CN114517693A - 一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，包括初期支护和二次衬砌，设置在隧道内壁的初期支护，设置在所述初期支护内壁的二次衬砌包括柔性节段和刚性节段，所述柔性节段和所述刚性节段沿所述隧道的轴向依次间隔设置，且所述柔性节段与所述刚性节段固定连接，所述柔性节段的强度低于所述刚性节段的强度；本发明通过将二次衬砌设置成为刚性节段和柔性节段依次连接，并保证柔性节段相对于刚性节段更易被破坏，在遇到地震等引起的突发错动时，柔性节段发生破坏，相邻刚性节段发生相对错动而不会引起自身的破坏，对突发地层错动事先有防护，事后的救援和灾后恢复也更加方便。

Description

一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌

技术领域

本发明涉及隧道衬砌领域，具体涉及一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌。

背景技术

目前，随着隧道建设规模的不断扩大，建设中遇到的地质条件越来越复杂，其中断层破碎带就是常遇到的不良地质之一。断层破碎带隧道围岩条件复杂，岩体破碎，地层结构不稳定，一旦发生地震等突发地质灾害，极易产生突发的隧道衬砌错动。

针对穿越断层破碎带工况，传统隧道采取的措施主要是进行注浆加固围岩及加强支护措施，一旦地层发生错动，不仅隧道的损坏程度大，同时损坏的位置也具有随机性，对灾害的防护、事后的救援和灾后重建造成很大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统隧道衬砌强度相同，地层发生错动，隧道的损坏程度大、随机性强，目的在于提供一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，解决了隧道衬砌错动后损失难以控制的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，包括：

设置在隧道内壁的初期支护；

设置在所述初期支护内壁的二次衬砌，其包括柔性节段和刚性节段，所述柔性节段和所述刚性节段沿所述隧道的轴向依次间隔设置，且所述柔性节段与所述刚性节段固定连接；

其中，所述柔性节段的强度低于所述刚性节段的强度。

具体地，所述初期支护采用栅格钢架，其呈弧形设置在所述隧道的内壁。

具体地，所述刚性节段包括：

弧形工字钢，多个所述弧形工字钢平行设置，且多个所述弧形工字钢的弧心位于同一水平面，并沿所述隧道的轴线设置；

纵向连接装置，其固定设置在两个相邻的所述弧形工字钢之间；

锚固组件，其内端与所述纵向连接装置连接，所述锚固组件的外端与所述隧道的内壁固定连接。

具体地，所述纵向连接装置包括多个平行设置的纵向连接组件，其与所述隧道的轴线平行设置，所述纵向连接组件的两端分别与两个相邻设置的所述弧形工字钢固定连接。

优选地，多个所述纵向连接组件沿所述弧形工字钢的弧长方向分布，且一个所述纵向连接装置至少包括五个所述纵向连接组件；

两个相邻的所述纵向连接装置的多个纵向连接组件一一对称设置，其对称面为所述弧形工字钢的径向剖面。

具体地，所述锚固组件包括：

锚墩；

锚索，其内端与所述锚墩固定连接，所述锚索的外端与所述隧道的内壁固定连接；

所述锚墩与所述纵向连接组件连接，且对所述纵向连接组件施加向外的作用力。

优选地，所述纵向连接组件包括：

两个平行设置的纵向工字钢，两个所述纵向工字钢之间设置有供所述锚索穿过的间隙；

所述锚墩设置在所述纵向工字钢的内侧面，且与所述纵向工字钢的内侧面贴合，所述锚墩对所述纵向工字钢施加向外的作用力。

作为一个实施方式，相邻的两个所述锚固组件在所述隧道的轴线方向上的距离为3～4m，所述锚索的长度为所述隧道跨度的1.5倍，所述锚索的根数与所述纵向连接装置内的所述纵向连接组件的数量相同。

具体地，所述柔性节段包括：

弧形钢板，两个所述弧形钢板平行设置，且分别嵌入两个相邻的所述刚性节段内；

纵向钢筋，其与所述隧道的轴线平行设置且位于两个所述弧形钢板之间，所述纵向钢筋的两端分别与两个弧形钢板固定连接，多个纵向钢筋与多个所述纵向连接组件一一对应设置。

作为一种优选地，所述钢板的高度大于所述二次衬砌的厚度的3/4，所述柔性节段在所述隧道的轴线上的长度为1m。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过将二次衬砌设置成为刚性节段和柔性节段依次连接，并保证柔性节段相对于刚性节段更易被破坏，在遇到地震等引起的突发错动时，柔性节段发生破坏，相邻刚性节段发生相对错动而不会引起自身的破坏，对突发地层错动事先有防护，事后的救援和灾后恢复也更加方便。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1是根据本发明所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌的结构示意图。

图2是根据本发明所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌的断面示意图。

附图标记：1-初期支护，2-二次衬砌，21-刚性节段，22-柔性节段，211-弧形工字钢，212-纵向工字钢，213-锚墩，214-锚索，221-弧形钢板，222-纵向钢筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

复合式衬砌指的是分内外两层先后施作的隧道衬砌。在坑道开挖后,先及时施作与围岩密贴的外层柔性支护(一般为喷锚支护)，也称初期支护1，容许围岩产生一定的变形，而又不致于造成松动压力的过度变形。待围岩变形基本稳定以后再施作内层衬砌(一般是模筑的)，也称二次支护。两层衬砌之间，根据需要设置防水层，也可灌筑防水混凝土内层衬砌而不做防水层。

传统的二次衬砌2在隧道内均为同一构造，从而导致具有同一强度，在发生地震等突发地质灾害时，复合型衬砌的被破坏位置不易预测，且可能出现破坏范围较大。

实施例一

本实施例为了解决上述问题，提供一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，包括初期支护1和二次衬砌2。

设置在隧道内壁的初期支护1，初期支护1是在进行暗挖施工时的一项安全的施工保护措施，本实施例中的初期支护1采用栅格钢架，其呈弧形设置在隧道的内壁，其设计强度应满足断层带不发生地层错动的工况。

设置在初期支护1内壁的二次衬砌2，二次衬砌2是隧道工程施工在初期支护1内侧施作的模筑混凝土或纵向钢筋222混凝土衬砌，与初期支护1共同组成复合式衬砌，二次衬砌2和初期支护1相对而言，指在隧道已经进行初期支护1的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌，以达到加固支护、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用，以适应现代化高速道路隧道建设的要求。

如图1所示，本实施例中的二次衬砌2包括柔性节段22和刚性节段21，柔性节段22和刚性节段21沿隧道的轴向依次间隔设置，且柔性节段22与刚性节段21固定连接，即两个相邻的刚性阶段之间必定设置有一个柔性节段22，且整个隧道的两端均为刚性节段21，因此最终情况为：刚性节段21的数量＝柔性节段22的数量+1。

柔性节段22的强度低于刚性节段21的强度，在遇到地震等引起的突发错动时，柔性节段22发生破坏，相邻的刚性节段21发生相对错动。从而使得在地层突然错动时引导破坏发生在柔性节段22，而保证刚性节段21不发生破坏。

在刚性节段21和柔性节段22应分别采用不同内装图案，柔性节段22内装标注“发生地震时避免在该段停留”的标识。

实施例二

为了增加刚性节段21的强度，本实施例对刚性节段21的结构加以说明。

刚性节段21包括弧形工字钢211、纵向连接装置和锚固组件。

如图1所示，多个弧形工字钢211平行设置，且多个弧形工字钢211的弧心位于同一水平面，并沿隧道的轴线设置，即弧形工字钢211的两端均与隧道的底面连接，弧形工字钢211的弧形段与隧道的弧形面适配，其具体结构本领域技术人员可以根据现有技术进行设定。

纵向连接装置固定设置在两个相邻的弧形工字钢211之间，通过多个纵向连接装置可以实现将多个弧形工字钢211依次连接的目的，其中纵向连接装置的数量＝弧形工字钢211的数量-1。

锚固组件的内端与纵向连接装置连接，锚固组件的外端与隧道的内壁固定连接，通过锚固组件对纵向连接装置进行加固，；纵向连接装置起到加强节段刚性的作用，而锚索214使得刚性节段21可以随着地层错动而不破坏。

纵向连接装置包括多个平行设置的纵向连接组件，纵向连接组件具有第一端和第二端，其呈直线结构，纵向连接组件的第一端和第二端分别与纵向连接装置的两侧的两个弧形工字钢211固定连接。

纵向连接组件与隧道的轴线平行设置，纵向连接组件的两端分别与两个相邻设置的弧形工字钢211固定连接，连接方式可以为焊接连接，且一般情况下，纵向连接组件与弧形工字钢211的侧面垂直设置。

多个纵向连接组件沿弧形工字钢211的弧长方向分布，且一个纵向连接装置至少包括五个纵向连接组件，即至少5个纵向连接组件沿弧形工字钢211的弧心呈环形均匀分布，可以在弧形面上起到加强的作用。

两个相邻的纵向连接装置的多个纵向连接组件一一对称设置，其对称面为弧形工字钢211的径向剖面，即如图1所示，位于同一直线。

实施例三

锚固组件包括锚墩213和锚索214。

锚索214的内端与锚墩213固定连接，锚索214的外端与隧道的内壁固定连接，锚墩213与纵向连接组件连接，且对纵向连接组件施加向外的作用力。

为了与上述锚固组件进行适配，本实施例中的纵向连接组件包括两个平行设置的纵向工字钢212，两个纵向工字钢212之间设置有供锚索214穿过的间隙；使得锚索214从两个纵向工字钢212之间穿过而不用在纵向工字钢212上钻孔，增加纵向工字钢212的强度。

因此将锚墩213设置在纵向工字钢212的内侧面，且与纵向工字钢212的内侧面贴合，锚墩213对纵向工字钢212施加向外的作用力。

实施例四

本实施例对柔性节段22进行结构描述，柔性节段22包括弧形钢板221和纵向钢筋222。

两个弧形钢板221平行设置，且分别嵌入两个相邻的刚性节段21内，纵向钢筋222与隧道的轴线平行设置且位于两个弧形钢板221之间，纵向钢筋222的两端分别与两个弧形钢板221固定连接，多个纵向钢筋222与多个纵向连接组件一一对应设置。

即将两个刚性节段21之间通过纵向钢筋222连接，纵向钢筋222的强度低于纵向工字钢212的强度，并且将纵向钢筋222的强度适当减弱；利用钢板与混凝土的变形不协调性，在纵向上形成薄弱点，引导地层错动时钢板附近的衬砌先行破坏。

实施例五

本实施例是对上述所有实施例中的尺寸进行限定一个最优实施例，本实施例中，相邻的两个锚固组件在隧道的轴线方向上的距离为3～4m，锚索214的长度为隧道跨度的1.5倍，锚索214的根数与纵向连接装置内的纵向连接组件的数量相同(图示中为9个，在成本预算合理的情况下，纵向连接组件的数量越多越好)。

钢板的高度大于二次衬砌2的厚度的3/4，柔性节段22在隧道的轴线上的长度为1m。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，包括：

设置在隧道内壁的初期支护；

设置在所述初期支护内壁的二次衬砌，其包括柔性节段和刚性节段，所述柔性节段和所述刚性节段沿所述隧道的轴向依次间隔设置，且所述柔性节段与所述刚性节段固定连接；

其中，所述柔性节段的强度低于所述刚性节段的强度。

2.根据权利要求1所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述初期支护采用栅格钢架，其呈弧形设置在所述隧道的内壁。

3.根据权利要求1所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述刚性节段包括：

弧形工字钢，多个所述弧形工字钢平行设置，且多个所述弧形工字钢的弧心位于同一水平面，并沿所述隧道的轴线设置；

纵向连接装置，其固定设置在两个相邻的所述弧形工字钢之间；

锚固组件，其内端与所述纵向连接装置连接，所述锚固组件的外端与所述隧道的内壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述纵向连接装置包括多个平行设置的纵向连接组件，其与所述隧道的轴线平行设置，所述纵向连接组件的两端分别与两个相邻设置的所述弧形工字钢固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，多个所述纵向连接组件沿所述弧形工字钢的弧长方向分布，且一个所述纵向连接装置至少包括五个所述纵向连接组件；

两个相邻的所述纵向连接装置的多个纵向连接组件一一对称设置，其对称面为所述弧形工字钢的径向剖面。

6.根据权利要求4或5所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述锚固组件包括：

锚墩；

锚索，其内端与所述锚墩固定连接，所述锚索的外端与所述隧道的内壁固定连接；

所述锚墩与所述纵向连接组件连接，且对所述纵向连接组件施加向外的作用力。

7.根据权利要求6所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述纵向连接组件包括：

两个平行设置的纵向工字钢，两个所述纵向工字钢之间设置有供所述锚索穿过的间隙；

所述锚墩设置在所述纵向工字钢的内侧面，且与所述纵向工字钢的内侧面贴合，所述锚墩对所述纵向工字钢施加向外的作用力。

8.根据权利要求6所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，相邻的两个所述锚固组件在所述隧道的轴线方向上的距离为3～4m，所述锚索的长度为所述隧道跨度的1.5倍，所述锚索的根数与所述纵向连接装置内的所述纵向连接组件的数量相同。

9.根据权利要求5所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述柔性节段包括：

弧形钢板，两个所述弧形钢板平行设置，且分别嵌入两个相邻的所述刚性节段内；

纵向钢筋，其与所述隧道的轴线平行设置且位于两个所述弧形钢板之间，所述纵向钢筋的两端分别与两个弧形钢板固定连接，多个纵向钢筋与多个所述纵向连接组件一一对应设置。

10.根据权利要求9所述的一种穿越断层带的刚柔结合型隧道复合式衬砌，其特征在于，所述钢板的高度大于所述二次衬砌的厚度的3/4，所述柔性节段在所述隧道的轴线上的长度为1m。

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