[实用新型]跨越活动断层的隧道支护结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道支护结构，尤其是一种跨越活动断层的隧道支护结构。

背景技术

隧道是一种修建在地下的工程结构物，被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域。目前的隧道，通常采用新奥法施工，支护结构为复合式衬砌结构，沿隧道环向包括拱顶、仰拱及两侧边墙，沿隧道径向包括外侧的初期支护、内侧的二次衬砌以及位于初期支护和二次衬砌之间的防水层。

随着我国交通行业的快速发展，修建隧道的地区范围越来越广。根据现有技术规范，在隧道工程中，若遇见断层，首先应采取避让绕行措施；若因路线方案限制必须穿越活动断层时，尽量保持与断层正交，以减小隧道受影响的范围。活动断层，即现今仍在活动或近代地质时期曾有过活动，将来还可能重新活动的断层，作为一种地质构造，其活动主要表现为上下盘随时间相对错动。活动断层的运动方式有粘滑和蠕滑两种，其中粘滑错动是地震时断层的快速破裂，蠕滑错动是断层不伴随地震的缓慢错动。跨越活动断层的隧道，沿纵向分别位于活动断层破裂面两侧的上盘和下盘内，因此在活动断层上盘和下盘的相对错动过程中，对隧道支护结构的安全性构成严重影响。

以正断层为例，上盘在重力作用下沿破裂面向下滑移，作用在隧道衬砌上表现为断层裂缝处受剪应力，而在断层裂缝两侧位置受到远大于正常情况的轴向拉压应。地震时，断层粘滑错动，错动量显著增大，引起衬砌上所受的剪应力迅速增大，衬砌发生直接剪断破坏。而在非地震情况下，断层蠕滑错动，错动量随时间缓慢累积，对隧道产生的影响呈逐年递增的趋势，其破坏过程可看作衬砌结构在逐渐增大的静力作用下的渐进式破坏，而与粘滑错动的破坏形式相比，蠕滑错动比较常见的破坏形式为拉张–挤压与剪切结合的破坏形式。具体的讲，拉张–挤压与剪切结合的破坏形式，在变形初期，断层错动量较小，衬砌的顶部和底部在轴向方向上产生拉、压应力，当拉、压应力超过衬砌的强度，衬砌便产生拉张–挤压裂缝；随着错距量逐渐增加，拉张–挤压裂缝逐渐向整个衬砌环向扩展，当剪应力超过未破坏衬砌强度时，衬砌将发生剪断破坏。

当前，国内外学者对穿越活动断层的隧道结构研究较少，且主要集中于隧道结构的抗剪断破坏，如专利号为ZL200910058875.6、发明名称为跨活动断层隧道抗减震构造的发明专利。上述发明专利隧道抗减震构造的衬砌结构包括内衬和外衬，在岩体活动断层部位处设置有沿隧道纵向向活动断层两侧延伸的减震区，该减震区由填充在内衬、外衬之间的泡沫混凝土层构成；减震区的两端外各设置有沿隧道纵向延伸的加固区，加固区由填充在内衬、外衬之间的钢筋凝土层构成。在地震发生时，减震区能有效地吸收地震能量，并允许活动断层有一定的位移量，从而减小活动断层对隧道的影响，有效地提高隧道的抗减震性能。但上述发明专利的隧道抗减震构造，存在以下两方面的问题：

第一，其仅考虑有震情况，隧道结构的抗剪断破坏。在非地震情况下，断层蠕滑错动，在拉、压应力作用下，仅能通过二次衬砌进行抵抗，安全储备低；而其加固区的存在，可能改变力的作用位置，在降低剪应力的同时增大轴向的拉、压应力，恶化对拉、压应力的抵抗。而蠕滑错动对隧道结构的破坏，会弱化其在有震时的抗剪断能力，甚至使之失效。

第二，新奥法施工，也即采用复合式衬砌结构，其核心即充分发挥围岩的自承能力。进一步的讲，复合式衬砌结构的初期支护采用喷锚结构，在洞室开挖后及时进行，初期支护本身具有一定的柔性和变形特性，因而能在开挖后及时有效地控制和调整围岩应力的重分布，最大限度的保护岩体结构和力学特性，使得围岩与初期支护在共同变形的过程中取得自身稳定，充分利用围岩的自承能力；复合式衬砌结构的二次衬砌采用钢筋混凝土结构，承受后期围岩压力，过早施作二次衬砌，围岩的自承能力并未达到最佳状态，进而使得二次衬砌承受更大的围岩压力；拖后施作二次衬砌，则会影响初期支护的稳定性，因此对于复合式衬砌结构的二次衬砌的施作时间有着严格的要求，通常要求在初期支护稳定后及时施作。而上述发明专利，在初期支护和二次衬砌之间设置泡沫混凝土层，其在初期支护施工完成后、二次衬砌施作前需要进行泡沫混凝土层的施作，因此其无法在初期支护稳定后及时施作二次衬砌，无法充分发挥围岩的自承能力，进而对施工的安全性、衬砌的强度和稳定性造成影响。同时，若在二次衬砌和泡沫混凝土层之间设置防水层，则会进一步妨碍二次衬砌的施作；若在二次衬砌和泡沫混凝土层之间不设置防水层，由于泡沫混凝土透水性较好，会造成二次衬砌浇筑时混凝土中水分的流失，造成二次衬砌出现塑性收缩裂缝或麻面，影响衬砌的强度和稳定性。

实用新型内容