[实用新型]一种隧洞岩爆洞段的衬砌结构

说明书

本实用新型公开了一种隧洞岩爆洞段的衬砌结构，包括环绕岩爆洞段内壁设置的初期支护层、环绕初期支护层内壁设置的钢筋混凝土衬砌层，沿岩爆洞段全断面布置有自钢筋混凝土衬砌层穿透初期支护层的灌浆孔，沿灌浆孔灌浆形成有固结围岩层，自钢筋混凝土衬砌层穿透固结围岩层设有应力释放孔，在钢筋混凝土衬砌层与初期支护层之间设有弹性垫层。本实用新型所形成的整体柔性支护结构改善了围岩变形约束条件，既具有主动削弱岩爆强度，又具有被动承担岩爆静动力荷载和山岩压力的作用，可避免后期岩爆造成隧洞围岩失稳及衬砌的开裂破坏，具有较好的后期岩爆防治效果，可保证隧洞长期安全运行。

技术领域

本实用新型属于水电工程领域，具体涉及一种隧洞岩爆洞段的衬砌结构。

背景技术

随着水电工程及地下工程的不断发展，隧道建设正在朝着大跨度、大埋深的方向发展，尤其是在高山峡谷地区的深埋隧洞中，地质构造复杂，地应力水平较高，高地温、涌水等地质灾害的风险进一步加大，其中以岩爆灾害尤为突出。岩爆一般是指大埋深隧洞坚硬围岩受到地应力释放及开挖扰动的影响而产生应力重分布，其径向约束卸除，切向应力骤然增加，内部储存的弹性应变能急剧释放，产生爆裂松脱、剥落、弹射现象，在施工过程中岩爆的发生难以预测。岩爆一般发生在掌子面及附近围岩，严重威胁作业人员及施工设备的安全，制约施工进度，岩爆是世界性的地下工程难题。

目前常用的岩爆防治措施包括主动措施和被动措施。主动措施包括超前孔、应力释放孔、喷高压水、空眼注水等；被动支护措施有喷射混凝土、打设预应力锚杆及安装格栅钢拱架。结合隧洞功能要求，必要时在采用该被动支护措施后再进行隧洞的二次衬砌，减小岩爆的危害和风险，但仍然存在如下缺陷：

1.对于地应力较大、灾害等级较高的岩爆，二次衬砌承载能力有限，无法直接承担。

2.对于施工期间地应力释放比例较小，隧洞运行期间地应力将进一步释放的情况，在运行期间会对衬砌逐步施加地应力荷载，而当地应力荷载量级较大时，二次衬砌承载能力有限，无法直接承担，存在衬砌结构破坏的风险。

3.传统结构中，因为结构件刚度相对较大，对围岩变形约束会较大，反而会提高岩爆发生前能量积聚的量级，加剧岩爆程度。

因此，目前常用的隧洞岩爆防治措施方案没有彻底解决高地应力岩爆隧洞长期运行的结构安全问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可有效地抑制岩爆的发生，改善围岩变形约束条件，保证隧洞长期安全运行的隧洞岩爆洞段的衬砌结构。

本实用新型解决问题的技术方案是：一种隧洞岩爆洞段的衬砌结构，包括环绕岩爆洞段内壁设置的初期支护层、环绕初期支护层内壁设置的钢筋混凝土衬砌层，沿岩爆洞段全断面布置有自钢筋混凝土衬砌层穿透初期支护层的灌浆孔，沿灌浆孔灌浆形成有固结围岩层，自钢筋混凝土衬砌层穿透固结围岩层设有应力释放孔，在钢筋混凝土衬砌层与初期支护层之间设有弹性垫层。

由于弹性垫层的设置，使得整体的衬砌结构具有较大的屈服特性，可吸收较大的动能，尤其使得具有高地应力的顶拱区域具有了一定的形变能力，刚度无突变，呈阶梯变化。弹性垫层结合应力释放孔，主动给岩体提供不同方向的变形空间，使其内部的高应力得到有效的释放，从而减弱岩爆程度。

初期支护层、弹性垫层、钢筋混凝土衬砌层，三者结合作为柔性支护可吸收围岩的部分能量，降低岩块的运动趋势，并使围岩处于三向应力状态，减小岩爆风险及岩爆的危害。

进一步的，所述弹性垫层设置于顶拱区域。由于高地应力集中区主要分布于顶拱区域，因此能够提供柔性支护的弹性垫层主要设置于该区域。

优选的，所述弹性垫层分布于顶拱圆心角θ为（0°，180°）的顶拱区域内。

更优选的，所述弹性垫层分布于顶拱圆心角θ为（0°，120°）的顶拱区域内。