一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌的制作方法

本发明属于隧道设计，具体地，涉及一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌。

背景技术：

1、隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道。

2、活动断裂带对隧道的致灾模式分为断层错动直接破坏隧道结构、地震引起隧道振动破坏和地震诱发地质灾害链。断层错动使围岩直接产生剪切位移，剪切变形通常被限制在活动断层周围一个狭小的范围内，但这种突然的变位方式引起的隧道破坏是灾难性的，结构难以抵御，造成隧道主体破坏。地震波引起隧道衬砌结构剧烈振动或摆动，产生循环交替的压应变和张应变，叠加在隧道衬砌原有的应变上。当叠加后的应变超过隧道衬砌所能承受的极限应变时隧道结构破坏，即隧道震害。地震、地下水、高地温等外力耦合作用下还可诱发活动断裂带区域一系列浅层和深埋隧道区段地质灾害链。

3、目前，穿越活动断层的隧道设计均是以避让为主，并满足一定的避让距离。线路无法避让必须通过时，给出的多为原则性规定和建议，如在断裂带较窄处以大角度通过。现有技术有关穿越活动断层隧道的工程案例和文献资料，地下隧道(洞)工程的抗震设计方法为传统的加大结构断面、提高混凝土标号加强结构强度和刚度、增加厚度、提高配筋率等“硬抗”地震。

4、穿越活动断裂段隧道结构分为强烈影响段和一般影响段。强烈影响段是指断裂带及从断裂带边缘向两侧受到严重震害的区段，在该区段会受到活动断裂带断层错动位移和强地震力共同作用。一般影响段是指从活动断裂带错断强烈影响段边缘向外受到震害影响逐渐降低的区段,该区段主要受强地震力作用。

5、发生在2022年1月8日青海门源6.9级地震大梁隧道震害，统计表明，一般影响段也会发生隧道衬砌开裂、掉块等严重震害。

6、本专利为一般影响段提供一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌形式，减小强震影响，同时便于震后快速拆换修复。

技术实现思路

1、针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其能够对破损部位快速修复，减小地震损失。

2、根据本发明，提供了一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，包括：

3、围岩加固层；

4、设置在所述围岩加固层内侧的找平层；

5、设置在所述找平层内侧的减隔震层；

6、设置在所述减隔震层内侧的防水层；

7、以及设置在所述防水层内侧的衬砌结构层，所述衬砌结构层包括钢波纹板，在所述防水秤内通过植筋的方式预留用于安装所述钢波纹板的螺栓孔，钢波纹板作为隧道的最内侧结构，被震动损坏之后能够直接修复。

8、在一个优选的实施例中，所述衬砌结构层还包括泡沫混凝土层，所述钢波纹板设置在所述泡沫混凝土层的内侧。

9、在一个优选的实施例中，所述泡沫混凝土层的外侧设置为平面，与所述防水层接触，所述泡沫混凝土层的形状与所述钢波纹板的波纹形状相适配，所述钢波纹板间隙式设置在所述防水层的内侧，在所述钢波纹板和所述防水层之间的间隙内注入泡沫混凝土，从而形成所述泡沫混凝土层。

10、在一个优选的实施例中，所述衬砌结构层的厚度为20～30cm。

11、在一个优选的实施例中，所述钢波纹板的施工工艺包括：

12、植筋施工，在所述防水层内采用植筋的方式预留用于安装所述钢波纹板的螺栓孔；

13、拼装钢波纹板，将所述钢波纹板通过预留的螺栓孔依次与所述防水层连接，在所述钢波纹板与所述防水层之间留有空隙；

14、板后注浆，在所述钢波纹板和所述防水层之间注入泡沫混凝土，从而形成泡沫混凝土层，在钢波纹板预留注浆孔，连接注浆软管，注入水料比为0.18～0.25的泡沫混凝土，注浆压力为0.1～0.2mpa，对钢波纹板和防水层之间预留的空隙注浆完毕后，用速凝水泥封孔，从而形成泡沫混凝土层。泡沫混凝土是在普通混凝土中加入一定比例的发泡剂搅拌均匀，浇筑成型。泡沫混凝土密度在250～1600kg/m3之间，是普通混凝土的1/5-1/8，属于轻质产品。由于其内部有无数独立的气泡，对于外力作用表现出软垫性，提高了抗震性，抗裂性能较好，是普通混凝土的8倍。

15、在一个优选的实施例中，所述减隔震层采用速度相关性材料制成。

16、在一个优选的实施例中，所述减隔震层采用橡胶减隔震材料制成，所述减隔震层厚度为6～10cm。

17、在一个优选的实施例中，所述减隔震层采用负泊松比材料制成。

18、在一个优选的实施例中，所述围岩加固层包括系统锚管和注浆加固圈。

19、在一个优选的实施例中，所述找平层包括钢拱架和高韧性混凝土层。

20、与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

21、本发明采用钢波纹板作为隧道的衬砌结构层，具有强度高、变形适应能力强、整体稳定性好的特点。本发明的钢波纹板设置在隧道的最内侧，也就是说，钢波纹板是裸露在外的，在这种设置下，若钢波纹板在震后被损坏，可以直接快速对钢波纹板进行更换，降低维修成本，降低隧道的整体损失。

技术特征：

1.一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述衬砌结构层(5)还包括泡沫混凝土层(52)，所述钢波纹板(51)设置在所述泡沫混凝土层(52)的内侧。

3.根据权利要求2所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述泡沫混凝土层(52)的外侧设置为平面，与所述防水层(4)接触，所述泡沫混凝土层(52)的形状与所述钢波纹板(51)的波纹形状相适配，所述钢波纹板(51)间隙式设置在所述防水层(4)的内侧，在所述钢波纹板(51)和所述防水层(4)之间的间隙内注入泡沫混凝土，从而形成所述泡沫混凝土层。

4.根据权利要求3所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述衬砌结构层(5)的厚度为20～30cm。

5.根据权利要求3所述的新型隧道减隔震结构，其特征在于，所述钢波纹板(51)的施工工艺包括：

6.根据权利要求1所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述减隔震层(3)采用速度相关性材料制成。

7.根据权利要求6所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述减隔震层(3)采用橡胶减隔震材料制成，所述减隔震层(3)厚度为6～10cm。

8.根据权利要求1所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述减隔震层(3)采用负泊松比材料制成。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述围岩加固层(1)包括系统锚管和注浆加固圈。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌，其特征在于，所述找平层包括钢拱架和高韧性混凝土层。

技术总结
本发明属于隧道设计技术领域，具体地，涉及一种跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌。跨活动断裂带的隧道钢结构衬砌包括：围岩加固层；设置在所述围岩加固层内侧的找平层；设置在所述找平层内侧的减隔震层；设置在所述减隔震层内侧的防水层；以及设置在所述防水层内侧的衬砌结构层，所述衬砌结构层包括钢波纹板和泡沫混凝土层。本发明的钢波纹板具有整体稳定性好、变形适应能力强，在震后损坏之后能够快速拆换，节约工期。

技术研发人员：许学良,马伟斌,郭小雄,柴金飞,赵鹏,徐湉源,袁振宇,罗驰,张金龙,程爱君,赵洪勇,王子洪,马召辉
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15