穿越活动断层的地铁隧道抗错动二次衬砌结构的修建方法与流程

本发明属于地铁隧道二次衬砌结构的修建
技术领域：
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背景技术：
：我国分布有较多处于活动期的断裂带，活动期的断裂带容易产生断层错动，断层错动时常伴有地震发生，使地铁隧道受到破坏。通过调研分析，地铁隧道出现破坏主要有四大类主因：(1)地震引起的次生灾害：在隧道洞口段，由于地震易引起山体滑坡、落石等次生灾害，导致洞口段隧道衬砌被击穿、压塌、掩埋；(2)地震惯性力作用：埋深浅的地铁隧道与土层的地震反应强烈，地震惯性力作用导致地铁隧道变形大，破坏较严重；(3)地质不良区间围岩失稳：地质不良区间围岩在地震作用下可能产生大变形、围岩松散、液化等危害，致使地铁隧道抗震能力大大减弱。此类情况多发生在岩性变化较大、隧道结构刚度远大于地层刚度的围岩中；(4)地层强制错动：断层的错动引发的地层强制错动，对穿越活动断层的隧道结构产生直接剪切作用，断层面附近衬砌破坏严重，可能形成较大的错台，这种突发错动作用对隧道的影响是致命的。其中，活动断层引发的地层强制错动能够使覆盖土层产生永久的位移，对于穿越断层的地铁隧道产生不可修复性的破坏，是造成跨断层隧道结构严重破坏的主要因素。中国发明专利CN103485796B公开了一种跨越活动断层的隧道支护结构。该隧道支护结构，包括断层跨越段及与其两端相接的普通支护段，普通支护段采用复合式衬砌结构；沿隧道径向，在二次衬砌和一次衬砌之间增加一层泡沫混凝土层，通过泡沫混凝土层提供位移空间并吸收能量，以提高其抗震能力及抵抗断层蠕滑错动破坏的能力。其存在的问题是：泡沫混凝土层只能产生径向压缩量、且其压缩量很小，仅适用于错动缓慢、错动量微小的蠕滑径向错动，不具备承受纵向蠕滑错动的能力，也不适用于承受错动迅速、错动量大的径向或纵向粘滑错动。技术实现要素：本发明的目的是提供一种穿越活动断层的地铁隧道抗错动二次衬砌结构的修建方法，该方法修建的隧道具备承受纵向蠕滑错动的能力，也能承受错动迅速、错动量大的径向或纵向粘滑错动，有很好的抗错动性能及抗震性能。本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种穿越活动断层的地铁隧道抗错动二次衬砌结构的修建方法，其步骤是：A、活动断层的破碎带上盘、破碎带下盘、紧邻破碎带上盘的上盘过渡段和紧邻破碎带下盘的下盘过渡段组成活动断层穿越区；在活动断层穿越区内，按下式确定的隧道高度S，进行隧道开挖：式中，S0为标准隧道高度，H为通过地质勘察得出的活动断层最大错动量；上盘过渡段的长度范围为0.338×H～1.560×H，下盘过渡段的长度范围为0.338×H～1.000×H；B、活动断层穿越区内的隧道开挖完成后，修筑初期支护，然后进行二次衬砌的修建；活动断层穿越区内修建的二次衬砌的厚度较非活动断层穿越区的二次衬砌的厚度增加5cm～30cm；并且：活动断层穿越区内的二次衬砌进行分节，分节处设置10cm～20cm的变形缝，并在变形缝处填充“且”字形橡胶止水带；其中，破碎带上盘和破碎带下盘的二次衬砌的单节长度为6-12m，上盘过渡段和下盘过渡段的二次衬砌的单节长度9-18m。与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、本发明在活动断层穿越区提高了隧道断面高度S，隧道高度增加量大于等于断层最大错动量。从而发生断层错动时，隧道结构剩余断面净空量仍然大于等于隧道断面净空标准值，可满足隧道通车要求，避免了断层错动发生后隧道净空量不满足通车条件，导致隧道废弃或者拆除原隧道结构重新施作的问题。从隧道净空量的角度，具备了完全的抗断层错动的能力。二、本发明在活动断层穿越区的隧道采用了分节式二次衬砌结构，且节段长度较短(6m-18m)，分节处(两节交界处)设置“且”字形橡胶止水带填充形成的10cm-20cm变形缝。使得断层发生垂直错动时，变形缝处可发生7-14cm压缩纵向变形(橡胶止水带由“且”字形变成倒T字形)、至少1倍衬砌厚度的伸长变形(橡胶止水带由“且”字形变成一字形)、至少1倍衬砌厚度的垂直变形(橡胶止水带由“且”字形变成“1”字形)和斜向变形(橡胶止水带由“且”字形变成“/”字形)，变形缝的多个变形可叠加。使得本发明修建的隧道结构能够抵抗错动量很大的断层垂向、纵向及斜向粘滑错动，在发生断层错动后，对变形缝进行简单的维修加固即可实现再次通车，其抗错动能力大幅提高。三、活动断层穿越区内修建的二次衬砌的厚度较非活动断层穿越区的二次衬砌的厚度增加5cm～30cm，提高了隧道结构的强度，不易损坏，进一步提高了隧道抵抗错动的能力。进一步，本发明A步中的上盘过渡段的长度的取值和下盘过渡段的长度的取值,均由活动断层的断层类型、断层倾角和隧道埋深确定；其具体取值见下表：这样，既能保证隧道净空量足够，具备了完全的抗断层错动的能力，同时，也避免了施工成本的过度增加。进一步，本发明的B步中活动断层穿越区内修建的二次衬砌的厚度较非活动断层穿越区的二次衬砌的厚度增加的具体值，由下表确定：断层最大错动量H/cm二次衬砌厚度增加值/cmH≤105-1010＜H≤3010-1530＜H≤5020-25H＞5030这样，既能保证修建的隧道强度足够，抗错动性能满足要求；同时，施工成本增加不大。进一步，本发明的B步中的破碎带上盘和破碎带下盘的二次衬砌的单节长度的具体取值由下表确定：所述的B步中的上盘过渡段和下盘过渡段的二次衬砌的单节长度的具体取值，由下表确定：这样，既能够有效保证隧道的抗错动能力，同时也能够使得隧道具有足够的刚度，满足隧道运营的要求。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进行进一步的详细说明。附图说明图1是本发明方法修建的穿越活动断层的地铁隧道抗错动二次衬砌结构的结构示意图。图2是本发明方法修建的二次衬砌结构，在断层错动发生后的纵断面变形示意图(图中未画出二次衬砌结构所处的活动断层围岩)。具体实施方式实施例一图1-2示出，本发明的一种具体实施方式是，一种穿越活动断层的地铁隧道抗错动二次衬砌结构的修建方法，其步骤是：A、活动断层的破碎带上盘1a、破碎带下盘1b、紧邻破碎带上盘1a的上盘过渡段2a和紧邻破碎带下盘2a的下盘过渡段2b组成活动断层穿越区；在活动断层穿越区内，按下式确定的隧道高度S，进行隧道开挖：式中，S0为标准隧道高度，H为通过地质勘察得出的活动断层最大错动量；上盘过渡段2a的长度范围为0.338×H～1.560×H，下盘过渡段2b的长度范围为0.338×H～1.000×H；B、活动断层穿越区内的隧道开挖完成后，修筑初期支护，然后进行二次衬砌3的修建；活动断层穿越区内修建的二次衬砌3的厚度较非活动断层穿越区的二次衬砌3的厚度增加5cm～30cm；并且：活动断层穿越区内的二次衬砌3进行分节，分节处设置10cm～20cm的变形缝，并在变形缝处填充“且”字形橡胶止水带4；其中，破碎带上盘1a和破碎带下盘1b的二次衬砌3的单节长度为6-12m，上盘过渡段2a和下盘过渡段2b的二次衬砌3的单节长度9-18m。本例A步中的上盘过渡段2a的长度的取值和下盘过渡段2b的长度的取值,均由活动断层的断层类型、断层倾角和隧道埋深确定；其具体取值见下表：本例的B步中活动断层穿越区内修建的二次衬砌3的厚度较非活动断层穿越区的二次衬砌的厚度增加值由下表确定：本例B步中的破碎带上盘1a和破碎带下盘1b的二次衬砌3的单节长度的具体取值由下表确定：所述的B步中的上盘过渡段2a和下盘过渡段2b的二次衬砌3的单节长度的具体取值，由下表确定：当前第1页1 2 3