[发明专利]隧道穿越活动断裂抗位错组合缝设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域。更具体地，涉及隧道穿越活动断裂抗位错组合缝设计方法。

背景技术

在隧道穿越断层区域，特别是穿越活动断裂区域，由于断层蠕变或突发性地震会导致该区域产生一定的位错量，引起隧道横向剪切破坏。对于活动断裂的危害类型和防御措施，现行隧道与地下工程相关规范中，只有最新版《公路工程抗震规范JTG-B02-2013》反映了一定的抗震思路，指出：隧道建筑范围内有发震断裂时，应考虑发震断裂错动对隧道的影响。对于地震动峰值加速度大于或等于0.40g地区的公路构筑物的抗震设计应进行专门研究，即要求开展抗震专项设计工作。而《地铁设计规范GB50157-2003》仅指出设计地震区的结构时，应根据设防要求、场地条件、结构类型和埋深因素选用能较好反映其地震工作性状的分析方法，《铁路工程抗震设计规范GB50111-2006》中则要求参照既有设计经验，本着突出重点、区别对待等定性的原则制定具体实施方案。

目前，山岭隧道穿越活动断裂抗横向位错公认的主要工程措施是设置抗位错组合缝，但上述隧道相关抗震设计规范中，均未对穿越活动断裂隧道抗位错组合缝设置问题做出定量的相关规定。因此，根据隧道所穿越活动断层的倾角、断层破碎带宽度、断层所产生的位错量和相关隧道轮廓参数，本发明沿隧道纵向定量设置抗位错组合缝并预设抗位错组合缝宽度，提供了隧道在穿越活动断裂时隧道抗位错组合缝的缝宽及隧道节段长度的定量计算方法，计算公式简单，所需参数较易获取，便于施工。

发明内容

为了解决上述技术问题，一种隧道穿越活动断裂抗位错组合缝设计方法，该设计方法包括：

S1：测量隧道穿越活动断裂隧道二衬变形前后的隧道参数；

S2：根据S1的隧道参数确定θ和α，其中θ为隧道纵向中央没有产生相对转角的抗位错组合缝由于位错产生的相对于整体坐标系的转角，α为隧道在断层破碎带与上下盘岩土刚度变化边界处抗位错组合缝的最大张开量；

S3：根据S2确定的θ和α确定断层破碎带核心部分边缘到隧道纵向中轴所需要的最少环数n；

S4：根据S3确定的n计算隧道穿越该活动断裂所需要设置的最小节段数N；

S5：根据S4确定的N以及隧道参数确定出隧道穿越该活动断裂不被破坏的最大节段长度m。

在一个优选的实施例中，所述S1中的隧道参数包括断层破碎带宽度L、断层倾角β、隧道二衬外侧高度h、上下盘相对错动量2d、抗位错组合缝预设宽度r。

更优选的，

更优选的，

更优选的，

更优选的，

更优选的，

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方法提供了隧道在穿越活动断裂时隧道抗位错组合缝的缝宽及隧道节段长度的设计方法，所需参数较易获取，便于施工，在穿越活动断裂时使隧道有良好的抗位错能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为二衬变形前后的穿越活动断裂隧道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，其中L为断层破碎带宽度、h为隧道二衬外侧高度、r为抗位错组合缝预设宽度、β为断层倾角、2d为上下盘相对错动量、θ为隧道中部没有发生相对转动的相邻两段衬砌所夹面的绝对转角、α为隧道在断层破碎带与上下盘岩土刚度变化边界处抗位错组合缝的最大张开量。

在一个实施例中将隧道沿纵向定量的分为若干节段，使隧道节段之间的连接方式变成柔性连接。由于隧道各节段相对独立，断层错动引起的形变量被抗位错组合缝吸收，按照下述步骤进行设计：

步骤一：计算抗位错组合缝由于位错产生的相对于整体坐标系的转角；隧道纵向中央没有产生相对转角的抗位错组合缝由于位错产生的相对于整体坐标系的转角θ为：

步骤二：计算在预设抗位错组合缝处产生的最大相对转角；当隧道相邻两节段发生相对最大转动，在预设抗位错组合缝处产生的最大相对转角α为：

步骤三：计算隧道穿越该活动断裂所需要设置的最小节段数及每节段长度；位错产生的总转角量θ全部由相邻两段衬砌产生的相对转角承担，即相对转角是由最大相对转角α线性均匀变化为0，由等差数列求和可得：