一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，包括穿越斷裂帶擴挖段及兩端的臨近斷裂帶漸變段，穿越斷裂帶擴挖段和臨近斷裂帶漸變段均包括由外至內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層、二次襯砌層、泡沫混凝土緩沖層，穿越斷裂帶擴挖段還包括空腔，穿越斷裂帶擴挖段的二次襯砌層內(nèi)沿隧洞的縱向方向布置有多個鉸接段，相鄰的鉸接段之間為可剪切橫縫，鉸接段內(nèi)布置有環(huán)向鋼筋及箍設(shè)在環(huán)向鋼筋上的縱向箍筋，穿越斷裂帶擴挖段的二次襯砌層內(nèi)還設(shè)置有分別與相鄰的鉸接段連接的縱向連接筋。本發(fā)明通過擴大變形空間、緩沖、鉸接綜合設(shè)計，可以容納較大量值的錯動；保證在斷層錯動時，輸水功能不受到影響；保障了輸水質(zhì)量。
【專利說明】
一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及輸水隧洞領(lǐng)域，具體涉及一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國西部地區(qū)的長大調(diào)水工程，受走線及地形地貌限制，經(jīng)常需要穿越全新世活動斷裂，這些活動斷裂可能存在強烈的現(xiàn)今地震活動性它們活動時代新、規(guī)模大、活動(較)強烈，歷史上曾發(fā)生過大震和強震，具有發(fā)生較為強烈地震的構(gòu)造條件?；顒訑嗔褜斔矶吹腻e斷影響主要表現(xiàn)為兩方面:一是當(dāng)活動斷裂因粘滑運動引發(fā)地震時，斷裂沿線產(chǎn)生位錯進(jìn)而帶來的輸水隧洞抗剪斷問題;二是全新世活動斷裂蠕滑產(chǎn)生的累積位移對隧洞結(jié)構(gòu)的破壞作用。活動斷裂的剪切錯動將使得使輸水隧洞產(chǎn)生大面積的、難以修復(fù)的破壞，，并且使輸水功能難以及時恢復(fù)，或即使輸水功能得以保證，但由于掉落的泥土石塊導(dǎo)致水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，從而影響災(zāi)區(qū)的救災(zāi)工作。因此，均需要在活動斷裂兩側(cè)一定范圍內(nèi)采取抗錯斷措施，以維持隧洞的運行功能。目前根據(jù)國內(nèi)外穿越活動斷裂隧洞工程設(shè)計經(jīng)驗，隧動工程抗錯斷防護(hù)設(shè)計可以歸納為“超挖設(shè)計”、“鉸接設(shè)計”及“隔離效能設(shè)計”三大類。
[0003](I) “加固圍巖”，穿越較小的活動斷裂時，采用錨桿、灌漿等方式加固圍巖或采用加強隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)的方式，可使得隧洞的抗錯斷性能得到一定程度的提升，但隧洞穿越大型活動斷裂時，加固圍巖或結(jié)構(gòu)所可以提升的性能不多，同時不恰當(dāng)?shù)脑黾恿怂矶唇Y(jié)構(gòu)的剛度可能反而增加隧洞破壞的程度。
[0004](2)“超挖設(shè)計”，即根據(jù)活動斷裂可能的錯動量，擴大隧道斷面尺寸。在斷裂錯動時，擴大的隧道斷面尺寸可以保證隧道斷面的凈空面積;盡可能減小錯動導(dǎo)致的隧洞結(jié)構(gòu)破壞。超挖量主要依據(jù)活動斷層的錯裂方式及錯動量確定。但在穿越大型的斷裂區(qū)域時，需要擴挖范圍很大才能達(dá)到效果，這無疑會顯著增加開挖斷面和工程造價。同時，突兀的擴挖段造成了隧洞形式的突變，導(dǎo)致隧洞縱向剛度不匹配，加劇錯斷破壞
(3)“鉸接設(shè)計”，即盡量減小隧洞節(jié)段長度，使斷層帶及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)的節(jié)段保持相對獨立，各剛性隧洞節(jié)段間采用剛度相對較小的柔性連接。在斷層錯動時，破壞集中在連接部位或結(jié)構(gòu)的局部，而不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性破壞。但鉸接結(jié)構(gòu)在適應(yīng)錯斷變形時，可能在連接部位產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生的塌方可能使得是的隧洞內(nèi)部的流水受阻，且使得水質(zhì)受到污染。
[0005](3)“隔離消能設(shè)計”，即采用鋼筋混凝土復(fù)合襯砌，由初期支護(hù)、二次襯砌和中間回填柔性材料組成;其設(shè)計思路是外柔內(nèi)剛，盡可能將地層蠕變和地震引起突變的位移吸收消化在初期支護(hù)和中間的緩沖層上，從而不影響二次襯砌正常的使用功能。這種方式對于在斷裂錯動較為劇烈的情形適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)?？朔酝矶纯瑰e斷措施存在的確定和不足，綜合了擴挖、鉸接、消能這三種抗錯斷方法，對大型活動斷裂適用性較好，可保證錯斷時洞內(nèi)水流不中斷，并保證流水水質(zhì)不受圍巖影響。具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，包括穿越斷裂帶擴挖段，穿越斷裂帶擴挖段兩端設(shè)置有臨近斷裂帶漸變段，穿越斷裂帶擴挖段包括由外至內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層、二次襯砌層、泡沫混凝土緩沖層和空腔，空腔內(nèi)設(shè)置有輸水鋼管，臨近斷裂帶漸變段包括從外到內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層、二次襯砌層、泡沫混凝土緩沖層，泡沫混凝土緩沖層設(shè)置在輸水鋼管外側(cè)，穿越斷裂帶擴挖段的二次襯砌層內(nèi)沿隧洞的縱向方向布置有多個鉸接段，相鄰的鉸接段之間為可剪切橫縫，鉸接段為環(huán)狀，鉸接段內(nèi)布置有環(huán)向鋼筋及箍設(shè)在環(huán)向鋼筋上的縱向箍筋，穿越斷裂帶擴挖段的二次襯砌層內(nèi)還設(shè)置有縱向連接筋，縱向連接筋分別與相鄰的鉸接段連接。
[0008]如上所述的鉸接段內(nèi)布置多層環(huán)向鋼筋層，各層環(huán)向鋼筋層均包括若干個環(huán)向鋼筋，縱向箍筋箍設(shè)在最外兩層的環(huán)向鋼筋層的環(huán)向鋼筋上。
[0009]如上所述的穿越斷裂帶擴挖段內(nèi)的輸水鋼管的通過可旋轉(zhuǎn)接頭與臨近斷裂帶漸變段內(nèi)的輸水鋼管連接。
[0010]如上所述的臨近斷裂帶漸變段的輸水鋼管上套設(shè)可變形橡膠支座，可變形橡膠支座的外壁與泡沫混凝土緩沖層的內(nèi)壁相抵。
[0011]如上所述的穿越斷裂帶擴挖段的兩端延伸出活動斷裂帶的長度為活動斷裂帶寬度的0.2?0.8倍，臨近斷裂帶漸變段的漸變部分縱向的長度為活動斷裂帶寬度的0.2?0.8倍。
[0012]如上所述的穿越斷裂帶擴挖段的兩端延伸出活動斷裂帶的長度為活動斷裂帶寬度的0.5倍，臨近斷裂帶漸變段的漸變部分縱向的長度為活動斷裂帶寬度的0.5倍。
[0013]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:
(1)通過擴大變形空間、緩沖、鉸接綜合設(shè)計，可以容納寬度很大的活動斷裂帶產(chǎn)生的較大量值的錯動；
(2)輸水鋼管支承在可變形橡膠支座上，可以保證在斷層錯動時，輸水功能不受到影響；
(3)輸水鋼管受到二次襯砌、泡沫緩凝土緩沖層、緩沖空腔;含環(huán)向箍筋的保護(hù)層四重保護(hù)，保證在斷層錯動時沒有泥土石塊掉落如水中，從而保障了輸水質(zhì)量。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖1和圖2中的可剪切橫縫的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:100-活動斷裂帶；200-斷裂帶交界;300-巖體；1-輸水鋼管；2_保護(hù)層;3_隧洞初期支護(hù)層;4-二次襯砌層;5-泡沫混凝土緩沖層;6-可旋轉(zhuǎn)接頭;7-鋼管內(nèi)部流水;8-空腔;9-可剪切橫縫;10-可變形橡膠支座；11-縱向箍筋；12-縱向連接筋；13-環(huán)向鋼筋；14-穿越斷裂帶擴挖段;15-臨近斷裂帶漸變段;16-鉸接段。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說明:
一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，包括穿越斷裂帶擴挖段14和設(shè)置在穿越斷裂帶擴挖段14兩端設(shè)置有臨近斷裂帶漸變段15。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，臨近斷裂帶漸變段15從距離斷裂帶交界200的長度為I倍活動斷裂帶100的寬度處開始逐漸擴大隧洞斷面，距斷裂帶交界200的長度為0.5倍活動斷裂帶100的寬度時斷面擴大完成，臨近斷裂帶漸變段15包括從外到內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層3、二次襯砌層4、泡沫混凝土緩沖層5。
[0018]穿越斷裂帶擴挖段14包括由外至內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層3、二次襯砌層4、泡沫混凝土緩沖層5和供錯斷滑移的空腔8，空腔8內(nèi)設(shè)置有輸水鋼管，臨近斷裂帶漸變段15包括從外到內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層3、二次襯砌層4、泡沫混凝土緩沖層5，泡沫混凝土緩沖層5設(shè)置在輸水鋼管外側(cè)，穿越斷裂帶擴挖段14的二次襯砌層4內(nèi)沿隧洞的縱向方向布置有多個鉸接段16，相鄰的鉸接段16之間為可錯斷橫縫9，鉸接段16為環(huán)狀，鉸接段16內(nèi)布置有環(huán)向鋼筋13及箍設(shè)在環(huán)向鋼筋13上的縱向箍筋11，穿越斷裂帶擴挖段14的二次襯砌層4內(nèi)還設(shè)置有縱向連接筋12，縱向連接筋12分別與相鄰的鉸接段16連接，即縱向連接筋12—端設(shè)置在相鄰的其中一個鉸接段16內(nèi)，縱向連接筋12另一端設(shè)置在相鄰的另一個鉸接段16內(nèi)。
[0019]作為一種優(yōu)選方案，鉸接段16內(nèi)布置多層環(huán)向鋼筋層，各層環(huán)向鋼筋層均包括若干個環(huán)向鋼筋13，縱向箍筋11箍設(shè)在最外兩層的環(huán)向鋼筋層的環(huán)向鋼筋13上。進(jìn)一步作為優(yōu)選方案，鉸接段16內(nèi)布置2層環(huán)向鋼筋層。
[0020]穿越斷裂帶擴挖段14中的輸水鋼管I在穿過活動活動斷裂帶100時，通過兩個可旋轉(zhuǎn)接頭6分別與在活動斷裂帶100兩側(cè)的臨近斷裂帶漸變段15內(nèi)的輸水鋼管I連接，可旋轉(zhuǎn)接頭6—端與臨近斷裂帶漸變段15內(nèi)的輸水鋼管I連通，可旋轉(zhuǎn)接頭6另一端與穿越斷裂帶擴挖段14內(nèi)的輸水鋼管I連通，可旋轉(zhuǎn)接頭的用途為保證輸水鋼管I在接頭處可以發(fā)生周向旋轉(zhuǎn)。由于輸水隧洞為無壓隧洞，不用抵抗很大的內(nèi)水壓，因此可以接頭可以采用多種常見的形式，如橡膠軟管，或鋼質(zhì)萬向球形接頭。使得活動斷裂在錯動時輸水鋼管可以協(xié)調(diào)變形。
[0021]在臨近斷裂帶漸變段15內(nèi)的輸水鋼管I上套設(shè)可變形橡膠支座10，可變形橡膠支座10的外壁與臨近斷裂帶漸變段15內(nèi)的泡沫混凝土緩沖層5的內(nèi)壁相抵，可變形橡膠支座10用以吸收并緩沖輸水鋼管I的錯動變形;輸水鋼管I在穿過穿越斷裂帶擴挖段14時，輸水鋼管I左右兩側(cè)留有空腔8用以容納輸水鋼管I的錯動變形，輸水鋼管I外側(cè)澆筑一層帶環(huán)向箍筋的保護(hù)層2，用以保護(hù)輸水鋼管免受因為錯動產(chǎn)生的塌方而掉落的巖石落入流水7中影響水質(zhì)。
[0022]在活動斷裂發(fā)生錯動時，輸水鋼管I通過兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)接頭6可以發(fā)生相對變形，使得輸水鋼管I不至于斷裂;穿越斷裂帶擴挖段14的空腔8可以容納已經(jīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)的輸水鋼管I，使得輸水鋼管不會被圍巖所擠壓損壞;厚度較厚的泡沫混凝土緩沖層5—方面可以在空腔8的設(shè)計余量耗盡時，通過塑性變形進(jìn)一步容納已經(jīng)發(fā)生需旋轉(zhuǎn)移位的輸水鋼管I，另一方面可以抵抗斷裂帶錯動時掉落下來的巖石碎塊，使得輸水鋼管I不被砸壞;二次襯砌層4內(nèi)上布置的可剪切橫縫9，通過布置縱向箍筋11以獲得一個較弱的剪切剛度;斷裂帶錯動時，二次襯砌層4將首先在可剪切橫縫9處產(chǎn)生錯動，而可剪切橫縫9處布置的縱向連接筋12可保證可剪切橫縫9在發(fā)生剪切時具有一定的延性，不至于很快被剪壞。輸水鋼管I外側(cè)的保護(hù)層2—方面為擴挖段的鋼管提供支承，另一方面進(jìn)一步保護(hù)輸水鋼管不被掉落的巖石砸壞，在斷層錯斷時保證輸水功能，并保證水質(zhì)。
[0023]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，包括穿越斷裂帶擴挖段(14)，其特征在于，穿越斷裂帶擴挖段(14)兩端設(shè)置有臨近斷裂帶漸變段(15)，穿越斷裂帶擴挖段(14)包括由外至內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層(3)、二次襯砌層(4)、泡沫混凝土緩沖層(5)和空腔(8)，空腔(8)內(nèi)設(shè)置有輸水鋼管，臨近斷裂帶漸變段(15)包括從外到內(nèi)設(shè)置的隧洞初期支護(hù)層(3)、二次襯砌層(4)、泡沫混凝土緩沖層(5)，泡沫混凝土緩沖層(5)設(shè)置在輸水鋼管外側(cè)，穿越斷裂帶擴挖段(14)的二次襯砌層(4)內(nèi)沿隧洞的縱向方向布置有多個鉸接段(16)，相鄰的鉸接段(16)之間為可剪切橫縫(9)，鉸接段(16)為環(huán)狀，鉸接段(16)內(nèi)布置有環(huán)向鋼筋(13)及箍設(shè)在環(huán)向鋼筋(13)上的縱向箍筋(11)，穿越斷裂帶擴挖段(14)的二次襯砌層(4)內(nèi)還設(shè)置有縱向連接筋(12)，縱向連接筋(12)分別與相鄰的鉸接段(16)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的鉸接段(16)內(nèi)布置多層環(huán)向鋼筋層，各層環(huán)向鋼筋層均包括若干個環(huán)向鋼筋(13)，縱向箍筋(11)箍設(shè)在最外兩層的環(huán)向鋼筋層的環(huán)向鋼筋(13)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的穿越斷裂帶擴挖段(14)內(nèi)的輸水鋼管的通過可旋轉(zhuǎn)接頭(6)與臨近斷裂帶漸變段(15)內(nèi)的輸水鋼管連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的臨近斷裂帶漸變段(15)的輸水鋼管上套設(shè)可變形橡膠支座(10)，可變形橡膠支座(1 )的外壁與泡沫混凝土緩沖層(5 )的內(nèi)壁相抵。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4任意所述的一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的穿越斷裂帶擴挖段(14)的兩端延伸出活動斷裂帶(100)的長度為活動斷裂帶(100)寬度的0.2?0.8倍，臨近斷裂帶漸變段(15)的漸變部分縱向的長度為活動斷裂帶(100)寬度的0.2?0.8倍。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種穿越大型活動斷裂帶的輸水隧洞抗錯斷結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的穿越斷裂帶擴挖段(14)的兩端延伸出活動斷裂帶(100)的長度為活動斷裂帶(100)寬度的0.5倍，臨近斷裂帶漸變段(15)的漸變部分縱向的長度為活動斷裂帶(100)寬度的0.5倍。
【文檔編號】E21D11/18GK106089235SQ201610580546
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月21日 公開號201610580546.8, CN 106089235 A, CN 106089235A, CN 201610580546, CN-A-106089235, CN106089235 A, CN106089235A, CN201610580546, CN201610580546.8
【發(fā)明人】崔臻, 盛謙, 冷先倫, 周興濤
【申請人】中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所