CN111119947A - 一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，包括在跨越断层区域内开挖隧道坑、在隧道坑内浇筑隧道衬砌、回填覆盖土体等操作，其特征在于：所述的在隧道坑内浇筑隧道衬砌的具体作法是:在隧道坑内，用钢纤维混凝土，分节段浇筑隧道衬砌，隧道衬砌的节段间设置10cm‑20cm的变形缝(3)；且在断层的破碎带(1)区域内的隧道衬砌的节段长度为5‑10m，在断层的过渡带(2)的隧道衬砌的节段长度为8‑15m；所述的隧道衬砌的断面，均呈上拱下方的拱门形，且在上部的拱形与下部的矩形交接处以圆弧过渡；上部的拱形的高跨比为1/5‑1/12。用该法修建的明挖地铁隧道具有良好的抗错动和抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种明挖地铁隧道的修建方法。
背景技术
目前，随着地铁建设的不断推进，穿越活动断层的地铁隧道工程不断出现。而活动断层的错动(严重的错动即为地震)会严重影响隧道工程的稳定及安全，造成隧道结构的损害或破坏。
现有的地铁隧道按开挖方法分为明挖隧道和暗挖隧道两种：明挖隧道的开挖方法是先将地面挖开，形成露天的隧道坑，再在隧道坑中修筑隧道结构(衬砌)，然后再覆盖回填；明挖隧道适用于浅埋隧道及郊区隧道的修建。暗挖隧道的开挖方法是，是通过钻孔进入土体内部后，然后在土体内部横向挖洞并施作隧道结构；暗挖隧道适用于深埋及城区内地铁隧道的修建。
调查统计结果表明，明挖地铁隧道在活动断层发生错动时，其穿越活动断层的部位受到的损害大于暗挖隧道。这是因为明挖法更多的破坏了土体本身的固有结构，而回填土的结构强度低，导致明挖隧道及其周围的整体结构强度降低。加之明挖地铁隧道的断面均为矩形，具有隧道空间利用率高，施工便捷等优点，但明挖隧道的角隅处及顶部中间的应力集中，使其在活动断层错动、地震时受到的损害更严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，用该法修建的明挖地铁隧道具有良好的抗错动和抗震性能。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，包括在跨越断层区域内开挖隧道坑、在隧道坑内浇筑隧道衬砌、回填覆盖土体等操作，其特征在于：所述的在隧道坑内浇筑隧道衬砌的具体作法是:
在隧道坑内，用钢纤维混凝土，分节段浇筑隧道衬砌，隧道衬砌的节段间设置10cm-20cm的变形缝；且在断层的破碎带区域内的隧道衬砌的节段长度为5-10m，在断层的过渡带的隧道衬砌的节段长度为8-15m；
所述的隧道衬砌的断面，均呈上拱下方的拱门形，且在上部的拱形与下部的矩形交接处以圆弧过渡；上部的拱形的高跨比为1/5-1/12。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明方法在活动断层穿越区修建的地铁隧道，其隧道断面由现有的矩形改为上拱下方的拱门形。上部的拱形，能很好的将错动或地震的冲击力均匀分散至拱及矩形的侧墙上，有效的减少了拱顶的应力集中，明显降低了隧道顶部塌陷的损害；同时，拱形与矩形交接处以圆弧过渡，也有效的避免了断面角隅处的应力集中；从而有效减少错动对隧道的破坏。理论分析表明：无论裂缝长度和宽度还是数量都较矩形断面好，对裂缝进行简单的维修加固即可实现恢复通车，提高了隧道结构的抗错动和抗震性能。
二、本发明方法在活动断层穿越区，采用分段浇筑衬砌+段间变形缝柔性连接的方式修建地铁隧道；且在活动断层的错动危害最大的破碎带区域内的隧道衬砌节段更短(5-10m)，而在活动断层的错动危害更小的过渡带区域内的隧道衬砌节段更长(8-15m)，使隧道结构分段保持独立性，从而降低了活动断层区域尤其是破碎带区域的明挖隧的纵向刚度。在发生断层错动时，使得隧道结构更容易随地层错动而变形，隧道结构的破坏集中在连接部位或结构的局部(节段)，从而避免明挖隧道大规模的、不可修复的整体性破坏；可通过对损害的连接部位或结构局部进行维修，即可恢复明挖隧道的使用，也明显提高了隧道结构的抗错动和抗震性能。
三、本发明方法在活动断层穿越区，用钢纤维混凝土浇筑隧道衬砌，通过分散在混凝土中的钢纤维，减小因荷载在混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而阻止了混凝土裂缝的扩展，使得隧道衬砌整体抵抗外力的作用增强，其抗拉、抗弯及抗剪强度显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有很大改善。这也进一步提高了结构的抗震性能，同时又解决了钢筋过密，施工困难等问题。
四、拱门形的隧道衬砌增加了明挖地铁隧道的高度，减少了隧道上方的回填土石方量，降低了工程造价，与此同时减少隧道的上覆土压力，也提高了隧道结构的安全储备。
进一步，本发明的隧道衬砌的顶板厚度大于侧墙厚度，但小于底板厚度。
这样，提高了明挖隧道衬砌顶部的强度，弥补了明挖隧道上部回填土体强度较低的缺陷，提高了明挖隧道顶部的整体强度，进一步提高了隧道的抗震、抗错动性能。
进一步，本发明的隧道衬砌的节段间的变形缝由内侧敷设的折叠橡胶止水带和外侧填充的碳纤维增强环氧树脂复合材料构成。
变形缝外侧填充的碳纤维增强环氧树脂复合材料，能有效吸收和减缓错动和地震的冲击和能量，减轻对隧道衬砌节段的损害，提高了隧道的抗震、抗错动性能，内侧敷设的折叠橡胶止水带则保证了柔性的变形缝具有良好的防水性能。
进一步，本发明的钢纤维混凝土的组成和质量配比是：1份水泥、1.90份细骨料、1.80份粗骨料、0.39份水、0.28份钢纤维和0.01份减水剂；
进一步，本发明的的水泥为525普通硅酸盐水泥、细骨料为中砂或粗砂、粗骨料为最大粒径为15mm的碎石或卵碎石、钢纤维为规格为0.35mm×0.6mm×25mm的E-1型异形钢纤维、减水剂为FDN-Ⅰ高效减水剂。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的明挖地铁隧道衬砌的断面放大结构示意图。
图2是本发明实施例的地铁隧道及周围岩体(活动断层)的纵向剖视结构示意图。
图3是图2的局部A的放大结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1-3示出，本发明的一种具体实施方式是：一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，包括在跨越断层区域内开挖隧道坑、在隧道坑内浇筑隧道衬砌、回填覆盖土体等操作，其特征在于：所述的在隧道坑内浇筑隧道衬砌的具体作法是:
在隧道坑内，用钢纤维混凝土，分节段浇筑隧道衬砌，隧道衬砌的节段间设置10cm-20cm的变形缝3；且在断层的破碎带1区域内的隧道衬砌的节段长度为5-10m，在断层的过渡带2的隧道衬砌的节段长度为8-15m(见图2).
所述的隧道衬砌的断面，均呈上拱下方的拱门形，且在上部的拱形与下部的矩形交接处以圆弧过渡；上部的拱形的高跨比为1/5-1/12(见图1)。
本例的隧道衬砌的顶板a厚度大于侧墙b厚度，但小于底板c厚度(见图1)。
本例的隧道衬砌的节段间的变形缝3由内侧敷设的折叠橡胶止水带3b和外侧填充的碳纤维增强环氧树脂复合材料3a构成(见图3)。
本例的钢纤维混凝土的组成和质量配比是：1份水泥、1.90份细骨料、1.80份粗骨料、0.39份水、0.28份钢纤维和0.01份减水剂；
本例的水泥为525普通硅酸盐水泥、细骨料为中砂或粗砂、粗骨料为最大粒径为15mm的碎石或卵碎石、钢纤维为规格为0.35mm×0.6mm×25mm的E-1型异形钢纤维、减水剂为FDN-Ⅰ高效减水剂。
本发明方法既可修建单线明挖地铁隧道；将隧道加宽并在隧道中间加个分隔墙，即为双线明挖地铁隧道。
Claims (5)
1.一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，包括在跨越断层区域内开挖隧道坑、在隧道坑内浇筑隧道衬砌、回填覆盖土体等操作，其特征在于：所述的在隧道坑内浇筑隧道衬砌的具体作法是:
在隧道坑内，用钢纤维混凝土，分节段浇筑隧道衬砌，隧道衬砌的节段间设置10cm-20cm的变形缝(3)；且在断层的破碎带(1)区域内的隧道衬砌的节段长度为5-10m，在断层的过渡带(2)的隧道衬砌的节段长度为8-15m；
所述的隧道衬砌的断面，均呈上拱下方的拱门形，且在上部的拱形与下部的矩形交接处以圆弧过渡；上部的拱形的高跨比为1/5-1/12。
2.根据权利要求1所述的一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，其特征在于：所述的隧道衬砌的顶板(a)厚度大于侧墙(b)厚度，但小于底板(c)厚度。
3.根据权利要求1所述的一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，其特征在于：所述的隧道衬砌的节段间的变形缝(3)由内侧敷设的折叠橡胶止水带(3b)和外侧填充的碳纤维增强环氧树脂复合材料(3a)构成。
4.根据权利要求1所述的一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，其特征在于，所述的钢纤维混凝土的组成和质量配比是：1份水泥、1.90份细骨料、1.80份粗骨料、0.39份水、0.28份钢纤维和0.01份减水剂。
5.根据权利要求4所述的一种跨越断层的明挖地铁隧道的修建方法，其特征在于，所述的水泥为525普通硅酸盐水泥、细骨料为中砂或粗砂、粗骨料为最大粒径为15mm的碎石或卵碎石、钢纤维为规格为0.35mm×0.6mm×25mm的E-1型异形钢纤维、减水剂为FDN-Ⅰ高效减水剂。
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