[實用新型]跨越活動斷層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320646366.7
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN203515598U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王聯(lián);林國進(jìn);李玉文;鄭金龍;鄭建國;田尚志;李曉洪;高世軍;朱長安;向龍
• 申請（專利權(quán)）人: 四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/38
• 代理公司: 成都希盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 陳澤斌

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其是一種跨越活動斷層的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隧道是一種修建在地下的工程結(jié)構(gòu)物，被廣泛地應(yīng)用于交通、礦山、水利及國防等領(lǐng)域。目前的隧道，通常采用新奧法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括拱頂、仰拱及兩側(cè)邊墻，沿隧道徑向包括外側(cè)的初期支護(hù)、內(nèi)側(cè)的二次襯砌以及位于初期支護(hù)和二次襯砌之間的防水層。

隨著我國交通行業(yè)的快速發(fā)展，修建隧道的地區(qū)范圍越來越廣。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范，在隧道工程中，若遇見斷層，首先應(yīng)采取避讓繞行措施；若因路線方案限制必須穿越活動斷層時，盡量保持與斷層正交，以減小隧道受影響的范圍。活動斷層，即現(xiàn)今仍在活動或近代地質(zhì)時期曾有過活動，將來還可能重新活動的斷層，作為一種地質(zhì)構(gòu)造，其活動主要表現(xiàn)為上下盤隨時間相對錯動。活動斷層的運(yùn)動方式有粘滑和蠕滑兩種，其中粘滑錯動是地震時斷層的快速破裂，蠕滑錯動是斷層不伴隨地震的緩慢錯動。跨越活動斷層的隧道，沿縱向分別位于活動斷層破裂面兩側(cè)的上盤和下盤內(nèi)，因此在活動斷層上盤和下盤的相對錯動過程中，對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)成嚴(yán)重影響。

以正斷層為例，上盤在重力作用下沿破裂面向下滑移，作用在隧道襯砌上表現(xiàn)為斷層裂縫處受剪應(yīng)力，而在斷層裂縫兩側(cè)位置受到遠(yuǎn)大于正常情況的軸向拉壓應(yīng)。地震時，斷層粘滑錯動，錯動量顯著增大，引起襯砌上所受的剪應(yīng)力迅速增大，襯砌發(fā)生直接剪斷破壞。而在非地震情況下，斷層蠕滑錯動，錯動量隨時間緩慢累積，對隧道產(chǎn)生的影響呈逐年遞增的趨勢，其破壞過程可看作襯砌結(jié)構(gòu)在逐漸增大的靜力作用下的漸進(jìn)式破壞，而與粘滑錯動的破壞形式相比，蠕滑錯動比較常見的破壞形式為拉張–擠壓與剪切結(jié)合的破壞形式。具體的講，拉張–擠壓與剪切結(jié)合的破壞形式，在變形初期，斷層錯動量較小，襯砌的頂部和底部在軸向方向上產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力，當(dāng)拉、壓應(yīng)力超過襯砌的強(qiáng)度，襯砌便產(chǎn)生拉張–擠壓裂縫；隨著錯距量逐漸增加，拉張–擠壓裂縫逐漸向整個襯砌環(huán)向擴(kuò)展，當(dāng)剪應(yīng)力超過未破壞襯砌強(qiáng)度時，襯砌將發(fā)生剪斷破壞。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者對穿越活動斷層的隧道結(jié)構(gòu)研究較少，且主要集中于隧道結(jié)構(gòu)的抗剪斷破壞，如專利號為ZL200910058875.6、發(fā)明名稱為跨活動斷層隧道抗減震構(gòu)造的發(fā)明專利。上述發(fā)明專利隧道抗減震構(gòu)造的襯砌結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯和外襯，在巖體活動斷層部位處設(shè)置有沿隧道縱向向活動斷層兩側(cè)延伸的減震區(qū)，該減震區(qū)由填充在內(nèi)襯、外襯之間的泡沫混凝土層構(gòu)成；減震區(qū)的兩端外各設(shè)置有沿隧道縱向延伸的加固區(qū)，加固區(qū)由填充在內(nèi)襯、外襯之間的鋼筋凝土層構(gòu)成。在地震發(fā)生時，減震區(qū)能有效地吸收地震能量，并允許活動斷層有一定的位移量，從而減小活動斷層對隧道的影響，有效地提高隧道的抗減震性能。但上述發(fā)明專利的隧道抗減震構(gòu)造，存在以下兩方面的問題：

第一，其僅考慮有震情況，隧道結(jié)構(gòu)的抗剪斷破壞。在非地震情況下，斷層蠕滑錯動，在拉、壓應(yīng)力作用下，僅能通過二次襯砌進(jìn)行抵抗，安全儲備低；而其加固區(qū)的存在，可能改變力的作用位置，在降低剪應(yīng)力的同時增大軸向的拉、壓應(yīng)力，惡化對拉、壓應(yīng)力的抵抗。而蠕滑錯動對隧道結(jié)構(gòu)的破壞，會弱化其在有震時的抗剪斷能力，甚至使之失效。

第二，新奧法施工，也即采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，其核心即充分發(fā)揮圍巖的自承能力。進(jìn)一步的講，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)采用噴錨結(jié)構(gòu)，在洞室開挖后及時進(jìn)行，初期支護(hù)本身具有一定的柔性和變形特性，因而能在開挖后及時有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，最大限度的保護(hù)巖體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，使得圍巖與初期支護(hù)在共同變形的過程中取得自身穩(wěn)定，充分利用圍巖的自承能力；復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承受后期圍巖壓力，過早施作二次襯砌，圍巖的自承能力并未達(dá)到最佳狀態(tài)，進(jìn)而使得二次襯砌承受更大的圍巖壓力；拖后施作二次襯砌，則會影響初期支護(hù)的穩(wěn)定性，因此對于復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的二次襯砌的施作時間有著嚴(yán)格的要求，通常要求在初期支護(hù)穩(wěn)定后及時施作。而上述發(fā)明專利，在初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置泡沫混凝土層，其在初期支護(hù)施工完成后、二次襯砌施作前需要進(jìn)行泡沫混凝土層的施作，因此其無法在初期支護(hù)穩(wěn)定后及時施作二次襯砌，無法充分發(fā)揮圍巖的自承能力，進(jìn)而對施工的安全性、襯砌的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成影響。同時，若在二次襯砌和泡沫混凝土層之間設(shè)置防水層，則會進(jìn)一步妨礙二次襯砌的施作；若在二次襯砌和泡沫混凝土層之間不設(shè)置防水層，由于泡沫混凝土透水性較好，會造成二次襯砌澆筑時混凝土中水分的流失，造成二次襯砌出現(xiàn)塑性收縮裂縫或麻面，影響襯砌的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

實用新型內(nèi)容