CN114017059A - 一种跨断层隧道变形控制自适应结构 - Google Patents

一种跨断层隧道变形控制自适应结构 Download PDF

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耿萍
杨琪
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor

Abstract

本发明公开了一种跨断层隧道变形控制自适应结构，包括底部变形主动控制系统和上部变形适应结构；底部变形主动控制系统为：若干刚性混凝土底板通过柔性材料沿纵向铰接形成可适应纵向变形的混凝土底板基础；混凝土底板上均匀设置若干电动液压千斤顶，电动液压千斤顶顶部安装行车底板；同时，混凝土底板和行车底板之间安装若干电子位移计；上部变形适应结构为：在隧道衬砌外侧填充可压缩的沥青‑混凝土材料，隧道衬砌和沥青‑混凝土材料之间预留变形空隙，变形空隙中设置若干电子位移计。本发明通过实时监测断层长期蠕滑作用下的位移数据，然后调整隧道底部高低，使其在纵向水平一致；避免了跨活动断层隧道的纵向不均匀变形，保证了隧道结构的安全稳定和线路的平顺性。

Description

一种跨断层隧道变形控制自适应结构
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，涉及到隧道变形控制结构，尤其涉及一种跨断层隧道变形控制自适应结构。
背景技术
隧道是一种受地质条件影响较大的地下建筑物，特别是隧道穿越活动断裂带区域时，隧道纵向可能承受活动断层的长期蠕滑作用，从而导致隧道结构破坏。而造成隧道结构破坏的主要原因是地层蠕滑产生的强制位移，使得隧道在断层错动面两侧遭受方向相反的横向剪切作用。因此这类隧道十分重视控制地层位移对隧道的作用。目前，多采用扩挖、局部铰接等措施来减少地层位移对隧道的作用力，属于被动式的应对措施。随着断层长时间的缓慢滑动，隧道不可避免的会出现局部变形和破坏。而随着我国高速铁路隧道的迅速建设，列车的安全平稳运行对线路平顺提出了极高要求。因此，亟需研究新型的跨断层隧道变形自适应结构。
发明内容
为了解决长期蠕滑作用下跨断层隧道变形问题，本发明提供一种跨断层隧道变形控制自适应结构。
本发明的一种跨断层隧道变形控制自适应结构，包括底部变形主动控制系统和上部变形适应结构。
底部变形主动控制系统：若干刚性混凝土底板通过柔性材料沿纵向铰接形成可适应纵向变形的混凝土底板基础；混凝土底板上均匀设置若干电动液压千斤顶，电动液压千斤顶顶部安装行车底板；同时，混凝土底板和行车底板之间安装若干电子位移计。
上部变形适应结构：在隧道衬砌外侧填充可压缩的沥青-混凝土材料，隧道衬砌和沥青-混凝土材料之间预留变形空隙，变形空隙中设置若干电子位移计。
进一步的，底部变形主动控制系统中电动液压千斤顶和电子位移计数量设置为2:1。
优选的，电动液压千斤顶每排设置为12个。
本发明的一种跨断层隧道变形控制自适应结构的控制方法，具体为：电子位移计实时监测断层长期蠕滑作用下隧道开挖轮廓线上的位移，然后实时调整电动液压千斤顶的顶推高度，使得电动液压千斤顶的顶部维持在同一水平线上水平，保持隧道底部在纵向水平一致。
本发明的有益技术效果为：
本发明通过实时监测断层长期蠕滑作用下隧道开挖轮廓线上的位移，然后调整电动液压千斤顶的顶推高度，保持隧道底部在纵向水平一致。避免了跨活动断层隧道的纵向不均匀变形，保证了隧道结构的安全稳定和线路的平顺性。
附图说明
图1为传统马蹄形隧道结构横断面图。
图2为本发明跨断层隧道变形控制自适应结构横断面图。
图3为本发明跨断层隧道变形控制自适应结构的混凝土底板基础纵断面。
图4为本发明跨断层隧道变形控制自适应结构的控制方法作用图示。
图5为电动液压千斤顶，电子位移计图示。
图中：1-电动液压千斤顶、2-电子位移计、3-沥青-混凝土材料、4-变形空隙、5-隧道衬砌、6-混凝土底板、7-柔性材料、8-行车底板、A-仰拱、B-底部变形主动控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种跨断层隧道变形控制自适应结构，在如图1所示的传统的马蹄形隧道结构中，取消传统隧道的弧形仰拱，改设计为平直的底部变形主动控制系统。具体结构如图2所示，包括平直的底部变形主动控制系统和上部变形适应结构。
底部变形主动控制系统：如图3所示，若干混凝土底板6通过柔性材料7沿纵向铰接形成混凝土底板基础。混凝土底板6上均匀设置若干电动液压千斤顶1，电动液压千斤顶1顶部安装行车底板8；同时，混凝土底板6和行车底板8之间安装若干电子位移计2。电动液压千斤顶1和电子位移计2数量设置为2:1。优选的，电动液压千斤顶1每排设置为12个。
电动液压千斤顶1和电子位移计2如图5所示。
上部变形适应结构(这里指隧道底部以上)：在隧道衬砌5外侧填充可压缩的沥青-混凝土材料3，隧道衬砌5和沥青-混凝土材料3之间预留变形空隙4，变形空隙4中设置若干电子位移计2。变形空隙4一方面可以吸收横断面方向地层的位移变形，另一方面可以给隧道纵向位置调整预留空间。
其中，沥青-混凝土材料3填充层厚度，预留变形空隙4宽度需要根据断层年平均蠕滑位移量进行计算设计，底部的电动液压千斤顶1量程则还需要根据上部荷载进行选择。
本发明的一种跨断层隧道变形控制自适应结构施工过程如下：
(1)隧道外轮廓开挖及喷射混凝土施工；
(2)底部纵向柔性铰接的混凝土底板基础施工；
(3)底部电动液压千斤顶1和电子位移计2安装，行车底板8施工；
(4)沥青-混凝土材料3填充层施工，隧道衬砌5外侧电子位移计2安装；
(5)隧道衬砌5施工。
由于长期蠕滑效应作用，断层的上下盘发生相对滑动，使得隧道纵向上在活动断裂带范围内受到方向相反的剪切作用。本发明的一种跨断层隧道变形控制自适应结构的控制方法，具体为：
电子位移计2实时监测断层长期蠕滑作用下隧道开挖轮廓线上的位移，然后实时调整电动液压千斤顶1的顶推高度，使得电动液压千斤顶1的顶部维持在同一水平线上水平，保持隧道底部在纵向水平一致。而在上部的预留变形空隙4也给隧道纵向位置变动预留了操作空间，从而避免了跨活动断层隧道的纵向不均匀变形，保证了隧道结构的安全稳定和线路的平顺性，作用原理如图4所示。

Claims (4)

1.一种跨断层隧道变形控制自适应结构，其特征在于，包括平直的底部变形主动控制系统和上部变形适应结构；
所述底部变形主动控制系统结构为：刚性混凝土底板(6)通过柔性材料(7)沿纵向铰接形成可适应纵向变形的混凝土底板基础；混凝土底板(6)上均匀设置若干电动液压千斤顶(1)，电动液压千斤顶(1)顶部安装行车底板(8)；同时，混凝土底板(6)和行车底板(8)之间安装若干电子位移计(2)；
所述上部变形适应结构为：在隧道衬砌(5)外侧填充可压缩的沥青-混凝土材料(3)，隧道衬砌(5)和沥青-混凝土材料(3)之间预留变形空隙(4)，变形空隙(4)中设置若干电子位移计(2)。
2.根据权利要求1所述的一种跨断层隧道变形控制自适应结构，其特征在于，所述底部变形主动控制系统中电动液压千斤顶(1)和电子位移计(2)数量设置为2:1。
3.根据权利要求2所述的一种跨断层隧道变形控制自适应结构，其特征在于，所述电动液压千斤顶(1)每排设置为12个。
4.根据权利要求1所述的一种跨断层隧道变形控制自适应结构的控制方法，其特征在于，具体为：电子位移计(2)实时监测断层长期蠕滑作用下隧道开挖轮廓线上的位移，然后实时调整电动液压千斤顶(1)的顶推高度，使得电动液压千斤顶(1)的顶部维持在同一水平线上水平，保持隧道底部在纵向水平一致。
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