支衬装置的安装。