[发明专利]适用于穿越活断层的盾构隧道异形管片抗剪结构及方法

说明书

本发明公开了一种适用于穿越活断层的盾构隧道异形管片抗剪结构及方法，包括多个首尾互相连接且组成封闭隧道断面的异形圆弧盾构隧道管片，管片结构由插接件、混凝土衬砌、防水层、消能减震层、螺栓孔、限位装置组成，管片内部具有消能减震层用于吸收断层错动能量，抗剪螺栓连接周围与前后管片，增强结构整体性。管片之间通过拼接、卡接和螺栓连接的方式，三者结合保证了隧道的整体性。异形管片拼插构成的衬砌结构、管片之间相对位移产生的摩擦和连接管片之间的抗剪螺栓三者共同抵抗断层的错动，提高了隧道衬砌结构整体的抗剪强度。管片内部的消能减震层，在活断层错动时吸收错动能量，减小错动对隧道衬砌结构的损失，保证隧道整体结构的安全。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种适用于穿越活断层盾构隧道管片抗剪结构及施工方法。

背景技术

随着我国工程建设的不断发展，隧道依靠其自身便于通行，减少路程时间的特点在工程中广泛应用。但在我国很多偏远地区山岭遍布，断裂带众多，为了防止活断层错动而引发的隧道结构破坏，隧道在线路设计时应尽量避开活断层。但由于隧道线路走向通常需要满足交通功能的要求，越来越多的隧道不可避免的需要穿越活断层。

活断层主要分为蠕滑型活断层与粘滑型活断层两种。蠕滑型活断层是由于围岩强度低、固锁能力较弱而导致断层的持续不断缓慢移动；而围岩强度高，断裂带固锁能力高，积累应变能达到一定强度极限后突然滑动的断层被称为粘滑型活断层。粘滑型活断层突然错动引发的构造地震不仅能够使建筑物上覆土层产生永久的位移，而且还会产生强烈的震动，对于穿越断层的地铁、隧道等地下工程产生灾难性的、不可恢复的破坏。不仅产生构造地震，蠕滑型活断层的缓慢移动还直接产生地表的压张和错断变形，直接威胁工程设施和城市建设安全。无论是哪一种活断层，对于工程建设都会产生极大的危害。

盾构法因其自身掘进速度快、机械化程度高、节省劳动力等优点被广泛应用，但现阶段我国盾构法隧道穿越活断层的结构设计的研究还甚少，因此，针对跨越地震活断层的隧道结构及施工方法的深入研究意义重大。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种适用于穿越活断层的盾构隧道异形管片抗剪结构及施工方法，本发明可以有效提高盾构隧道衬砌结构的抗剪能力，可以在活断层错动时通过减小盾构隧道内部的位移量来维持盾构隧道的整体结构安全。

为实现上述目的，本发明解决的技术方案是：

一种适用于穿越活断层盾构隧道异形管片抗剪结构，包括多环管片结构，相邻环之间通过抗剪螺栓相连，且连接处通过注浆填充缝隙；每环管片结构包括多个管片，相邻管片之间通过搭接、拼插与螺栓连接结合的形式连接；管片外贴有摩擦材料，管片角部均设有角部防水。

作为进一步的技术方案，所述的管片包括左侧部分、中间部分和右侧部分，中间部分厚度等于左侧部分和左侧部分之和，其中左侧部分由下向上依次是混凝土衬砌层、防水层和消能减震层；右侧部分则是由上向下依次是混凝土衬砌层、防水层和消能减震层；中间部分则是由上向下依次消能减震层、防水层、混凝土衬砌层、防水层和消能减震层，中间部分的混凝土衬砌层的厚度等于左侧部分的混凝土层厚度和右侧部分混凝土层厚度之和；在左侧部分的消能减震层的上表面设有第一螺栓孔，在左侧部分混凝土衬砌层的下表面设有槽帽；在右侧部分的混凝土衬砌层的上表面设有限位装置和第二螺栓孔；在中间部分的端面设有插槽；在左侧部分和右侧部分的端面设有插接件。

作为进一步的技术方案，所述管片带有卡接槽，卡接槽由上管片的槽帽与下管片限位装置组成(上管片指搭接的两管片相对位置在上方的管片)确保上下管片搭接位置的准确性，防止管片之间发生相对位移。

作为进一步的技术方案，螺栓孔通过抗剪螺栓连接前后和相邻管片，使拼接的管片成为一个整体，共同抵抗断层错动。