一种用于断层的隧道衬砌结构的制作方法

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于断层的隧道衬砌结构。

背景技术：

随着我国交通运输行业的飞速发展，为满足经济文化需求以及人民出行需求，公路铁路网络版图正在不断扩展。许多交通要线将偏远山区与城市连接，将高原与平原贯通，其中对于隧道修建技术的要求也在逐渐增大，隧道施工难题也层出不穷。断层破碎带，是隧道施工当中的常见隐患，当隧道穿越地裂缝或断层带时，施工过程中极易发生掌子面失稳塌方。对于一些活动断层及地裂缝而言，即使在隧道建成后，由于两侧岩土体仍会产生错动变形，致使运营期也经常会出现衬砌开裂、渗漏水等问题，严重时还会导致隧道侵限问题。工程实践中为解决上述问题，通常会在隧道穿越断层带或地裂缝时采用扩大隧道断面，并设置变形缝来兼容断层或地裂缝两侧衬砌的张开或错动，扩大的隧道断面则保证不会发生侵限问题。而为了保证衬砌在发生较大张开及错动时不会发生严重的渗漏水问题，通常会在预设的变形缝处埋设可以兼容大变形的橡胶止水带，目前工程中橡胶止水带最大可以兼容高达1米的变形量。现有的方案解决了衬砌大幅度张开或错动时的衬砌侵限和防水问题，但在实际运用中，因相邻两模衬砌张开、错动而拉伸出来的橡胶止水带，需要承受上方直接作用在其上的水土压力荷载。由于橡胶止水带是一种柔性材料，在外部水土荷载作用下将发生显著的变形，尤其是在隧道的拱顶和拱肩部位，严重时橡胶止水带可能会侵入隧道限界；甚至橡胶止水带会发生强度失效，导致衬砌结构出现严重的渗漏水或者突泥涌水，从而影响隧道的正常运营和行车安全。

综上所述，在隧道穿越地裂缝或断层破碎带时，所采用的构造措施不仅要避免隧道侵限，还应考虑在发生较大位移错动时，作为止水构造的橡胶止水带的合理受力问题。目前，国内针对矿山法隧道中橡胶止水带的大变形问题还未有明确的解决方法和施工控制标准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于断层的隧道衬砌结构，该结构可以实现对橡胶止水带大变形的抑制。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于断层的隧道衬砌结构，包括：初次衬砌和二次衬砌，二次衬砌设有与断层对应的接缝，二次衬砌中设有橡胶止水带，橡胶止水带的两侧分别设置在接缝的两侧并且橡胶止水带沿断层的长度方向延伸设置，二次衬砌中设有多组沿橡胶止水带的长度方向间隔设置的支撑组件，支撑组件包括：两端分别设置在接缝两侧的支撑绳，支撑绳至少一端滑动且可锁紧的设置有阻尼器。

该衬砌结构设置了初次衬砌结构以及二次衬砌结构，二次衬砌结构中在纵向两模衬砌的接缝处设置兼容大变形的橡胶止水带，并在其靠隧道内侧相邻位置沿纵向设置一定数量支撑组件，支撑组件包括：支撑绳和阻尼器，阻尼器固定设置在接缝两侧的二次衬砌中，支撑绳至少一端与阻尼器滑动连接，当接缝发生张开或错动时，支撑绳会经阻尼器拉出，但受到阻尼器提供的阻力限制，支撑绳可为其外侧的橡胶止水带提供一定的径向支撑，并且当支撑绳拉伸到最大位置即可停止，从而为橡胶止水带提供恒定的支撑力，使使橡胶止水带在兼容接缝变形的同时可以承受外部水土荷载，保障了防水效果的同时也防止了止水带侵限。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑绳的一端滑动且可锁紧的设置有阻尼器，支撑绳的另一端通过钢筋网设置在二次衬砌中。

在本发明的一种方案中，支撑绳的一端通过钢筋网固定在二次衬砌中，支撑绳另一端滑动设置在阻尼器中，由于支撑绳的一端固定，阻尼器也固定，从而当从断层处断裂时，支撑绳的一端可以在套管中滑动并受阻尼器阻力限制拉伸，从而使张紧的支撑绳向下形变为橡胶止水带提供支撑力。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑绳的两端分别滑动且可锁紧的设置有阻尼器。

在本发明的另一种方案中，支撑绳的两端均滑动设置在阻尼器中，当从断层处断裂时，支撑绳的两端均可以从阻尼器中恒阻力伸出，使支撑绳向下形变为橡胶止水带提供支撑力。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑绳靠近阻尼器一端的外壁设有套管，支撑绳滑动设置在套管中。

套管固定在二次衬砌的混凝土中，支撑绳滑动设置在套管中，套管可以减小支撑绳滑动摩擦，避免支撑绳拉断。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，接缝中设有沿初次衬砌和二次衬砌方向依次设有嵌缝层和填缝层。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，套管的一端与阻尼器连接，套管的另一端设置在填缝层中。

套管的两端分别设置在阻尼器和填缝层中，从而使支撑绳设置在套管中的一段可以滑动伸长，套管的材质不做具体限制，但是套管应具有足够的强度不被混凝土压坏，还应耐腐蚀，可以选用符合强度的pvc管，有机材料管等。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，初次衬砌和二次衬砌之间设有缓冲层和防水层。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑绳采用钢绞绳。

钢绞绳强度高，且具有一定韧性，既可以保证良好的支撑性，也不容易拉断。

本发明具有以下有益效果：

1、该衬砌结构中的二次衬砌内设置支撑组件，该支撑组件中支撑绳可以在橡胶止水带向下沉降变形过程中，为橡胶止水带提供恒定的支撑力，并最终为橡胶止水带提供稳定的支撑力，该支撑组件既有效解决了矿山法施工隧道在穿越断层破碎带或地裂缝时发生衬砌大位移错动所带来的渗漏水病害，同时也在一定程度上规避了橡胶止水带变形过大导致的侵限问题。

2、该衬砌结构设计合理，原理简单，支撑组件制作工艺简单，施工简单、适用范围广。

附图说明

图1为实施例1中隧道衬砌结构支护的剖面图；

图2为实施例1中断层沉降时隧道衬砌结构的剖面图；

图3为实施例2中隧道衬砌结构支护的剖面图；

图4为实施例2中断层沉降时隧道衬砌结构的剖面图.

其中：1－初次衬砌；2－二次衬砌；21－橡胶止水带；22－支撑组件；221－阻尼器；222－支撑绳；223－套管；23－钢筋网；24－嵌缝层；25－填缝层；3－缓冲层；4－防水层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

参照图1，一种用于断层的隧道衬砌结构，包括：初次衬砌1和二次衬砌2，初次衬砌1和二次衬砌2之间设有缓冲层3和防水层4，在本实施例中，缓冲层3采用土工布缓冲层，防水层4采用防水板，二次衬砌2中断层的位置设有嵌缝层24和填缝层25。二次衬砌2中设有橡胶止水带21，橡胶止水带21的两侧分别设置在断层两侧的二次衬砌2中并且橡胶止水带21沿断层的长度方向延伸设置，橡胶止水带21的下方设有多组沿橡胶止水带21的长度方向间隔设置的支撑组件22，支撑组件22包括：阻尼器221以及两端分别设置在断层两侧的二次衬砌2中的支撑绳222，在本实施例中，支撑绳222采用钢绞绳，支撑绳222平行设置在橡胶止水带21的下方，支撑绳222的一端滑动且可锁紧的设置在阻尼器221中，支撑绳222的另一端通过钢筋网23固定设置在二次衬砌2中，支撑绳222靠近阻尼器221一端的外壁设有套管223，套管223的一端与阻尼器221连接，套管223的另一端设置在填缝层25中，套管223采用有机材料管，支撑绳222的右半部分滑动设置在套管223中。

参照图1，该衬砌结构的施工过程为：

s1、支撑绳222结构设计阶段

依据工程地质及水文条件、施工相关要求等对隧道二次衬砌2中的支撑绳222结构进行设计。为了保证支撑绳222在两模衬砌发生位移张开或错台时产生合理变形拉伸，则应结合工程地质情况和隧道埋深等通过计算来确定一个支撑绳222所承受的荷载外力临界值，同时也作为阻尼力值，进而选取适宜的阻尼器221型号和确定支撑绳222的数量。

s2、立模预埋阶段

支撑绳222和橡胶止水带21均需预埋进模筑混凝土二次衬砌2中，因此在立模过程中要进行橡胶止水带21和支撑绳222的定位与固定。参照现有的橡胶止水带21安装工艺，本实施例中橡胶止水带21采用中埋式止水带，但在本发明的其他实施例中橡胶止水带21的设置方式不限于此，例如还可以采用背贴式止水带。利用背托钢筋和钢筋卡对橡胶止水带21进行固定。然后在橡胶止水带21下方适当距离固定阻尼器221和用有套管223包裹的支撑绳222，阻尼器221只需在纵向两模衬砌中的其中一侧设置，与支撑绳222相连。

s3、模筑混凝土浇筑阶段

在橡胶止水带21和支撑绳222结构都固定好后，即可用模板台车对二次衬砌2进行浇筑。先浇筑一模混凝土，待凝固拆模后再浇筑另一模混凝土。在完成衬砌的浇筑和养护之后，进行整体浇筑质量的检验。

下面结合图2介绍当断层带发生大位移时，该衬砌结构的支护过程：

当纵向两模衬砌在断层带或地裂缝处产生大位移张开或错台时，橡胶止水带21将会直接承担来自隧道衬砌外部的水土压力，使其产生显著朝向隧道内侧的变形。此时支撑绳222设置在阻尼器221的一端受到拉伸，由阻尼器221内被拉出，其两端受到二次衬砌2的约束作用，支撑绳222呈张拉紧绷状态，对位于其外侧的橡胶止水带21提供径向支撑作用。橡胶止水带21在支撑绳222的支撑作用下，能够承受来自隧道衬砌外部的水土压力，并通过有限变形适应位于断层或地裂缝两次模筑混凝土的张开及错台，从而保证其防水功能。

实施例2

参照图3，在本实施例中，支撑绳222的两端均滑动且可锁紧的设置在阻尼器221中，阻尼器221固定设置在二次衬砌2中，支撑绳222的两端分别设有套管223，两个套管223远离阻尼器221的一端均设置在填缝层25中，参照图4，当纵向两模衬砌在断层带或地裂缝处产生大位移张开或错台时，橡胶止水带21向隧道内侧变形时，支撑绳222中部受到向隧道内部的压力而向下形变，支撑绳222的两端分别从阻尼器221中拉出伸长，直至支撑绳222达到最大伸长量，支撑绳222停止伸长，从而为橡胶止水带21提供恒定的支撑力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。