CN1710252A - 一种适应围岩后期大变形的复合衬砌 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应围岩后期大变形的复合衬砌，属于地下工程支护结构领域。为了解决目前衬砌不能适应围岩后期的收敛变形和断层错动变形的不足，本发明提出一种复合衬砌，它由内层和外层组成，内层为混凝土层，厚度为30cm～200cm，是刚性层；外层是充填层，充填材料中含有土、木头、砂、石子和水，外层的厚度为30cm～150cm，是柔性层。该复合衬砌通过其可变形的外层，适应断层的错动变形，适应围岩的局部和全断面收敛变形，并且可以向围岩提供恰当的支护力，可保护内层免受破坏，可支护围岩使之趋向稳定。

Description

一种适应围岩后期大变形的复合衬砌

所属领域：

本发明涉及一种适应围岩后期变形的复合衬砌，属于地下工程支护结构领域。

背景技术：

在水工隧洞、交通隧道和矿山巷道等地下工程中，衬砌是保护地下空间内部安全、控制围岩稳定的支护措施之一。目前的衬砌以混凝土(包含钢筋混凝土)衬砌为主，其特点是刚性的，一般要求其与围岩紧贴在一起，如果围岩与衬砌之间存在空隙，也要求采用回填灌浆的办法，将该空隙填死，回填材料一般为混凝土或水泥砂浆，凝固后也是刚性的。当围岩发生变形时，衬砌会立即产生支护反力抑制围岩变形。为了避免衬砌破坏，目前一般是待围岩基本稳定后，才进行衬砌。

我国的南水北调西线工程，调水线路总长的75％以上是水工隧洞工程，隧洞埋深较大，一般在300m～900m，并且要穿越数条活动断层。在我国西南和西北的大量的水电和交通工程中，也将面临众多的深埋地下工程和穿越活动断层的地下工程。对于深埋的地下工程，由于地应力较高，围岩的收敛变形较大，围岩压力较大，并且该收敛变形有可能长期不会停止，在衬砌完成后，围岩还可能会发生较大变形。由于衬砌是刚性的，它不能适应围岩的较大变形，易于损坏，引起工程事故。对于穿过活动断层的地下工程，断层会发生错动，并且该错动力是十分巨大的，由于衬砌是刚性的，它不能适应断层的错动变形，也易于损坏。

发明内容：

为了解决目前衬砌不能适应衬砌后围岩变形和断层错动变形的不足，本发明提出一种复合衬砌，它由内层和外层组成，内层是刚性的，外层是柔性的。该复合衬砌既能适应围岩的收敛变形，也能适应断层的错动变形，并且可以向围岩提供恰当的支护抗力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在深埋或穿过活动断层的地下工程中，围岩的变形可分为三种情况，第一是活动断层的错动变形，其施加给衬砌的荷载是剪切力；第二是围岩的局部挤入，其施加给衬砌的荷载是局部荷载或集中力；第三是围岩的全断面挤入，其施加给衬砌的荷载是相对均匀的荷载。三种荷载对衬砌的威胁递减，但若超过一定量级都可以使衬砌破坏。根据支护结构与围岩的相互作用关系，当支护结构的变形量小时其所受到的围岩压力大，当支护结构的变形量大时其所受到的围岩压力小，并且在围岩变形的过程中，支护还要能为围岩提供恰当的支护力，否则围岩内部的松驰范围会迅速扩大，引发更大的围岩变形或者围岩垮塌。

因此本发明的技术要点有两个，第一是要具有一定的变形能力，以避免衬砌承受过大的荷载而破坏，第二是要能对围岩提供恰当的支护力，以避免围岩松弛范围迅速扩大或垮塌。为此，发明了具有内外两层的复合衬砌，其内层为刚性层，外层为柔性层。内层为混凝土层，其材料、结构和功能均与目前的混凝上衬砌基本相同。外层为充填层，在浇筑或搭建内层时，在内层与围岩之间留设充填空间，在内层具备一定的承载强度后，对留设的充填空间进行充填，充填完毕后形成外层。外层的关键参数有厚度和充填材料的配方，厚度值主要与复合衬砌的最大变形量相关，所需最大变形量越大，则厚度值越大；充填材料的配方主要与复合衬砌的支护刚度相关，当所需的支护刚度越小则充填材料就要配制的越软。本发明的厚度值范围是30cm～150cm，充填材料的组成为土、砂子、石子、木头和水，其中土的含量是用来调节充填材料的刚度，土含量越高则充填材料越软，流动性越高。土的体积含量不宜低于15％，否则充填材料流动性太低、刚度过大，致使复合衬砌的整体变形能力不足。

当围岩发生变形(错动变形、局部挤入变形或全断面挤入变形)时，首先承受围岩荷载的是外层，如果该荷载不大，则外层直接将该围岩荷载传递给内层，由于荷载不大，内层不会破坏；如果该荷载值较大，则外层会发生变形，随着变形的增加围岩的荷载就会下降，该荷载传递到内层时，内层也不会破坏。并且在外层变形的过程中，外层一直对围岩提供支护力，该支护力大小是受到外层材料的变形刚度控制，而变形刚度可通过充填材料的配方控制，因此围岩也不会失稳。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是实施例的结构示意图。

图1中，1.内层，2.外层，3.活动断层错动变形，4.局部围岩挤入变形，5.全断面围岩挤入变形，6.系统锚杆，7.围岩。

具体实施方式

如图1所示，图1为水工隧洞复合衬砌结构示意图，隧洞断面为直径6.5m的圆形。在隧洞开挖以后，立即施作系统锚杆6，对围岩7进行初期支护，初期支护完成后，在隧洞内支设混凝土模板，并在外模板与围岩7之间留设50cm厚的空间，在模板内浇筑混凝土，形成内层1。待内层1达到设计强度后，再向留设的空间内充填按配方配制的充填材料，形成外层2。内层1为C30混凝土层，厚度60cm，外层2为厚度50cm的充填层，充填材料为粘土、木头、砂、石子和水，其中粘土的体积含量为35％。

如图1所示，当发生活动断层错动变形3时，外层2随着断层的错动变形而发生剪切流动变形，该错动变形被外层2吸收了，而施加到内层1的错动荷载不会过大，内层1不会破坏。当发生局部挤入变形4时，外层2也发生相应的流动变形，局部变形被外层2吸收了，施加到内层1的局部荷载变小了，并且被均匀化了，内层1不会破坏。当发生全断面挤入变形5时，外层2充填材料中的木头会被压缩，外层2就会产生体积压缩变形，从而将全断面挤入变形吸收掉，则内层1受到的荷载也不会过大，内层1也不会破坏，并且内、外层还会共同对围岩7产生支护力，围岩7也不会迅速松弛或垮塌，并且会逐步稳定下来。

Claims (2)

1.一种适应围岩后期大变形的复合衬砌，其特征是由内层(1)和外层(2)组成，内层(1)为混凝土层，厚度为30cm～200cm，外层(2)是充填层，充填层材料中含有土、砂、石子和水，并且土的体积含量大于15％，外层(2)的厚度为30cm～150cm。

2.如权利要求1所述的复合衬砌，其特征在于外层(2)的构成材料中可含有木头。