[发明专利]一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道

说明书

本发明提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道，隧道衬砌支护包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌；二次衬砌包括节段区，活动断层破碎带位于节段区在隧道纵向上的中部，节段区包括沿着隧道纵向依次间隔布置的多个节段二衬，相邻两个节段二衬之间均设置有变形缝，变形缝内填充有缓冲件。该隧道衬砌支护使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，提高自身的抗震性能。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说，是涉及一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护和隧道。

背景技术

随着我国铁路建设事业的快速发展，铁路建设标准和等级也在不断提升，当铁路所经区域地质条件复杂，活动断裂构造发育时，受高标准、高等级铁路选线条件限制，山岭隧道不可避免会穿越活动断裂构造。活动断裂因其具有活动性，断层错动会导致隧道衬砌混凝土开裂、掉块，严重的可能出现坍塌、支护结构破坏，严重影响铁路运营安全。对穿越活动断层破碎带隧道抗震设防结构和减震措施研究成为工程建设者们急需解决的问题。

目前，隧道穿越活动断裂时还没有成熟的设计方法和隧道抗震结构体系，国内外大多采用扩挖、铰链连接、减隔震等设计措施和理念。扩挖设计是根据活动断层破碎带的错动量,在隧道开挖施工中扩大断面尺寸，当断层错动时，扩大的断面可以保证隧道断面的净空面积，灾后通过调整线路坡度等方式实现快速修复，扩挖量主要依据活动断层破碎带的错动方式及错动量确定。铰链连接是将隧道整体结构分成短小的隧道节段，节段间采用刚度相对较小的柔性连接结构，在断层错动时，破坏集中在连接部位或结构的局部，而不会导致结构整体破坏。减隔振是由初期支护、二次衬砌和中间回填柔性材料隔震层组成，使原有衬砌－围岩系统变为衬砌－减震层－围岩系统，其目的是通过减震层将衬砌与围岩介质隔开，从而减小和改变地震对结构的作用强度和方式，以便达到减小结构振动的目的。

扩挖、铰链连接、减隔震等设计措施都存在一定的局限性，尤其在隧道穿越大型活动断裂时，其断层上、下盘之间的破碎带宽度较大，断层错动时其破裂面存在不确定性，长大段落的隧道扩挖、减隔振等工程措施，将造成建设成本提高、施工难度增大、工期增加，且隧道扩挖量难以确定，减隔振在隧道仰拱下充填隔振层可能会影响铁路运营安全；隧道铰链连接虽然能够较好的适应断层错动剪切变形，但由于活动断裂地震动特性复杂，铰链连接部位难以适应沿隧道纵向的拉伸变形，往往成为薄弱环节，铰链结构破坏增加该处塌方风险。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护,该隧道衬砌支护使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，提高自身的抗震性能。

本发明的第二目的是提供一种具有上述隧道衬砌支护的隧道。

为实现上述第一目的，本发明提供一种穿越活动断层破碎带的隧道衬砌支护，包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌；二次衬砌包括节段区，活动断层破碎带位于节段区在隧道纵向上的中部，节段区包括沿着隧道纵向依次间隔布置的多个节段二衬，相邻两个节段二衬之间均设置有变形缝，变形缝内填充有缓冲件。

由上述方案可见，将隧道二次衬砌结构分成多个节段二衬，使隧道成为类似于动物脊柱构造的不连续分段结构，相邻节段间设置有变形缝，变形缝内充填缓冲件，使各隧道节段相对独立。当活动断层错动时，活动断层与基岩的接触面附近强变形带内错动位移主要集中于刚度薄弱的变形缝间，连续设置的变形缝能有效分担断层破碎带处的集中位移，而各隧道节段则相对独立地在侧向变形土体作用下运动。

该穿越活动断层破碎带的仿动物脊柱的隧道衬砌支护结构，通过在活动断裂破碎带及其两侧延伸段内设置短节段、宽接缝的大刚度圆环衬砌结构，使得隧道具有适应断层错动及转动的能力，从而避免大面积的衬砌结构破坏。

一个优选的方案是，二次衬砌在隧道径向内侧还设置有二衬补强空间。