CN114109443B - 一种跨断层山岭隧道抗错断结构 - Google Patents

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Abstract

一种跨断层山岭隧道抗错断结构，属于隧道施工技术领域。本发明解决了现有的隧道抗错断结构无法综合考虑断层错动、地震以及其他地质灾害对隧道结构影响的问题。它包括由外至内依次布置的初期支护及二次衬砌，其中初期支护与二次衬砌之间布置有防水层，所述初期支护包括若干支护主体及用于连接每相临两支护主体的若干第一抗错断接头，所述二次衬砌包括若干衬砌主体及用于连接每相临两衬砌主体的若干第二抗错断接头。不仅能够减轻断层错动对隧道结构造成的损伤，还能够抵御地震等其他地质灾害，并且断层错动引起的损伤集中在隧道抗错断接头处，便于灾后定点修复。同时该隧道抗错断结构构造简单，易于施工，方便在实际工程中应用。

Description

一种跨断层山岭隧道抗错断结构
技术领域
本发明涉及一种跨断层山岭隧道抗错断结构，属于隧道施工技术领域。
背景技术
近年来随着我国经济的高速增长，基础设施的建设进入了快速发展的阶段。在这些基础设施如铁路、公路的建设过程中，由于地形地貌的要求免不了要修建大量的隧道。随着隧道工程的增多，很多隧道都出现了穿越断层破碎带的情况，这对隧道工程的建设带来了极大的不利影响。一旦断层发生错动，断层的永久变形很容易对隧道结构产生损害，使隧道结构产生开裂、错台，甚至严重破坏隧道结构。因此对跨断层隧道进行合理的抗错断设计是十分必要的。
在跨断层隧道的抗错断方面，根据隧道的损伤机理，相应的隧道抗错断措施被提出并逐渐应用到实际工程中，如改善隧道衬砌的力学特性、扩大隧道断面尺寸和设置铰接缝等。研究表明，在隧道衬砌节段之间设置铰接缝能够有效地减轻断层错动造成的隧道结构的损伤。现有的抗错断方法往往单独对隧道结构抗错断进行设计，无法综合考虑断层错动、地震以及其他地质灾害对隧道结构的影响。因此，提出一种新型的跨断层山岭隧道抗错断结构，在隧道抗错断的同时还能抵御其他的地质灾害，这对实际的工程应用具有重要的现实意义。
发明内容
本发明是为了解决现有的隧道抗错断结构无法综合考虑断层错动、地震以及其他地质灾害对隧道结构影响的问题，进而提供了一种跨断层山岭隧道抗错断结构。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种跨断层山岭隧道抗错断结构，它包括由外至内依次布置的初期支护及二次衬砌，其中初期支护与二次衬砌之间布置有防水层，所述初期支护包括若干支护主体及用于连接每相临两支护主体的若干第一抗错断接头，所述二次衬砌包括若干衬砌主体及用于连接每相临两衬砌主体的若干第二抗错断接头；
其中若干第一抗错断接头与若干第二抗错断接头一一对应布置；
所述第一抗错断接头包括第一接头主体及若干组第一柔性钢索，所述第二抗错断接头包括两个第二接头主体及若干组第二柔性钢索；
第一接头主体的每一端部与其相临的支护主体之间的铰接缝填充有第一柔性填充层，两个第二接头主体之间的铰接缝填充有第二柔性填充层，第二抗错断接头与防水层之间填充有柔性垫层；
所述支护主体内、所述第一接头主体内及所述第二接头主体内均并排布置有若干钢拱架，若干第一柔性钢索穿装在第一柔性填充层内且两端对应与相临的两个钢拱架之间固接，若干第二柔性钢索穿装在第二柔性填充层内且两端对应与相临的两个钢拱架之间固接。
进一步地，第一抗错断接头与其对应的第二抗错断接头之间的防水层作褶皱处理。
进一步地，第一柔性填充层上朝向初期支护外侧的一侧及靠近防水层的一侧分别填充有密封材料。
进一步地，所述密封材料为双组分聚硫密封胶。
进一步地，所述第一柔性填充层的材料及所述柔性垫层的材料均为高阻尼橡胶。
进一步地，所述第二柔性填充层的材料为高阻尼橡胶或纤维泡沫混凝土。
进一步地，所述支护主体及所述第一接头主体均由混凝土喷射形成，且内嵌单层钢筋网及若干钢拱架。
进一步地，所述第二接头主体由混凝土喷射形成，且内嵌双层钢筋网及若干钢拱架。
进一步地，每组第一柔性钢索及每组第二柔性钢索中柔性钢索的数量均为两个。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请中的隧道抗错断结构不仅能够减轻断层错动对隧道结构造成的损伤，还能够抵御地震等其他地质灾害，并且断层错动引起的损伤集中在隧道抗错断接头处，便于灾后定点修复。同时该隧道抗错断结构构造简单，易于施工，方便在实际工程中应用。
附图说明
图1为本申请中的带隧道抗错断接头的部分隧道结构三维示意图；
图2为本申请中的隧道结构拱顶纵截面示意图(图1的A-A剖面)；
图3为本申请中的钢拱架与柔性钢索连接的三维示意图；
图4为本申请中的断层位错下带隧道抗错断接头的隧道结构变形示意图；
图5为本申请中的断层位错下隧道抗错断接头变形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～5说明本实施方式，一种跨断层山岭隧道抗错断结构，它包括由外至内依次布置的初期支护1及二次衬砌2，其中初期支护1与二次衬砌2之间布置有防水层3，所述初期支护1包括若干支护主体11及用于连接每相临两支护主体11的若干第一抗错断接头12，所述二次衬砌2包括若干衬砌主体21及用于连接每相临两衬砌主体21的若干第二抗错断接头22；
其中若干第一抗错断接头12与若干第二抗错断接头22一一对应布置；
所述第一抗错断接头12包括第一接头主体121及若干组第一柔性钢索122，所述第二抗错断接头22包括两个第二接头主体221及若干组第二柔性钢索222；
第一接头主体121的每一端部与其相临的支护主体11之间的铰接缝填充有第一柔性填充层123，两个第二接头主体221之间的铰接缝填充有第二柔性填充层223，第二抗错断接头22与防水层3之间填充有柔性垫层224；
所述支护主体11内、所述第一接头主体121内及所述第二接头主体221内均并排布置有若干钢拱架4，若干第一柔性钢索122穿装在第一柔性填充层123内且两端对应与相临的两个钢拱架4之间固接，若干第二柔性钢索222穿装在第二柔性填充层223内且两端对应与相临的两个钢拱架4之间固接。
若干支护主体11与若干衬砌主体21内外对应设置。
第一抗错断接头12与其对应布置的第二抗错断接头22共同构成隧道抗错断接头5。
本申请通过设置隧道抗错断接头5，能够引导并吸收断层错动位移，减轻隧道结构的损伤。由于第一抗错断接头12及第二抗错断接头22的结构设计，保证了隧道抗错断接头5处横截面的强度和刚度，满足隧道横截面普通设计和抗震设计要求。同时第一柔性填充层123及第二柔性填充层223能够充当抗震缝，减轻小纵向地震波的影响。
如图4所示，当断层产生错动位移时，错动位移主要集中在隧道抗错断接头5处，隧道抗错断接头5由于吸收了错动位移而被拉伸、压缩、剪切和弯曲等，因此断层错动位移下隧道结构的损伤主要集中在隧道抗错断接头5处，便于灾后定点修复。
如图5所示，当隧道抗错断接头5吸收了断层错动位移时，接头内及附近的支护主体11及衬砌主体21发生移动或转动，第一柔性填充层123、第二柔性填充层223及柔性垫层224由于材料的低强度而被轻易的压缩或剪切，从而保护了初期支护1的支护主体11及二次衬砌2的衬砌主体21等隧道主要结构免遭破坏。穿过第一柔性填充层123的第一柔性钢索122被完全拉直时能够对初期支护1产生拉力，避免初期支护1产生过大的位移导致隧道结构发生破坏。
本申请通过设置隧道抗错断接头5，能够抵御纵向地震波。当隧道结构受到纵向地震波激励时，隧道结构在纵向产生拉伸和压缩变形，隧道抗错断接头5中的第一柔性填充层123和第二柔性填充层223能够吸收纵向的拉伸和压缩变形，从而使隧道结构免遭纵向地震的破坏。
每个柔性钢索的端部对应穿过其相临钢拱架4的腹板，柔性钢索两端的锚固件的位移被钢拱架4的腹板限制，使柔性钢索受拉时嵌入混凝土的两端不会被抽出。
通过加密设置钢拱架4，起到对初期支护1和二次衬砌2中的第二接头主体221的结构加固作用，以进一步减轻初期支护1和二次衬砌2的损伤。
初期支护1和二次衬砌2由于厚度不同，布置的钢拱架4型号和尺寸也是不同的，可根据实际需求设计。
所述钢拱架4为工字钢弯曲而成。
第一抗错断接头12与其对应的第二抗错断接头22之间的防水层3作褶皱处理。如此设计，当隧道抗错断接头5吸收的错动位移较大时，被折叠布置在初期支护1和二次衬砌2之间的防水层3被拉直而免遭损坏，从而能够继续行使防水功能。
第一柔性填充层123上朝向初期支护1外侧的一侧及靠近防水层3的一侧分别填充有密封材料124。所述密封材料124可采用双组分聚硫密封胶等弹性密封材料124。其具有与混凝土自粘接性能和嵌缝止水功能，能够保证第一柔性填充层123在使用期间性能稳定。
所述密封材料124为双组分聚硫密封胶。
所述第一柔性填充层123的材料及所述柔性垫层224的材料均为高阻尼橡胶。如此设计，能够保证铰接缝在吸收位移时产生大变形同时保持弹性状态，无需对其进行修复。
所述第二柔性填充层223的材料为高阻尼橡胶或纤维泡沫混凝土。如此设计，高阻尼橡胶或纤维泡沫混凝土均为低强度材料，低强度材料易于吸收变形，同时易于在灾后进行修复。
所述支护主体11及所述第一接头主体121均由混凝土喷射形成，且内嵌单层钢筋网及若干钢拱架4。
所述第二接头主体221由混凝土喷射形成，且内嵌双层钢筋网及若干钢拱架4。
每组第一柔性钢索122及每组第二柔性钢索222中柔性钢索的数量均为两个。

Claims (8)

1.一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：它包括由外至内依次布置的初期支护(1)及二次衬砌(2)，其中初期支护(1)与二次衬砌(2)之间布置有防水层(3)，所述初期支护(1)包括若干支护主体(11)及用于连接每相临两支护主体(11)的若干第一抗错断接头(12)，所述二次衬砌(2)包括若干衬砌主体(21)及用于连接每相临两衬砌主体(21)的若干第二抗错断接头(22)；
其中若干第一抗错断接头(12)与若干第二抗错断接头(22)一一对应布置；
所述第一抗错断接头(12)包括第一接头主体(121)及若干组第一柔性钢索(122)，所述第二抗错断接头(22)包括两个第二接头主体(221)及若干组第二柔性钢索(222)；
第一接头主体(121)的每一端部与其相临的支护主体(11)之间的铰接缝填充有第一柔性填充层(123)，两个第二接头主体(221)之间的铰接缝填充有第二柔性填充层(223)，第二抗错断接头(22)与防水层(3)之间填充有柔性垫层(224)；
所述支护主体(11)内、所述第一接头主体(121)内及所述第二接头主体(221)内均并排布置有若干钢拱架(4)，若干第一柔性钢索(122)穿装在第一柔性填充层(123)内且两端对应与相临的两个钢拱架(4)之间固接，若干第二柔性钢索(222)穿装在第二柔性填充层(223)内且两端对应与相临的两个钢拱架(4)之间固接；
第一抗错断接头(12)与其对应的第二抗错断接头(22)之间的防水层(3)作褶皱处理。
2.根据权利要求1所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：第一柔性填充层(123)上朝向初期支护(1)外侧的一侧及靠近防水层(3)的一侧分别填充有密封材料(124)。
3.根据权利要求2所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：所述密封材料(124)为双组分聚硫密封胶。
4.根据权利要求1或3所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：所述第一柔性填充层(123)的材料及所述柔性垫层(224)的材料均为高阻尼橡胶。
5.根据权利要求1或3所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：所述第二柔性填充层(223)的材料为高阻尼橡胶或纤维泡沫混凝土。
6.根据权利要求1所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：所述支护主体(11)及所述第一接头主体(121)均由混凝土喷射形成，且内嵌单层钢筋网及若干钢拱架(4)。
7.根据权利要求1所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：所述第二接头主体(221)由混凝土喷射形成，且内嵌双层钢筋网及若干钢拱架(4)。
8.根据权利要求1所述的一种跨断层山岭隧道抗错断结构，其特征在于：每组第一柔性钢索(122)及每组第二柔性钢索(222)中柔性钢索的数量均为两个。
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