[發(fā)明專利]一種用于穿越活動(dòng)斷層區(qū)的抗斷型鉸接隧道及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810025136.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN108252721B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘紫藍(lán);汪振;趙密;杜修力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/14
• 分類號(hào): E21D9/14;E21D11/00;E21D11/10;E21D11/14;E21D11/38
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉萍<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入國(guó)

一種用于穿越活動(dòng)斷層區(qū)的抗斷型鉸接隧道及其應(yīng)用屬于隧道結(jié)構(gòu)，隧道結(jié)構(gòu)包括初襯、節(jié)段內(nèi)襯和相鄰節(jié)段內(nèi)襯間的環(huán)向柔性鉸，環(huán)向柔性鉸在斷層破碎帶區(qū)段及斷層破碎帶影響區(qū)段內(nèi)按不同間距布置。隧道節(jié)段內(nèi)襯中沿環(huán)向布置有預(yù)應(yīng)力鋼筋；環(huán)向柔性鉸由隧道襯砌內(nèi)壁至外分別為波紋鋼管、橡膠墊層、鋼筋網(wǎng)以及柔性抗裂混凝土層。波紋鋼管與節(jié)段內(nèi)襯間通過預(yù)應(yīng)力鋼筋連接。隧道防水通過設(shè)置多層防水措施保證，包括PVC防水板，土工膜以及背貼式止水帶。柔性抗裂混凝土層選用超高韌性水泥基復(fù)合材料，其具有良好的抗?jié)B性及耐久性。本發(fā)明滿足活動(dòng)斷層所產(chǎn)生的大錯(cuò)動(dòng)量，保證跨活動(dòng)斷層隧道的安全性，且環(huán)向柔性鉸處的局部破壞易于快速修復(fù)，活動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)后能夠保證隧道的正常使用功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧道結(jié)構(gòu)，具體為穿越活動(dòng)斷層區(qū)的抗斷型鉸接隧道及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在近幾十年中，世界范圍內(nèi)發(fā)生多次強(qiáng)烈地震，對(duì)建筑物及生命線工程造成嚴(yán)重破壞，尤其是隧道、地下管線等結(jié)構(gòu)。對(duì)于絕大多數(shù)地震而言，斷層錯(cuò)動(dòng)是其誘發(fā)的主要原因，例如1999年中國(guó)臺(tái)灣的集集地震、2008年中國(guó)四川的汶川地震以及2016年日本的熊本地震等。活動(dòng)斷層的黏滑錯(cuò)動(dòng)會(huì)誘發(fā)地震，能量以地震波形式釋放，臨近極震區(qū)隧道則會(huì)遭受明顯震害。相關(guān)學(xué)者對(duì)近場(chǎng)區(qū)域隧道震害的統(tǒng)計(jì)表明，若隧道穿越發(fā)震斷層或發(fā)震斷層周圍的活動(dòng)斷層帶時(shí)，其震害尤為嚴(yán)重，例如2008年的汶川地震中，友誼隧道、紫平鋪隧道、龍洞子隧道和龍溪隧道等破壞均極為嚴(yán)重，而這些隧道均穿越不同的活動(dòng)斷層。活動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)量通常由幾厘米至幾米不等，正是由于斷層錯(cuò)動(dòng)以及斷層區(qū)圍巖的軟弱特性，使得穿越活動(dòng)斷層帶隧道會(huì)出現(xiàn)襯砌開裂、剝落、錯(cuò)臺(tái)甚至隧道垮塌等嚴(yán)重震害。

在跨斷層隧道的抗震及抗斷方面，目前主要采取以下幾種措施：(1)改善隧道襯砌材料的力學(xué)特性來(lái)提升結(jié)構(gòu)的抗震性能，如采用鋼纖維混凝土來(lái)增加阻尼，采用聚合物混凝土來(lái)降低剛度等；(2)設(shè)置減震縫，即減小襯砌節(jié)段長(zhǎng)度，使斷層錯(cuò)動(dòng)時(shí)破壞集中于接縫處，而保證襯砌的整體性能；(3)根據(jù)斷層可能的錯(cuò)動(dòng)量，擴(kuò)大隧道斷面尺寸，在外襯和內(nèi)襯之間填充多孔材料，通過外襯和內(nèi)襯之間的間隙抵消斷層錯(cuò)動(dòng)影響，但超挖尺寸會(huì)受限于經(jīng)濟(jì)因素。以上部分減震或抗斷措施已在國(guó)內(nèi)外不同隧道工程中得到了應(yīng)用，如中國(guó)烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道、土耳其博盧隧道和伊朗Koohrang-III輸水隧道等。然而以上措施只適用于活動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)量較小的情況下，而當(dāng)活動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)量達(dá)到米級(jí)時(shí)，隧道仍然會(huì)發(fā)生嚴(yán)重破壞而喪失正常使用功能，且多數(shù)情況下隧道結(jié)構(gòu)在災(zāi)后已無(wú)法修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有隧道抗斷措施不能滿足斷層大錯(cuò)動(dòng)的缺點(diǎn)，將波紋鋼管良好的抗拉與抗剪性能應(yīng)用于隧道結(jié)構(gòu)中，提供一種能夠在活動(dòng)斷層發(fā)生大錯(cuò)動(dòng)下保持結(jié)構(gòu)的安全性，僅在環(huán)向柔性鉸處產(chǎn)生可修復(fù)性破壞而不影響其正常使用的抗斷型鉸接隧道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于穿越活動(dòng)斷層區(qū)的抗斷型鉸接隧道，其特征在于：包括斷層破碎帶區(qū)段、斷層破碎帶影響區(qū)段和普通區(qū)段；所述斷層破碎帶區(qū)段和斷層破碎帶影響區(qū)段的隧道襯砌結(jié)構(gòu)包括外襯和節(jié)段內(nèi)襯，且相鄰節(jié)段內(nèi)襯間由環(huán)向柔性鉸連接；

環(huán)向柔性鉸的構(gòu)造由隧道襯砌內(nèi)壁至外分別為波紋鋼管、橡膠墊層、鋼筋網(wǎng)、柔性抗裂混凝土層，且在環(huán)向柔性鉸中設(shè)置防水措施；

環(huán)向柔性鉸布置在斷層破碎帶區(qū)段和斷層破碎帶影響區(qū)段；環(huán)向柔性鉸在斷層破碎帶區(qū)段的布置間距要小于斷層破碎帶影響區(qū)段。

2.進(jìn)一步，所述柔性抗裂混凝土層選用超高韌性水泥基復(fù)合材料與鋼筋相結(jié)合，其中超高韌性水泥基復(fù)合材料的極限拉應(yīng)變能力應(yīng)穩(wěn)定地達(dá)到3％以上，且彈性模量取值為節(jié)段內(nèi)襯所選普通混凝土的1/2～1。

3.進(jìn)一步，節(jié)段內(nèi)襯沿環(huán)向設(shè)置有預(yù)應(yīng)力鋼筋。

4.進(jìn)一步，隧道防水通過設(shè)置多層防水措施保證，在外襯與節(jié)段內(nèi)襯間設(shè)置有防水層；在節(jié)段內(nèi)襯與柔性抗裂混凝土層接縫處的迎水面上設(shè)置有背貼式止水帶，背水面上用嵌縫膏填充；在柔性抗裂混凝土層中設(shè)置土工膜。