[发明专利]一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法，该结构包括外衬层、外包防水层、变形层、中空波纹钢管层和装配二衬层。变形层内填充泡沫混凝土；中空波纹钢管层由外部和内部波纹钢管通过反向对接而成，内部波纹钢管贴附有防水土工布。防水土工布在波谷区域呈W型层叠构造；装配二衬层由预制二衬管片沿隧道环向及轴向拼接而成，预制二衬管片包括塑性混凝土层、高强混凝土层和波纹钢管，高强混凝土层通过弯头螺栓沿环向拼接为高强混凝土环并沿隧道轴向通过直螺栓串联，波纹钢管采用螺栓连接或焊接而成整体。该结构能够实现断层错动后隧道的防水及抗围压性，以及隧道结构“小错不坏，中错可修，大错不断”的设防目标。

技术领域

本发明涉及一种隧道(洞)结构，具体为一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法。

背景技术

随着我国西部大开发战略的实施，基础设施不断发展，一大批重大工程在西部地区建设，其中包括成兰铁路、兰渝铁路、川藏铁路、滇藏铁路、滇中引水工程以及川藏高速公路等。岩石地下工程是西部重大工程的关键性结构，其中的长大隧道(洞)是公路、铁路以及调水工程的控制工程。位于西部地区的长大隧道跨越不同的地貌地质单元，并难以避免地与多个活动断裂带相交。例如成兰铁路成川段穿越6条活动断裂带，预测位错量在80cm以上；滇中引水工程与16条活动断裂带相交；川藏铁路昌都至林芝段与5条深大断裂相交。

活动断裂带的错动(包括黏滑及蠕滑)通常会对隧道的安全产生严重威胁，主要表现为三个方面：一是隧道防水的破坏；二是隧道结构的破坏；三是断层区域岩体的破坏。1978年伊豆尾岛地震中稻取铁路隧道在跨断层处拱顶混凝土剥落，围岩破坏后大量坍入隧道；1999年集集地震中石岗大坝输水隧洞受断层错动影响而发生剪切破坏；2008年汶川地震中龙溪隧道在跨F8断层附近的围岩和隧道共同垮塌。

纵观目前国内外对跨断层隧道实际工程中的设防措施，均可总结为“超挖设计”，“铰接设计”以及“隔离消能设计”，或以上三类措施的组合。而以上三类措施均具有较强的局限性。“超挖设计”和“隔离消能设计”受限于经济性，均不适用于穿越大型活动断裂带区域的隧道结构。“铰接设计”中衬砌节段连接处是薄弱环节，在大的断层错动下其破坏不可避免，在衬砌节段连接处易于产生错台甚至新的塌方。此外，衬砌节段长度受衬砌台车影响通常为6～12m，由于断层运动时其破裂面位置的不确定性，因此衬砌节段长度过长时隧道主体结构仍可能受到破坏。此外，以上三类措施仅单一考虑减小隧道结构的破坏，而忽略了隧道的整体防水以及错动后围岩失稳可能造成的隧道开裂、掉块甚至坍塌破坏。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法，该分级抗断型隧道结构能够对不同量级的断层错动实现不同的设防目标，并保证在断层错动后隧道的防水性和结构的抵抗围压能力。采用该方法修建的隧道可适用于承受不同类型断层(正断层、逆断层和走滑断层)的蠕滑错动以及黏滑错动。

一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构，包括由外至内依次设置的外衬层、外包防水层、变形层、中空波纹钢管层和装配二衬层。

变形层中填充有泡沫混凝土。中空波纹钢管层由外部波纹钢管和内部波纹钢管采用反向对接方式连接而成。在内部波纹钢管表面贴附有防水土工布，防水土工布在波谷中呈W型的层叠构造。

装配二衬层由预制二衬管片沿隧道环向及轴向拼接而成。预制二衬管片沿隧道轴向采用错缝拼接方式。预制二衬管片由外至内依次为塑性混凝土层、高强混凝土层、塑性混凝土层和波纹钢管。预制二衬管片在上下和左右布设有预留螺栓孔。通过上下预留螺栓孔，在高强混凝土层中布设弯头螺栓，用以将高强混凝土层沿环向拼接为整体，并将相邻高强混凝土环通过左右预留螺栓孔中的直螺栓沿隧道轴向串联。相邻预制二衬管片中的波纹钢管沿环向及隧道轴向采用螺栓连接或焊接而成整体。

本发明的工作机理是：

上述穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构，在穿越活动断裂带区域由外至内依次为外衬层、外包防水层、变形层、中空波纹钢管层和装配二衬层。