[發(fā)明專利]隧道穿越活動斷裂抗位錯組合縫設計方法

在審

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• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107798163A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 趙伯明;孫風伯;王子珺;楊清源
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 付生輝,陳君智

技術領域

本發(fā)明涉及土木工程技術領域。更具體地，涉及隧道穿越活動斷裂抗位錯組合縫設計方法。

背景技術

在隧道穿越斷層區(qū)域，特別是穿越活動斷裂區(qū)域，由于斷層蠕變或突發(fā)性地震會導致該區(qū)域產(chǎn)生一定的位錯量，引起隧道橫向剪切破壞。對于活動斷裂的危害類型和防御措施，現(xiàn)行隧道與地下工程相關規(guī)范中，只有最新版《公路工程抗震規(guī)范JTG-B02-2013》反映了一定的抗震思路，指出：隧道建筑范圍內(nèi)有發(fā)震斷裂時，應考慮發(fā)震斷裂錯動對隧道的影響。對于地震動峰值加速度大于或等于0.40g地區(qū)的公路構筑物的抗震設計應進行專門研究，即要求開展抗震專項設計工作。而《地鐵設計規(guī)范GB50157-2003》僅指出設計地震區(qū)的結構時，應根據(jù)設防要求、場地條件、結構類型和埋深因素選用能較好反映其地震工作性狀的分析方法，《鐵路工程抗震設計規(guī)范GB50111-2006》中則要求參照既有設計經(jīng)驗，本著突出重點、區(qū)別對待等定性的原則制定具體實施方案。

目前，山嶺隧道穿越活動斷裂抗橫向位錯公認的主要工程措施是設置抗位錯組合縫，但上述隧道相關抗震設計規(guī)范中，均未對穿越活動斷裂隧道抗位錯組合縫設置問題做出定量的相關規(guī)定。因此，根據(jù)隧道所穿越活動斷層的傾角、斷層破碎帶寬度、斷層所產(chǎn)生的位錯量和相關隧道輪廓參數(shù)，本發(fā)明沿隧道縱向定量設置抗位錯組合縫并預設抗位錯組合縫寬度，提供了隧道在穿越活動斷裂時隧道抗位錯組合縫的縫寬及隧道節(jié)段長度的定量計算方法，計算公式簡單，所需參數(shù)較易獲取，便于施工。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，一種隧道穿越活動斷裂抗位錯組合縫設計方法，該設計方法包括：

S1：測量隧道穿越活動斷裂隧道二襯變形前后的隧道參數(shù)；

S2：根據(jù)S1的隧道參數(shù)確定θ和α，其中θ為隧道縱向中央沒有產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角的抗位錯組合縫由于位錯產(chǎn)生的相對于整體坐標系的轉(zhuǎn)角，α為隧道在斷層破碎帶與上下盤巖土剛度變化邊界處抗位錯組合縫的最大張開量；

S3：根據(jù)S2確定的θ和α確定斷層破碎帶核心部分邊緣到隧道縱向中軸所需要的最少環(huán)數(shù)n；

S4：根據(jù)S3確定的n計算隧道穿越該活動斷裂所需要設置的最小節(jié)段數(shù)N；

S5：根據(jù)S4確定的N以及隧道參數(shù)確定出隧道穿越該活動斷裂不被破壞的最大節(jié)段長度m。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述S1中的隧道參數(shù)包括斷層破碎帶寬度L、斷層傾角β、隧道二襯外側高度h、上下盤相對錯動量2d、抗位錯組合縫預設寬度r。

更優(yōu)選的，

更優(yōu)選的，

更優(yōu)選的，

更優(yōu)選的，

更優(yōu)選的，

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術方法提供了隧道在穿越活動斷裂時隧道抗位錯組合縫的縫寬及隧道節(jié)段長度的設計方法，所需參數(shù)較易獲取，便于施工，在穿越活動斷裂時使隧道有良好的抗位錯能力。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為二襯變形前后的穿越活動斷裂隧道。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，其中L為斷層破碎帶寬度、h為隧道二襯外側高度、r為抗位錯組合縫預設寬度、β為斷層傾角、2d為上下盤相對錯動量、θ為隧道中部沒有發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的相鄰兩段襯砌所夾面的絕對轉(zhuǎn)角、α為隧道在斷層破碎帶與上下盤巖土剛度變化邊界處抗位錯組合縫的最大張開量。

在一個實施例中將隧道沿縱向定量的分為若干節(jié)段，使隧道節(jié)段之間的連接方式變成柔性連接。由于隧道各節(jié)段相對獨立，斷層錯動引起的形變量被抗位錯組合縫吸收，按照下述步驟進行設計：

步驟一：計算抗位錯組合縫由于位錯產(chǎn)生的相對于整體坐標系的轉(zhuǎn)角；隧道縱向中央沒有產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角的抗位錯組合縫由于位錯產(chǎn)生的相對于整體坐標系的轉(zhuǎn)角θ為：

步驟二：計算在預設抗位錯組合縫處產(chǎn)生的最大相對轉(zhuǎn)角；當隧道相鄰兩節(jié)段發(fā)生相對最大轉(zhuǎn)動，在預設抗位錯組合縫處產(chǎn)生的最大相對轉(zhuǎn)角α為：

步驟三：計算隧道穿越該活動斷裂所需要設置的最小節(jié)段數(shù)及每節(jié)段長度；位錯產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)角量θ全部由相鄰兩段襯砌產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)角承擔，即相對轉(zhuǎn)角是由最大相對轉(zhuǎn)角α線性均勻變化為0，由等差數(shù)列求和可得：