[发明专利]一种跨活动断裂的高延性隧道支护结构

说明书

本发明公开了一种跨活动断裂的高延性隧道支护结构，包括沿隧道纵向间隔设置的跨活动断裂支护段和普通支护段，所述普通支护段由内至外依次设置有钢筋混凝土二次衬砌、防水板和喷混凝土初期支护，所述跨活动断裂段由内至外依次设置有钢筋增强PVA‑ECC二次衬砌、防水板、泡沫混凝土层和喷射PVA‑ECC初期支护，喷射PVA‑ECC初期支护和钢筋增强PVA‑ECC二次衬砌之间填充泡沫混凝土层，所述泡沫混凝土层和钢筋增强PVA‑ECC二次衬砌之间设置防水板。所述PVA‑ECC材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维。本发明具有良好的抗剪断能力和抗减震效果，能有效减少运营期间断裂滑移错动和地震作用对隧道的影响。

技术领域

本发明涉及一种隧道支护结构，具体为一种跨活动断裂的高延性隧道支护结构。

背景技术

随着西部大开发和交通行业的飞速发展，隧道建设数量日益增多，建设规模越来越大，遇到的地质条件越来越复杂，隧道建设和运营过程中面临不利灾害环境的严峻挑战。我国西部山区隧道穿越活动断裂带等特殊地质构造地段的情况已较为普遍。活动断裂又称为活断层，是第四纪以来（或晚第四纪以来）活动、至今仍在活动，并在未来一定时期内仍有可能活动的断层。活断层对隧道结构的影响主要体现在两个方面：一是断层活动性的影响，如云南地区的小江断裂，为全新世活动断裂，记录的平均年滑移速率为9.4±1.2mm/年，对于服役年限达百年的隧道结构，断层的滑移错动对隧道支护结构的安全性将产生重大影响。二是发震断层引起地震作用的影响，穿越断层或断层破碎带的隧道在地震中会受到严重破坏，靠近断层处的衬砌在与隧道轴垂直的平面内会发生较大的横向和竖向错位。已有研究表明，隧道结构在断层破碎带过渡处具有较大的剪切应力、断层破碎带处存在明显的应力集中，易引起隧道结构破坏。

目前，针对跨活动断裂隧道，国内外学者已开展了一些研究工作，归纳出了隧道避免受断层剪切破坏的3种措施：避让、补强和抗断设计；开发了具有减震功能的泡沫混凝土及跨断层隧道抗减震技术。如专利号为ZL200910058875.6、发明名称：跨活动断层隧道抗减震构造的发明专利；专利号为ZL201320646366.7、发明名称：跨越活动断层的隧道支护结构的发明专利。上述发明专利均采用泡沫混凝土作为减震层，通过减震层来吸收地震能力并提供一定的位移空间，分别进行了有震情况和无震情况下隧道结构的抗剪断设计。但上述发明专利还存在以下问题：

第一，仅依靠泡沫混凝土来减震，未考虑改变隧道本身的刚度、强度、阻尼等性能来减震，使之易于追随地层的变形，从而减小隧道的反应。专利号为ZL201320646366.7的发明专利，其采用多层衬砌结构，增大了结构刚度，但会增加材料用量，也使隧道的质量增大，从而导致隧道承受更大的地震荷载，这种方法既不经济，在地震中遭受破坏的可能性也大。而且，其设计的泡沫混凝土层仅布置在拱部，仰拱处未予设置，不利于底部结构减震作用的发挥。

第二，上述发明专利设计的隧道支护结构，其初期支护和二次衬砌均采用传统的混凝土结构，其抗拉、抗剪、抗弯性能较差。在隧道运营前期，尚能依靠泡沫混凝土减震层消除活动断裂抗剪断和滑移错位的作用，随着服役年限的增长，还需要通过初期支护和二次衬砌进行抵抗，若能对初期支护和二次衬砌采用高延性结构，以适用结构错位产生的变形和应力，并使结构在达到非弹性状态后仍能消耗地震能量并不发生破坏，这会是很有效支护结构和抗减震技术。

因此，针对现有跨活断层抗减震技术存在的不足，亟需提供一种跨活断层的高延性隧道支护结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由PVA-ECC（聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料，Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered CementitiousComposites，简称PVA-ECC）构成的变形能力强、抗裂、抗震性能好的高延性隧道支护结构，同时具备抵抗活动断裂滑移错位破坏和抗减震的能力。