CN213175651U - 跨破碎带的隧道抗减震结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种跨破碎带的隧道抗减震结构，包括注浆围岩加固层以及围设于隧道的周侧且由围岩向外依次排布的第一初期支护层、减震层、第一防水层及二次衬砌层，注浆围岩加固层、第一初期支护层、减震层均由断层破碎段沿隧道纵向延伸至断层硬岩边界段；注浆围岩加固层设置于隧道的拱形区且其内侧与围岩抵接，第一初期支护层覆盖于注浆围岩加固层的外侧。该隧道抗减震结构加固隧道本身结构的同时降低了自身重量，设置减震层缓冲地震直接作用于隧道结构上的地震力，阻止地震能量向隧道内部传播，从抗震和减振两方面提高了隧道抗减震能力，避免跨破碎带区域的隧道结构在地震波作用下断层错动及破碎围岩失稳导致的隧道支护结构开裂问题。

Description

跨破碎带的隧道抗减震结构

技术领域

本实用新型涉及隧道支护结构技术领域，特别涉及一种跨破碎带的隧道抗减震结构。

背景技术

当地震烈度达到7级时，地下隧道结构就会发生轻微的破坏，给国民经济及财产造成一定的损失。1995年日本阪神地震及1999年中国台湾集集镇地震对地下结构破坏严重，引起了人们对地下隧道结构震害的重视。根据汶川8.0级地震公路隧道震害调查显示，震区穿越非活动性断层的隧道结构发生了二次衬砌开裂的现象，而跨活动性断层隧道结构震害严重，部分段落甚至出现了二次衬砌垮塌、围岩垮塌等严重震害。近年来随着隧道结构数量的增加及地震的频发，各隧道结构存在着不同程度的损坏，但损坏后的隧道结构修补极其困难。针对隧道围岩的地质条件较差，特别是跨大型破碎带的区域，隧道结构更加需要采取一些抗减震防护措施，提高隧道结构的整体性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种跨破碎带的隧道抗减震结构，以解决现有技术中跨破碎带区域的隧道结构在地震波作用下断层错动及破碎围岩失稳导致隧道支护结构开裂的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种跨破碎带的隧道抗减震结构，包括注浆围岩加固层以及围设于隧道的周侧且由围岩向外依次排布的第一初期支护层、减震层、第一防水层及二次衬砌层，所述注浆围岩加固层、所述第一初期支护层、所述减震层均由断层破碎段沿所述隧道纵向延伸至断层硬岩边界段；所述注浆围岩加固层设置于所述隧道的拱形区且其内侧与所述围岩抵接，所述第一初期支护层覆盖于所述注浆围岩加固层的外侧。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括设置于所述断层硬岩边界段的紧固结构以在所述减震层至所述围岩之间形成整体结构，所述隧道的同一横断面上间隔布设多个所述紧固结构。

进一步地，所述断层硬岩边界段靠近所述断层破碎段的一端及靠近所述硬岩段的一端均布设多个所述紧固结构。

进一步地，所述紧固结构包括伸缩螺杆和螺母，所述伸缩螺杆穿过所述减震层并伸入至所述围岩内，所述螺母在所述减震层的外壁锁紧所述伸缩螺杆。

进一步地，所述注浆围岩加固层在所述断层硬岩边界段之外形成有第一减震缝，所述第一初期支护层在所述断层硬岩边界段之外形成有第二减震缝，所述二次衬砌层在所述断层硬岩边界段之外形成有第三减震缝，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝所在的平面分别垂直于所述隧道的延伸方向，所述第三减震缝分别与所述第一减震缝、所述第二减震缝错开设置。

进一步地，所述第一减震缝与所述第二减震缝对应设置于所述隧道的同一横断面上。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括多个缓冲结构，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内均设置所述缓冲结构。

进一步地，所述缓冲结构包括沿所述隧道的纵向延伸的钢筋及套设于所述钢筋上的弹性件，所述钢筋的两端分别连接所述第一减震缝两侧的所述注浆围岩加固层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第一减震缝两侧的所述注浆围岩加固层上；或者所述钢筋的两端分别连接所述第二减震缝两侧的所述第一初期支护层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第二减震缝两侧的所述第一初期支护层上；或者所述钢筋的两端分别连接所述第三减震缝两侧的所述二次衬砌层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第三减震缝两侧的所述二次衬砌层上。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括多个中埋式止水带，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内均设置所述中埋式止水带。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括沥青混凝土层，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内分别填充有所述沥青混凝土层。

进一步地，所述减震层沿所述隧道纵向的端部与所述注浆围岩加固层沿所述隧道纵向的对应端部处于所述隧道的同一横断面上。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括第二防水层，所述第二防水层设置于所述注浆围岩加固层与所述第一初期支护层之间。

进一步地，所述隧道抗减震结构还包括设置于硬岩段的第二初期支护层，所述第二初期支护层与所述注浆围岩加固层的端部连接。

进一步地，所述二次衬砌层、所述第一防水层沿所述隧道纵向的两端部分别延伸至所述硬岩段，所述第二初期支护层与所述第一防水层之间形成有三角区，所述三角区内填充有柔性材料。

本实用新型提供的跨破碎带的隧道抗减震结构，在隧道的拱形区设置注浆围岩加固层来加固隧道本身的结构，同时降低了隧道结构的自身重量，并在第一初期支护层与二次衬砌层之间设置减震层，来缓冲地震情况下直接作用于隧道结构上的地震力，有效阻止地震能量向隧道的内部传播，从抗震和减振两方面综合提高了隧道的抗减震能力，避免了跨破碎带区域的隧道结构在地震波作用下断层错动及破碎围岩失稳导致的隧道支护结构开裂问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的跨破碎带的隧道抗减震结构的纵剖面示意图；

图2为本实用新型实施例提供的跨破碎带的隧道抗减震结构在断层硬岩边界段的横断面结构示意图；

图3为图1中所示第一减震缝的结构示意图。

附图标记说明：

1、硬岩段；2、断层破碎段；3、断层硬岩边界段；

10、注浆围岩加固层；11、第一减震缝；20、第一初期支护层；21、第二减震缝；30、减震层；40、第一防水层；50、二次衬砌层；51、第三减震缝； 60、第二防水层；70、第二初期支护层；80、沥青混凝土层；

100、紧固结构；

200、缓冲结构；210、钢筋；220、弹性件；

300、中埋式止水带。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。在本实用新型的描述中，相关方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，其中，“内”、“外”是指图1的内外方向。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

另外，在本实用新型中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“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。

参照图1至图3，本申请实施例提供了一种跨破碎带的隧道抗减震结构，包括注浆围岩加固层10以及围设于隧道的周侧且由围岩向外依次排布的第一初期支护层20、减震层30、第一防水层40及二次衬砌层50，注浆围岩加固层 10、第一初期支护层20、减震层30均由断层破碎段2沿隧道纵向延伸至断层硬岩边界段3；注浆围岩加固层10设置于隧道的拱形区且其内侧与围岩抵接，第一初期支护层20覆盖于注浆围岩加固层10的外侧。

可以理解地，跨破碎带的隧道可以分为三个标段，包括硬岩段1、断层硬岩边界段3及断层破碎段2。本申请实施例中，为了方便描述，将隧道区域分为拱形区和底板，拱形区包括隧道横向的左右两侧壁及其延伸到拱顶的区域，在隧道的横断面上，拱形区大概呈倒C形状，参照图2；底板位于隧道的底部，其横向两端连接隧道的两侧壁。

本申请实施例中，参照图1，在断层破碎段2及断层硬岩边界段3的拱形区，从围岩向外依次设置有注浆围岩加固层10、第一初期支护层20、减震层 30、第一防水层40及二次衬砌层50；而在断层破碎段2及断层硬岩边界段3 的底板区域，从围岩向外依次设置第一初期支护层20、减震层30、第一防水层 40及二次衬砌层50。其中，注浆围岩加固层10即是通过注浆的形式对围岩进行加固而形成的结构，注浆围岩加固层10的内侧与围岩抵接，外侧覆盖第一初期支护层20。可以看出，除了注浆围岩加固层10，第一初期支护层20、减震层30、第一防水层40及二次衬砌层50均沿隧道横向的周侧围设。

也就是说，本申请实施例仅在隧道的拱形区设置注浆围岩加固层10，相比于在隧道的周侧均注浆加固的结构，减轻了隧道抗减震结构本身的重量，同时达到了对围岩进行加固的效果，提高了隧道的抗震能力。

本申请实施例中，在断层破碎段2及断层硬岩边界段3均设置了减震层30，且减震层30设置于第一初期支护层20与二次衬砌层50之间，防止隧道结构之间及其与围岩之间在地震力作用下的直接碰撞，能够缓冲地震条件下直接作用于隧道结构上的地震力，有效阻止地震能量向隧道的内部传播。可以理解地，减震层30可以选择橡胶等能够起到缓冲减震作用的材料，能够对其厚度进行有效地控制，也便于施工。

在一些实施例中，参照图1，隧道抗减震结构还包括设置于断层硬岩边界段3的紧固结构100以在减震层30至围岩之间形成整体结构，隧道的同一横断面上间隔布设多个紧固结构100。本申请实施例中，在断层硬岩边界段3，通过紧固结构100将减震层30至围岩之间的结构与围岩连接为一个整体，使隧道抗减震结构与天然土体紧固连接，能够减少地震力作用下天然土体对隧道抗减震结构的摩擦约束作用，同时也具有一定的持载能力，防止断层破碎段2的错动损坏隧道结构。参照图2，在隧道的同一个横断面上，多个紧固结构100间隔布设于拱形区和底板上。

可以理解地，紧固结构100可以设置在断层硬岩边界段3的隧道的多个横断面上，且每个横断面上均间隔布设多个紧固结构100。在一些实施例中，断层硬岩边界段3靠近断层破碎段2的一端及靠近硬岩段1的一端均布设多个紧固结构100。参照图1，也就是说，断层硬岩边界段3的两端部都设置有紧固结构100，能更好地使隧道抗减震结构与天然土体紧固连接。

进一步地，紧固结构100包括伸缩螺杆和螺母，伸缩螺杆穿过减震层30 并伸入至围岩内，螺母在减震层30的外壁锁紧伸缩螺杆。本申请实施例中，伸缩螺杆能够起到缓冲的作用，吸收地震波传递的部分能量。伸缩螺杆优选具有自复位功能的螺杆，其在隧道与天然土体发生较小的变形时，能够进行一定程度的自身调整和修复。螺母固定于减震层30的外壁并将伸缩螺杆锁紧，使减震层30至围岩之间的结构与围岩连接为一个整体，实现人工构筑物与天然土体的配合。本申请实施例的伸缩螺杆与螺母的配合，避免了在断层硬岩边界段3及断层破碎段2可能出现的隧道断层错动下的破坏局部化，引起隧道结构的整体坍塌。

在一些实施例中，注浆围岩加固层10在断层硬岩边界段3之外形成有第一减震缝11，第一初期支护层20在断层硬岩边界段3之外形成有第二减震缝21，二次衬砌层50在断层硬岩边界段3之外形成有第三减震缝51，第一减震缝11、第二减震缝21、第三减震缝51所在的平面分别垂直于隧道的延伸方向，第三减震缝51分别与第一减震缝11、第二减震缝21错开设置。

可以理解地，第一减震缝11、第二减震缝21、第三减震缝51的数量分别可以为一个或者多个。第二减震缝21与第三减震缝51呈环形，位于隧道的周侧。由于注浆围岩加固层10仅设置于隧道的拱形区，即从隧道的两侧壁延伸至拱顶，第一减震缝11也大概呈倒C形状。各减震缝优选设置于垂直于隧道纵向的横断面上。进一步地，第一减震缝11与第二减震缝21对应设置于隧道的同一横断面上。

可以理解地，在断层硬岩边界段3，破碎带容易发生位移突变，造成破碎带的围岩失稳。本申请实施例中将注浆围岩加固层10的第一减震缝11分别与第一初期支护层20的第二减震缝21、二次衬砌层50的第三减震缝51错开设置，并且在断层硬岩边界段3均不设置各减震缝，能够使隧道抗减震结构有效地适应变形和吸收地震能量，提高隧道结构的承载力，从而实现保护衬砌结构的目的。

在一些实施例中，隧道抗减震结构还包括多个缓冲结构200，第一减震缝 11、第二减震缝21、第三减震缝51内均设置缓冲结构200。可以理解地，在各减震缝内设置缓冲结构200能够有效地防止二次衬砌结构发生错动变形。本申请实施例中，缓冲结构200的形式不限。每一减震缝内均可设置多个缓冲结构 200。

进一步地，缓冲结构200包括沿隧道的纵向延伸的钢筋210及套设于钢筋 210上的弹性件220，钢筋210的两端分别连接第一减震缝11两侧的注浆围岩加固层10，弹性件220的两端分别抵接于第一减震缝11两侧的注浆围岩加固层10上；或者钢筋210的两端分别连接第二减震缝21两侧的第一初期支护层 20，弹性件220的两端分别抵接于第二减震缝21两侧的第一初期支护层20上；或者钢筋210的两端分别连接第三减震缝51两侧的二次衬砌层50，弹性件220 的两端分别抵接于第三减震缝51两侧的二次衬砌层50上。

也就是说，参照图3，缓冲结构200由钢筋210及弹性件220组成，此处的弹性件220可以为弹簧等具有弹性的结构件。钢筋210的两端分别伸入至减震缝两侧的支护结构内，并与支护结构分别固定连接。这里减震缝两侧是指其沿隧道纵向的两侧，即钢筋210固定后沿隧道的纵向设置。弹簧套设于钢筋210 上，弹簧的两端分别抵接减震缝两侧的支护结构。每一减震缝内均可设置钢筋 210及弹簧组成的多个缓冲结构200。在隧道的纵剖面上，参照图1，每个减震缝在上述纵剖面上可以设置多个缓冲结构200，参照图3，缓冲结构200的数量为2个；多个缓冲结构200在减震缝的延伸方向上也间隔布设。

本申请实施例中钢筋210、弹簧与隧道支护结构的配合，能够防止隧道抗减震结构的剪切而导致的错动变形，且钢筋210、弹簧设置于各减震缝之间，能够缓冲隧道抗减震结构可能出现的受压破坏。

在另一些实施例中，隧道抗减震结构还包括多个中埋式止水带300，第一减震缝11、第二减震缝21、第三减震缝51内均设置中埋式止水带300。本申请实施例中，各减震缝中设置中埋式止水带300，能够防止防水层破坏后导水。

进一步地，隧道抗减震结构还包括沥青混凝土层80，第一减震缝11、第二减震缝21、第三减震缝51内分别填充有沥青混凝土层80。当各减震缝内分别设置缓冲结构200和/或中埋式止水带300时，都可以在各减震缝之间填充沥青混凝土，形成的沥青混凝土层80一方面能够起到减震缓冲的作用，另一方面能够起到更好的防水效果。

在一些实施例中，减震层30沿隧道纵向的端部与注浆围岩加固层10沿隧道纵向的对应端部处于隧道的同一横断面上。也就是说，减震层30与注浆围岩加固层10在隧道纵向上的长度相同，且两者的对应端部也对齐设置。可以理解地，在断层破碎段2及断层硬岩边界段3均设置减震层30、注浆围岩加固层10，能够在断层破碎段2及断层硬岩边界段3从抗震和减震两方面更好地提高隧道结构的抗减震能力，有效阻止地震能量向隧道内部传播，避免隧道结构损坏。

在一些实施例中，隧道抗减震结构还包括第二防水层60，第二防水层60 设置于注浆围岩加固层10与第一初期支护层20之间。参照图1，在二次衬砌层50与减震层30之间设置第一防水层40，在注浆围岩加固层10与第一初期支护层20之间设置第二防水层60，双重的设防措施能够达到更好的防水效果，防止断层破碎段2及断层硬岩边界段3出现漏水及塌方，进而提高隧道结构的整体性。另外，在其它实施例中，各减震缝之间设置的中埋式止水带300，能够防止第一防水层40及第二防水层60破坏后导水；各减震缝之间填充的沥青混凝土层80也能够使隧道抗减震结构起到更好的防水效果。

在一些实施例中，隧道抗减震结构还包括设置于硬岩段1的第二初期支护层70，第二初期支护层70与注浆围岩加固层10的端部连接。也就是说，参照图1，在硬岩段1的隧道抗减震结构由围岩向外依次设置第二初期支护层70、第二防水层60、第一防水层40及二次衬砌层50。其中，第二初期支护层70 的一端部与注浆围岩加固层10的一端部连接。将硬岩段1第二初期支护层70 与断层硬岩边界段3的注浆围岩加固层10连接为整体，使硬岩段1与断层硬岩边界段3的隧道抗减震结构连接，能够更好地对注浆围岩加固层10进行支撑，提高其稳定性，更好地加固隧道抗减震结构。

进一步地，二次衬砌层50、第一防水层40沿隧道纵向的两端部分别延伸至硬岩段1，第二初期支护层70与第一防水层40之间形成有三角区，三角区内填充有柔性材料。参照图1，第二初期支护与第一防水层40之间形成三角区，由硬岩段1至断层硬岩边界段3，三角区的高度由小变大，直至第二初期支护层70与注浆围岩加固层10连接。三角形区由柔性材料填充，本申请实施例中，柔性材料可选择沥青麻丝。

本申请实施例提供的跨破碎带的隧道抗减震结构，能够实现隧道纵向抗震拉伸和横向剪切变形的抗减震能力，隧道结构的安全稳定性得到大幅度提高，并使地震波传递的能量得到相应的吸收，能够降低破碎带滑动引起的衬砌结构的破坏。通过该隧道抗减震结构的体系内协同作用，可以增强隧道抗减震结构的抗变形能力和防水性能，减少地震灾害引起的损失，保障隧道运营安全。本申请实施例的跨破碎带的隧道抗减震结构适用于跨大型破碎带的山体隧道、城市地铁隧道、地下综合管廊等，特别适用于高烈度地震区地质条件复杂情况下建造的隧道。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。并且，本实用新型各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于：包括注浆围岩加固层以及围设于隧道的周侧且由围岩向外依次排布的第一初期支护层、减震层、第一防水层及二次衬砌层，所述注浆围岩加固层、所述第一初期支护层、所述减震层均由断层破碎段沿所述隧道纵向延伸至断层硬岩边界段；所述注浆围岩加固层设置于所述隧道的拱形区且其内侧与所述围岩抵接，所述第一初期支护层覆盖于所述注浆围岩加固层的外侧。

2.根据权利要求1所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括设置于所述断层硬岩边界段的紧固结构以在所述减震层至所述围岩之间形成整体结构，所述隧道的同一横断面上间隔布设多个所述紧固结构。

3.根据权利要求2所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述断层硬岩边界段靠近所述断层破碎段的一端及靠近硬岩段的一端均布设多个所述紧固结构。

4.根据权利要求2所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述紧固结构包括伸缩螺杆和螺母，所述伸缩螺杆穿过所述减震层并伸入至所述围岩内，所述螺母在所述减震层的外壁锁紧所述伸缩螺杆。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述注浆围岩加固层在所述断层硬岩边界段之外形成有第一减震缝，所述第一初期支护层在所述断层硬岩边界段之外形成有第二减震缝，所述二次衬砌层在所述断层硬岩边界段之外形成有第三减震缝，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝所在的平面分别垂直于所述隧道的延伸方向，所述第三减震缝分别与所述第一减震缝、所述第二减震缝错开设置。

6.根据权利要求5所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述第一减震缝与所述第二减震缝对应设置于所述隧道的同一横断面上。

7.根据权利要求5所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括多个缓冲结构，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内均设置所述缓冲结构。

8.根据权利要求7所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述缓冲结构包括沿所述隧道的纵向延伸的钢筋及套设于所述钢筋上的弹性件，所述钢筋的两端分别连接所述第一减震缝两侧的所述注浆围岩加固层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第一减震缝两侧的所述注浆围岩加固层上；或者所述钢筋的两端分别连接所述第二减震缝两侧的所述第一初期支护层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第二减震缝两侧的所述第一初期支护层上；或者所述钢筋的两端分别连接所述第三减震缝两侧的所述二次衬砌层，所述弹性件的两端分别抵接于所述第三减震缝两侧的所述二次衬砌层上。

9.根据权利要求5所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括多个中埋式止水带，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内均设置所述中埋式止水带。

10.根据权利要求7～9任意一项所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括沥青混凝土层，所述第一减震缝、所述第二减震缝、所述第三减震缝内分别填充有所述沥青混凝土层。

11.根据权利要求1～4任意一项所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述减震层沿所述隧道纵向的端部与所述注浆围岩加固层沿所述隧道纵向的对应端部处于所述隧道的同一横断面上。

12.根据权利要求1～4任意一项所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括第二防水层，所述第二防水层设置于所述注浆围岩加固层与所述第一初期支护层之间。

13.根据权利要求1～4任意一项所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述隧道抗减震结构还包括设置于硬岩段的第二初期支护层，所述第二初期支护层与所述注浆围岩加固层的端部连接。

14.根据权利要求13所述的跨破碎带的隧道抗减震结构，其特征在于，所述二次衬砌层、所述第一防水层沿所述隧道纵向的两端部分别延伸至所述硬岩段，所述第二初期支护层与所述第一防水层之间形成有三角区，所述三角区内填充有柔性材料。

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