一种基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法。

背景技术：

我国的西北地区深居内陆，地形条件、地层岩性复杂，断裂构造广泛发育。随着我国的基础建设越来越广泛，尤其地铁建设蓬勃发展，越来越多的隧道不可避免要穿越活动断层,地震断裂带活动是造成地下工程严重破坏的主要原因，地震作用及活动性断层持续蠕滑产生的累积剪切错断都会对隧道衬砌安全、轴线稳定产生严重的破坏。

通过长期的国内外隧道设计与建设经验的积累和总结，对于一般地质条件下的隧道变形缝防水已形成了较为成熟和完善的设计方案。针对铁路或地铁隧道结构变形缝处防水通常采用外贴式止水带＋中埋式钢边橡胶止水带＋背水面密封胶嵌缝的防水方法，同时也可对变形缝处预留注浆导管进行注浆防水补强。止水带是变形缝防水措施中最为主要的防水措施，现阶段针对变形缝处的变形型止水带（能够适应接缝变形的止水带），可分为封闭型（中心孔等）和开敞型（中心变形体不封口）两种，开敞型包括w型、f型、ω型、波型等，一般止水带的适应变形量一般不超过30mm。

以上隧道变形缝防水措施及相关技术在一般地质条件下得到了广泛应用，取得了丰富的设计与施工经验，并在实用中验证了良好的效果。但针对跨断层带处特殊变形缝的防水处理，采用传统的变形缝防水措施及相关技术已无法满足防水要求。以新疆乌鲁木齐市地铁1号线10标段工程小西沟～铁路局站区间扩大断面特殊变形缝为例，据科研结果断层处错动量最大可达650mm。在跨断层带处特殊变形缝若产生较大错动量时，采用传统变形缝防水措施会受到严重破坏，止水带被撕裂，防水彻底失效，将严重影响运营安全。

特殊变形缝具有自身重量大，施工步序繁杂，工序多，每道工序施工要求高，隧道操作空间有限等特点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法，能够实现连续循环作业，快速周转施工，加快施工速度，缩短施工周期，形成的特殊变形缝防水结构解决了传统变形缝防水技术不能满足断层带特殊变形缝大错动量的防水要求的问题，能够达到断层带特殊变形缝在设防水准范围内持续错动时的防水功能要求。

本发明采用的技术方案是：

一种基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法，

包括以下步骤：

步骤s1：根据工筹安排，针对地震断裂带主要影响区域，扩大端面采用crd法掘进施工，施做初期支护，其隧道截面大于标准段，预留550mm的后期破坏补强空间；

步骤s2：待初期支护完成，进行二次衬砌施工，采用跳仓法凿除中隔壁和中隔墙，进行二次衬砌浇筑；

步骤s3：地裂缝影响区范围内全断面铺设防水层，铺设eva防水卷材、钢筋绑扎、立模、浇筑二次衬砌，二次衬砌浇筑过程中，需将特殊变形缝与内凸的马蹄形衬砌端头结构位置进行预留处理，随后后浇带处理；

步骤s4：待二次衬砌一般段浇筑完成后，施做特殊变形缝与马蹄形衬砌端头结构，施工前，绑扎好变形缝外层钢筋，并提前对内外环w型止水带和ω型止水带每隔250mm钻孔，外环w型止水带和ω型止水带通过螺栓、螺母进行固定，螺栓焊接到二衬内的钢筋上；

步骤s5：在外环w型止水带的两侧外壁上安装槽钢单元形成可调节轮廓的内撑结构，相邻槽钢单元之间通过双向螺杆进行固定连接，槽钢单元的外侧壁通过搭设斜杆进行固定，斜杆一端抵在已浇筑的混凝土面上，另一端通过可调托撑与槽钢单元连接，斜杆环向等间距布置，并通过与后浇带钢筋点焊连接，然后依次拼装下部端模板、边墙端模板和上部端模板形成环形模板，并将端模板与槽钢焊接固定，，特殊变形缝内两侧的端模板之间焊接有150mm短钢筋控制特殊变形缝的间距，保证内环w型止水带安装；

步骤s6：首先在环梁处预埋可多次注浆环向注浆管，注浆管环向间距为4-5m，注浆管穿过马蹄形衬砌端头结构1至二衬背后与预埋的可多次注浆环向注浆管通过端头接口相连接；然后绑扎特殊变形缝环梁钢筋，并搭设作业脚手架，在环梁钢筋外侧拼装异形模板形成马蹄形衬砌端头结构的二衬模板，并搭设异形模板支撑系统；

步骤s7：通过预先在拱部异形模板开凿的泵送孔洞对马蹄形衬砌端头结构进行浇筑，浇筑时按照分层、均匀、对称的原则进行，在浇筑前，在特殊变形缝内填充可阻止混凝土进入的材料，当混凝土浇筑完成后，拔出泵送管头并用事先准备好的编织袋将预留灌注孔堵住，防止混凝土自重沉落；

步骤s8：待混凝土强度达到要求后，拆除异形模板及异形模板支撑系统，安装外环w型止水带，采用钢压条、螺栓、螺母、垫片及螺孔遇水膨胀橡胶圈进行固定，之后，安装不锈钢接水盒。、

优选的，在上述步骤s5中，所述端模板安装前对其表面进行打磨防锈处理，除锈后的钢板先涂702环氧富锌底漆一度，待固化后再涂h52-65环氧煤沥青浆型防锈漆二度；

所述端模板采用宽为900mm、厚为10mm的钢板，相邻端模板之间采用电焊满焊。

优选的，在上述步骤s6中，仰拱处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、pe泡沫条、牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料；

拱顶及侧墙处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、橡化沥青防水涂料/牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料。。

优选的，在上述步骤s6中，所述异形模板支撑系统包括设置于特殊变形缝两侧的分别由异形模板拼装而成的二衬模板上的拱架模板，特殊变形缝两侧的二衬模板上沿着隧道开挖方向分别设置有三道拱架模板，每道拱架模板的拱顶与底部之间设置有多根纵向支撑杆，且每道拱架模板相对面上还设置有多根横向支撑杆，所述纵向支撑杆与横向支撑杆通过加固结构连接。

优选的，所述拱架模板由相互对称拼装的第一拱架模板单元、第二拱架模板单元、第三拱架模板单元、第四拱架模板单元和第五拱架模板单元构成，且相邻两个拱架模板单元之间通过设置加强筋固定连接，第一拱架模板单元和第四拱架模板单元的内弧面上均设置有3个座板，所述第二拱架模板单元和第三拱架模板单元的内弧面上均设置2个座板，所述第五拱架模板单元上设置有4个座板，所述纵向支撑杆的两端固定在第一拱架模板单元和第五拱架模板单元上位于同一垂直轴线上的两个座板上，所述横向连接杆的两端固定在对称的两个第二拱架模板单元、第三拱架模板单元和第四拱架模板单元上位于同一水平轴线上的两个座板上。

优选的，位于每道拱架模板垂直中心轴线上的纵向支撑杆的顶部均设置有顶托。

优选的，所述加固结构包括设置于纵向支撑杆上的套管，所述套管的侧壁上设置有水平卡环，所述水平卡环包括上卡环和下卡环，所述上卡环和下卡环的自由端分别设置有水平延伸部，所述水平延伸部上设置有固定孔，所述固定孔内设置有锁定螺杆，所述锁定螺杆的两端通过锁定螺母固定，所述横向支撑杆固定于水平卡环内。

优选的，所述异形模板支撑系统还包括设置于同一平面上的纵向支撑杆上的相互对称的两根斜支撑杆，所述斜支撑杆由第一连接杆和第二连接杆构成，所述第一连接杆和第二连接杆之间通过紧固结构进行固定连接。

优选的，所述紧固结构包括第一弧形固定环和第二弧形固定环，所述第一弧形固定环卡设在第一连接杆的上端，所述第二弧形固定环卡设在第二连接杆下端，所述第一弧形固定环和第二弧形固定环的两端外侧均焊接有连接板，所述连接板上开设有圆通孔，上下对应的两个圆通孔中均插设有固定螺杆，固定螺杆的两端通过螺帽拧紧固定。

优选的，沿着隧道开挖方向上的纵向支撑杆上设置有水平连接杆，所述水平连接杆与横向支撑杆采用转向扣连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法，根据设计需求，对隧道结构进行扩大，预留550mm的后期破坏补强空前，且对二衬厚度按照包络性进行改进，改进后的二衬厚度为600m，在地裂缝影响区特殊变形缝宽度设计成150mm，满足断层错动，减少断层错动产生的破坏程度。施工前对端模板进行设计，端模板以及异形模板、异形模板支撑系统先加工进行试拼，误差在允许范围内方允许批量生产端模板、异形模板以及拱架模板，进而缩短了变形缝施工工期，加快施工速度，缩短施工周期，节省施工材料，且施工环境更加安全。

本发明进一步改进在于，沿隧道横断面方向，每隔250mm采用螺栓、螺母对外环w型止水带及配合的ω型止水带进行固定，螺栓焊接到二衬内的钢筋上，并在外环w型止水带外侧设置槽钢单元形成内撑结构，提升了w型止水带及配合的ω型止水带的刚度，更有利于对其进行定位。且钢制端模板与槽钢单元通过焊接固定，提升了变形缝内w型止水带的安装精度，减少了w型止水带的固定难度，进而加快施工速度，缩短施工周期。

本发明进一步改进在于，搭建异形模板支撑系统过程中，纵向支撑杆与横向支撑杆之间通过加固结构进行连接，搭建快速且牢固，方便拆卸，进而缩短了异形模板支撑系统搭建时间，缩短了施工周期，节省了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中特殊变形缝防水结构示意图；

图2为变形缝两侧牛腿型衬砌端头结构示意图；

图3为w型止水带结构示意图；

图4为ω型止水带结构示意图；

图5为注浆管安装结构示意图；

图6为环梁钢筋安装示意图；

图7为异形模板的侧视图；

图8为异性模板支撑系统结构示意图；

图9为图8中a出的放大图；

图10为第一弧形固定环结构示意图；

图11为加固结构示意图；

图12为顶托结构示意图；

图13为环形模板的结构示意图；

图14为变形缝分布示意图；

图15为断裂带施工工艺顺序示意图。

其中，1-马蹄型衬砌端头结构；2-w型止水带；3-ω型止水带；4-全断面多次注浆管；41-注浆管；42-可多次注浆环向注浆管；5-槽钢单元；6-斜杆；7-端模板；8-拱架模板；801-第一拱架模板单元；802-第二拱架模板单元；803-第三拱架模板单元；804-第四拱架模板单元；805-第五拱架模板单元；9-异形模板；10-横向支撑杆；11-纵向支撑杆；12-加固结构；1201-套管；1202-水平卡环；1203-水平延伸部；1204-固定孔；13-第一连接杆；14-第二连接杆；15-紧固结构；1501-第一弧形固定环；1502-第二弧形固定环；1503-固定螺杆；1504-螺帽；1505-连接板；1506-圆通孔；16-顶托；17-座板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以乌鲁木齐市城市轨道交通1号线10标段小铁区间隧道工程为例对本发明的基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法进行具体说明，乌鲁木齐地铁1号线10标小西沟站～铁路局站区间断裂带起点：dk15+320.000，终点dk15+640.000，全长320m。区间穿越九家湾断层，为正断层，断层走向为东西向，倾角73度，预计百年错位量650mm。区间断层结构设防段总长116.4m（主控区长42m，影响区长72m，变形缝宽0.15m）。

根据设计要求九家湾断层最大错动量为650mm，对隧道结构进行扩大，并预留550mm的后期破坏补强空间。二衬厚度按照包络性进行考虑，结构设防范围内二衬厚度600mm。在断层影响段，结构设防范围内二衬设置变形缝，以满足断层错动的需要，尽量减小断层错动产生的破坏程度。结构设防主控区衬砌节段为6m，影响区衬砌节段为9m，设变形缝共计32道（如图14所示）。断裂带变形缝施工工艺顺序如图15所示，先浇筑二次衬砌一般段，然后施做特殊变形缝与马蹄形衬砌端头结构。

具体施工过程如下（如图1-13所示）：

本发明的一种基于地震断裂带大断面特殊变形缝修建方法，包括以下步骤：

施工前，对端模板进行设计，端模板、异形模板

步骤s1：根据工筹安排，针对地震断裂带主要影响区域，扩大端面采用crd法掘进施工，施做初期支护，其隧道截面大于标准段，预留550mm的后期破坏补强空间；

步骤s2：待初期支护完成，进行二次衬砌施工，采用跳仓法凿除中隔壁和中隔墙，进行二次衬砌浇筑；

步骤s3：地裂缝影响区范围内全断面铺设防水层，铺设eva防水卷材、钢筋绑扎、立模、浇筑二次衬砌，二次衬砌浇筑过程中，需将特殊变形缝与内凸的马蹄形衬砌端头结构位置进行预留处理，随后后浇带处理；

步骤s4：待二次衬砌一般段浇筑完成后，施做特殊变形缝与马蹄形衬砌端头结构1，施工前，绑扎好变形缝外层钢筋，并提前对内外环w型止水带2和ω型止水带2每隔250mm钻孔，外环w型止水带2和ω型止水带3通过螺栓、螺母进行固定，螺栓焊接到二衬内的钢筋上；其中，w型止水带2和ω型止水带3均采用三元乙丙橡胶制作；

步骤s5：在外环w型止水带的两侧外壁上安装槽钢单元形成可调节轮廓的内撑结构，相邻槽钢单元之间通过双向螺杆进行固定连接，槽钢单元的外侧壁通过搭设斜杆进行固定，斜杆一端抵在已浇筑的混凝土面上，另一端通过可调托撑与槽钢单元连接，斜杆环向等间距布置，并通过与后浇带钢筋点焊连接，然后依次拼装下部端模板、边墙端模板和上部端模板形成环形模板，并将端模板与槽钢焊接固定，特殊变形缝内两侧的端模板之间焊接有150mm短钢筋控制特殊变形缝的间距，保证内环w型止水带安装；

步骤s6：首先在环梁处预埋可多次注浆环向注浆管，注浆管环向间距为4-5m，注浆管穿过马蹄形衬砌端头结构1至二衬背后与预埋的可多次注浆环向注浆管通过端头接口相连接；然后绑扎特殊变形缝环梁钢筋，并搭设作业脚手架，在环梁钢筋外侧拼装异形模板形成马蹄形衬砌端头结构的二衬模板，并搭设异形模板支撑系统；

仰拱处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、pe泡沫条、牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料；

拱顶及侧墙处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、橡化沥青防水涂料/牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料。仰拱处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、pe泡沫条、牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料；

拱顶及侧墙处异形模板拼装嵌缝由外至内依次填塞低发泡闭孔聚乙烯板、橡化沥青防水涂料/牛皮纸、聚硫建筑密封胶、2mm厚优质单组分聚氨酯防水涂料。

步骤s7：通过预先在拱部异形模板开凿的泵送孔洞对马蹄形衬砌端头结构1进行浇筑，浇筑时按照分层、均匀、对称的原则进行，在浇筑前，在特殊变形缝内填充可阻止混凝土进入的材料，当混凝土浇筑完成后，拔出泵送管头并用事先准备好的编织袋将预留灌注孔堵住，防止混凝土自重沉落；

步骤s8：待混凝土强度达到要求后，拆除异形模板9及异形模板支撑系统，安装外环w型止水带2，采用钢压条、螺栓、螺母、垫片及螺孔遇水膨胀橡胶圈进行固定，之后，安装不锈钢接水盒。

在上述步骤s5中，所述端模板安装前对其表面进行打磨防锈处理，除锈后的钢板先涂702环氧富锌底漆一度，待固化后再涂h52-65环氧煤沥青浆型防锈漆二度；在端模板与止水带脚部接触处，用海绵将其塞紧，防止砼浆液流入变形缝。

所述端模板采用宽为900mm、厚为10mm的钢板，相邻端模板之间采用电焊满焊。

本实施例中，所述异形模板支撑系统（如图8所示）包括设置于特殊变形缝两侧的马的分别由异形模板9拼装而成的二衬模板上的拱架模板8，特殊变形缝两侧的二衬模板上沿着隧道开挖方向分别设置有三道拱架模板8（图8中第一道拱架模板位于最前方，后方较小的环形为第二道拱架模板，第三道拱架模板被第二道拱架模板遮挡住，因此未显示），每道拱架模板8的拱顶与底部之间设置有多根纵向支撑杆11，且每道拱架模板8相对面上还设置有多根横向支撑杆10，所述纵向支撑杆11与横向支撑杆10通过加固结构12连接。

其中，拱架模板8由相互对称拼装的第一拱架模板单元801、第二拱架模板单元802、第三拱架模板单元803、第四拱架模板单元804和第五拱架模板单元805构成，且相邻两个拱架模板单元之间通过设置加强筋固定连接，第一拱架模板单元801和第四拱架模板单元804的内弧面上均设置有3个座板17，所述第二拱架模板单元802和第三拱架模板单元803的内弧面上均设置2个座板17，所述第五拱架模板单元805上设置有4个座板17，所述纵向支撑杆11的两端固定在第一拱架模板单元801和第五拱架模板单元805上位于同一垂直轴线上的两个座板17上，所述横向连接杆10的两端固定在对称的两个第二拱架模板单元802、第三拱架模板单元803和第四拱架模板单元804上位于同一水平轴线上的两个座板17上。位于每道拱架模板垂直中心轴线上的纵向支撑杆11的顶部均设置有顶托16，进而提高对称的两个第五拱架模板805的稳定性。

如图11所示，加固结构12包括设置于纵向支撑杆11上的套管1201，所述套管1201的侧壁上设置有水平卡环1202，水平卡环1202通过焊接固定于套管1201侧壁上，所述水平卡环1202包括上卡环和下卡环，所述上卡环和下卡环的自由端分别设置有水平延伸部1203，所述水平延伸部1203上设置有固定孔1204，所述固定孔1204内设置有锁定螺杆，所述锁定螺杆的两端通过锁定螺母固定，所述横向支撑杆10固定于水平卡环1202内。套管1201在施工前已经按照设计要求安装到纵向支撑杆11上，因此施工过程中，仅将横向支撑杆10卡在水平卡环1202内，通过锁定螺母配合锁定螺杆对横向支撑杆10进行固定即可，操作简单，且牢固可靠，同时，也方便工作人员在异形模板支撑系统上进行工作。为了方便工作人员施工，沿着隧道开挖方向上的纵向支撑杆11上设置有水平连接杆，所述水平连接杆与横向支撑杆10采用转向扣连接（图中未显示），工作人员可根据工作需要，在相邻的两个横向支撑杆10与水平连接杆之间铺设水平工作台。

为了提高纵向支撑杆11的稳定性，在同一平面上的纵向支撑杆11的侧面设置有相互对称的两根斜支撑杆，两根斜支撑杆通过钢丝固定在横向支撑杆10或纵向支撑杆上，所述斜支撑杆由第一连接杆13和第二连接杆14构成，所述第一连接杆13和第二连接杆14之间通过紧固结构15进行固定连接（如图9和10）。

其中，紧固结构15包括第一弧形固定环1501和第二弧形固定环1502，所述第一弧形固定环1501卡设在第一连接杆13的上端，所述第二弧形固定环1502卡设在第二连接杆14下端，所述第一弧形固定环1501和第二弧形固定环1502的两端外侧均焊接有连接板1505，所述连接板1505上开设有圆通孔1506，上下对应的两个圆通孔1506中均插设有固定螺杆1503，固定螺杆1503的两端通过螺帽1504拧紧固定。其次，为了提高第一连接杆13与第二连接杆14之间的稳定性，在第一弧形固定环1501和第二弧形固定环1502的弧形槽内设置有弧形凸起，该弧形凸起可采用橡胶材质，粘贴在第一弧形固定环1501和第二弧形固定环1502的弧形槽内，增大与第一连接杆6和第二连接杆7之间摩擦力。

本发明根据设计需求，对隧道结构进行扩大，预留550mm的后期破坏补强空前，且对二衬厚度按照包络性进行改进，改进后的二衬厚度为600m，在地裂缝影响区特殊变形缝宽度设计成150mm，满足断层错动，减少断层错动产生的破坏程度。施工前对端模板进行设计，端模板以及异形模板、异形模板支撑系统先加工进行试拼，误差在允许范围内方允许批量生产端模板、异形模板以及拱架模板，进而缩短了变形缝施工工期，加快施工速度，缩短施工周期，节省施工材料，且施工环境更加安全，在有限的作业空间里，大大减少交叉作业影响，并且质量还有保障。

本工法以新疆乌鲁木齐市地铁1号线10标段工程小西沟～铁路局站区间扩大断面特殊变形缝为背景，根据现场大断面特殊变形缝施工经验，总结出城市地铁隧道穿越地震断裂带大断面特殊变形缝施工工法，在新疆乌鲁木齐市地铁1号线10标段工程获得了成功的应用，节约了工期，加快了施工进度，节约了施工成本，将越来越广泛地被用到相关工程实践中，具有广阔的推广应用前景。