隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构及其施工工法

摘要

本发明公开隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构及其施工工法，抗错断支护结构包括由外至内依次设置的初次衬砌、第一缓震层、环形钢拱、第二缓震层、隧道主体以及沿隧道横向和纵向均匀或非均匀布置的若干支撑装置和对应设置在每一支撑装置外侧的多点位移计，所述支撑装置设置在环形钢拱与隧道主体之间，所述多点位移计沿其所对应支撑装置的末端延伸至围岩中。断裂带发生地震错动时，隧道主体周围包裹的两层缓震层能够显著消能，其位移由多点位移计进行监测并反馈至支撑装置，当位移量超过一定阈值后，启动液压缸提供额外支撑力，该抗错断支护结构可以在隧道洞体结构发生较大错动时，为防灾救援提供安全保障及作业空间，也兼顾一定的抗震作用。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及隧道穿越活动性断裂带的抗错断 支护结构及其施工工法。

背景技术

长大深埋隧道主要地质灾害之一为活动断裂带与地震，断裂带活动与地震 不仅能直接破坏隧道结构，还有可能会诱发深埋隧道地质灾害链，对于交通隧 道而言，尤其是长发深埋隧道穿越活动性断裂带时，极易因断裂带错动而使隧 道主体结构发生较大错动，此类自然灾害发生时，防灾救援难以得到安全保障 及作业空间。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供隧道穿越活动性断裂带的抗 错断支护结构及其施工工法，该抗错断支护结构可以在隧道洞体结构发生较大 错动时，为防灾救援提供安全保障及作业空间，也兼顾一定的抗震作用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构，包括由外至内依次设置的初次 衬砌、第一缓震层、环形钢拱、第二缓震层、隧道主体以及沿隧道横向和纵向 均匀或非均匀布置的若干支撑装置和对应设置在每一支撑装置外侧的多点位移 计，所述支撑装置设置在环形钢拱与隧道主体之间，支撑装置用于向隧道主体 和环形钢拱提供额外支撑力，所述多点位移计沿其所对应支撑装置的末端延伸 至围岩中，多点位移计用于将断裂带错动的位移大小、方向反馈至支撑装置。

进一步的，所述支撑装置包括钢套筒、液压缸、第一连杆、第二连杆，钢 套筒内设有环状弹簧，环状弹簧的外径与钢套筒的内径相匹配，液压缸设置在 环状弹簧内，第一连杆与液压缸的活塞杆固定连接，第二连杆与第一连杆铰接， 驱动电机安装在第一连杆上且其主轴与第二连杆连接，从而对第二连杆的转动 角度进行调节。

进一步的，所述环形钢拱和隧道主体上分别预留设有支撑装置前端和末端 的定位槽。

进一步的，所述第二缓震层的刚度小于第一缓震层的刚度。

进一步的，所述第一缓震层和第二缓震层为橡胶缓震层或泡沫混凝土缓震 层或泡沫铝缓震层或高聚物注浆缓震层。

进一步的，所述隧道主体为预制钢壳混凝土结构或预制钢管片结构。

隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构的施工工法，包括如下工序：

S1、隧道穿越活动性断裂带的洞体扩挖至设计半径后，施作初次衬砌，待 初次衬砌达到设计强度后，施作柔性隔震防水层，其中，初次衬砌和柔性隔震 防水层上预留设有多点位移计的安装孔位，将每一多点位移计对应安装在其安 装孔中后，施作第一缓震层；S2、将环形钢拱安装在设计位置，使每一支撑装 置末端对应设置在环形钢拱上的定位槽中，施作第二缓震层；S3、将隧道主体 安装在设计位置，使每一支撑装置前端对应设置在隧道主体上的定位槽中。

本发明的有益效果为：

本发明的优点在于，断裂带发生地震错动时，隧道主体周围包裹的两层缓 震层能够显著消能，从而降低隧道主体在地震错动过程中相邻部位发生不均匀 沉降，而且还兼备防水层的作用；断裂带的位移由多点位移计进行监测并反馈 至支撑装置，当位移量超过一定阈值后，启动液压缸提供额外支撑力，该抗错 断支护结构可以在隧道洞体结构发生较大错动时，为防灾救援提供安全保障及 作业空间，也兼顾一定的抗震作用，此外，支撑装置也可以根据地质勘察，设 置在隧道抗震能力较弱的区域。

附图说明

附图1为本发明隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构的结构示意图；

附图2为本发明支撑装置的结构示意图。

标注说明：1、围岩，2、初次衬砌，3、第一缓震层，4、环形钢拱，5、第 二缓震层，6、隧道主体，7、支撑装置，8、多点位移计，9、钢套筒，10、环 状弹簧，11、液压缸，12、活塞杆，13、第一连杆，14、驱动电机，15、第二 连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1所示，隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构，包括由外至 内依次设置的初次衬砌2、第一缓震层3、环形钢拱4、第二缓震层5、隧道主 体6以及沿隧道横向和纵向均匀或非均匀布置的若干支撑装置7和对应设置在 每一支撑装置7外侧的多点位移计8。在隧道横向(也就是环向)和纵向(也就 是轴向)上，支撑装置7的布置间距宜根据实际的工程地质情况进行，在较破 碎区域应适当增加支撑装置7的数目，具体以实际情况为准。

其中，所述第二缓震层5的刚度小于第一缓震层3的刚度，保证灾后行车 道空间的补足。所述第一缓震层3和第二缓震层5包括但不限于橡胶缓震层、 泡沫混凝土缓震层、泡沫铝缓震层、高聚物注浆缓震层。缓震层的参数与隧址 处的地质条件相适应，并参考活动性断裂带的相关参数进行确定。

断裂带发生地震错动时，隧道主体6周围包裹的两层缓震层能够显著消能， 从而降低隧道主体6在地震错动过程中相邻部位发生不均匀沉降，而且还兼备 防水层的作用。

其中，所述隧道主体6包括但不限于预制钢壳混凝土结构、预制钢管片结 构，以在隧道错动滑移时自身有较大的柔性。

所述支撑装置7设置在环形钢拱4与隧道主体6之间，支撑装置7用于向 隧道主体6和环形钢拱4提供额外支撑力。作为优选的，所述环形钢拱4和隧 道主体6上分别预留设有支撑装置7前端和末端的定位槽，也就是说，支撑装 置7的整体结构在环形钢拱4和隧道主体7上的支撑点不会发生移位。

所述多点位移计8沿其所对应支撑装置7的末端延伸至围岩1中，多点位 移计8用于将断裂带错动的位移大小、方向反馈至支撑装置7。

请参阅图2所示，所述支撑装置7包括钢套筒9、液压缸11、第一连杆13、 第二连杆15，钢套筒9内设有环状弹簧10，环状弹簧10的外径与钢套筒9的 内径相匹配，使环状弹簧10不会在钢套筒9内发生偏移，当然，也可以采用限 位结构防止环状弹簧10偏移。

液压缸11设置在环状弹簧10内，第一连杆13与液压缸11的活塞杆12固 定连接，第二连杆15与第一连杆13铰接，驱动电机14安装在第一连杆13上 且其主轴与第二连杆15连接，从而对第二连杆15的转动角度进行调节，进而 改变额外支撑力的方向。支撑装置7的油路和电缆线从隧道洞体内穿过隧道主 体6与钢套筒9内腔中的部件连接，隧道主体6上的穿孔须施加防水措施。

支撑装置7还应包括锁紧结构，当第二连杆15转动至目标角度后，通过锁 紧结构锁紧第二连杆15相对于第一连杆13的相对位置，锁紧结构为现有技术， 此处不作赘述。

需要说明的是，环形弹簧10的刚度和伸缩量以及液压缸11的型号均需通 过所处位置的地质情况计算确定，计算时，应结合断裂带处的地质勘察，充分 考虑断裂带的年错动量以及错动量引发的附加荷载的影响。

断裂带发生地震错动时，其位移由多点位移计8进行监测并反馈至支撑装 置7，当位移量超过一定阈值后，启动液压缸11提供额外支撑力，该支撑力的 大小和方向可以根据实际情况进行自动调节。

该抗错断支护结构可以在隧道洞体结构发生较大错动时，为防灾救援提供 安全保障及作业空间，也兼顾一定的抗震作用，此外，支撑装置7也可以根据 地质勘察，设置在隧道抗震能力较弱的区域。

隧道穿越活动性断裂带的抗错断支护结构的施工工法，包括如下工序：

S1、隧道穿越活动性断裂带的洞体扩挖至设计半径后，施作初次衬砌2，待 初次衬砌2达到设计强度后，施作柔性隔震防水层，柔性隔震防水层与周边的 搭接长度为2-3m，其中，初次衬砌2和柔性隔震防水层上预留设有多点位移计 8的安装孔位，将每一多点位移计8对应安装在其安装孔中后，施作第一缓震层 3；

S2、将环形钢拱4安装在设计位置，使每一支撑装置7末端对应设置在环 形钢拱4上的定位槽中，施作第二缓震层5；

S3、将隧道主体6安装在设计位置，使每一支撑装置7前端对应设置在隧 道主体6上的定位槽中。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围， 故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。