本发明专利技术公开了一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，包括穿越断裂带扩挖段及两端的临近断裂带渐变段，穿越断裂带扩挖段和临近断裂带渐变段均包括由外至内设置的隧洞初期支护层、二次衬砌层、泡沫混凝土缓冲层，穿越断裂带扩挖段还包括空腔，穿越断裂带扩挖段的二次衬砌层内沿隧洞的纵向方向布置有多个铰接段，相邻的铰接段之间为可剪切横缝，铰接段内布置有环向钢筋及箍设在环向钢筋上的纵向箍筋，穿越断裂带扩挖段的二次衬砌层内还设置有分别与相邻的铰接段连接的纵向连接筋。本发明专利技术通过扩大变形空间、缓冲、铰接综合设计，可以容纳较大量值的错动；保证在断层错动时，输水功能不受到影响；保障了输水质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输水隧洞领域，具体涉及一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构。
技术介绍
我国西部地区的长大调水工程，受走线及地形地貌限制，经常需要穿越全新世活动断裂，这些活动断裂可能存在强烈的现今地震活动性它们活动时代新、规模大、活动（较）强烈，历史上曾发生过大震和强震，具有发生较为强烈地震的构造条件。活动断裂对输水隧洞的错断影响主要表现为两方面：一是当活动断裂因粘滑运动引发地震时，断裂沿线产生位错进而带来的输水隧洞抗剪断问题；二是全新世活动断裂蠕滑产生的累积位移对隧洞结构的破坏作用。活动断裂的剪切错动将使得使输水隧洞产生大面积的、难以修复的破坏，，并且使输水功能难以及时恢复，或即使输水功能得以保证，但由于掉落的泥土石块导致水质受到严重污染，从而影响灾区的救灾工作。因此，均需要在活动断裂两侧一定范围内采取抗错断措施，以维持隧洞的运行功能。目前根据国内外穿越活动断裂隧洞工程设计经验，隧动工程抗错断防护设计可以归纳为“超挖设计”、“铰接设计”及“隔离效能设计”三大类。（1）“加固围岩”，穿越较小的活动断裂时，采用锚杆、灌浆等方式加固围岩或采用加强隧洞支护结构的方式，可使得隧洞的抗错断性能得到一定程度的提升，但隧洞穿越大型活动断裂时，加固围岩或结构所可以提升的性能不多，同时不恰当的增加了隧洞结构的刚度可能反而增加隧洞破坏的程度。（2）“超挖设计”，即根据活动断裂可能的错动量,扩大隧道断面尺寸。在断裂错动时，扩大的隧道断面尺寸可以保证隧道断面的净空面积；尽可能减小错动导致的隧洞结构破坏。超挖量主要依据活动断层的错裂方式及错动量确定。但在穿越大型的断裂区域时，需要扩挖范围很大才能达到效果，这无疑会显著增加开挖断面和工程造价。同时，突兀的扩挖段造成了隧洞形式的突变，导致隧洞纵向刚度不匹配，加剧错断破坏（3）“铰接设计”，即尽量减小隧洞节段长度，使断层带及其两侧一定范围内的节段保持相对独立，各刚性隧洞节段间采用刚度相对较小的柔性连接。在断层错动时，破坏集中在连接部位或结构的局部，而不会导致结构整体性破坏。但铰接结构在适应错断变形时，可能在连接部位产生破坏，产生的塌方可能使得是的隧洞内部的流水受阻，且使得水质受到污染。（3）“隔离消能设计”，即采用钢筋混凝土复合衬砌，由初期支护、二次衬砌和中间回填柔性材料组成；其设计思路是外柔内刚，尽可能将地层蠕变和地震引起突变的位移吸收消化在初期支护和中间的缓冲层上，从而不影响二次衬砌正常的使用功能。这种方式对于在断裂错动较为剧烈的情形适应性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构。克服以往隧洞抗错断措施存在的确定和不足，综合了扩挖、铰接、消能这三种抗错断方法，对大型活动断裂适用性较好，可保证错断时洞内水流不中断，并保证流水水质不受围岩影响。具有广泛的应用前景。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，包括穿越断裂带扩挖段，穿越断裂带扩挖段两端设置有临近断裂带渐变段，穿越断裂带扩挖段包括由外至内设置的隧洞初期支护层、二次衬砌层、泡沫混凝土缓冲层和空腔，空腔内设置有输水钢管，临近断裂带渐变段包括从外到内设置的隧洞初期支护层、二次衬砌层、泡沫混凝土缓冲层，泡沫混凝土缓冲层设置在输水钢管外侧，穿越断裂带扩挖段的二次衬砌层内沿隧洞的纵向方向布置有多个铰接段，相邻的铰接段之间为可剪切横缝，铰接段为环状，铰接段内布置有环向钢筋及箍设在环向钢筋上的纵向箍筋，穿越断裂带扩挖段的二次衬砌层内还设置有纵向连接筋，纵向连接筋分别与相邻的铰接段连接。如上所述的铰接段内布置多层环向钢筋层，各层环向钢筋层均包括若干个环向钢筋，纵向箍筋箍设在最外两层的环向钢筋层的环向钢筋上。如上所述的穿越断裂带扩挖段内的输水钢管的通过可旋转接头与临近断裂带渐变段内的输水钢管连接。如上所述的临近断裂带渐变段的输水钢管上套设可变形橡胶支座，可变形橡胶支座的外壁与泡沫混凝土缓冲层的内壁相抵。如上所述的穿越断裂带扩挖段的两端延伸出活动断裂带的长度为活动断裂带宽度的0.2～0.8倍，临近断裂带渐变段的渐变部分纵向的长度为活动断裂带宽度的0.2～0.8倍。如上所述的穿越断裂带扩挖段的两端延伸出活动断裂带的长度为活动断裂带宽度的0.5倍，临近断裂带渐变段的渐变部分纵向的长度为活动断裂带宽度的0.5倍。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：（1）通过扩大变形空间、缓冲、铰接综合设计，可以容纳宽度很大的活动断裂带产生的较大量值的错动；（2）输水钢管支承在可变形橡胶支座上，可以保证在断层错动时，输水功能不受到影响；（3）输水钢管受到二次衬砌、泡沫缓凝土缓冲层、缓冲空腔；含环向箍筋的保护层四重保护，保证在断层错动时没有泥土石块掉落如水中，从而保障了输水质量。附图说明图1为本专利技术的平面结构示意图；图2为本专利技术的剖面结构示意图；图3为图1和图2中的可剪切横缝的结构示意图。其中：100-活动断裂带；200-断裂带交界；300-岩体；1-输水钢管；2-保护层；3-隧洞初期支护层；4-二次衬砌层；5-泡沫混凝土缓冲层；6-可旋转接头；7-钢管内部流水；8-空腔；9-可剪切横缝；10-可变形橡胶支座；11-纵向箍筋；12-纵向连接筋；13-环向钢筋；14-穿越断裂带扩挖段；15-临近断裂带渐变段；16-铰接段。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案进一步详细说明：一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，包括穿越断裂带扩挖段14和设置在穿越断裂带扩挖段14两端设置有临近断裂带渐变段15。作为一种优选方案，临近断裂带渐变段15从距离断裂带交界200的长度为1倍活动断裂带100的宽度处开始逐渐扩大隧洞断面，距断裂带交界200的长度为0.5倍活动断裂带100的宽度时断面扩大完成，临近断裂带渐变段15包括从外到内设置的隧洞初期支护层3、二次衬砌层4、泡沫混凝土缓冲层5。穿越断裂带扩挖段14包括由外至内设置的隧洞初期支护层3、二次衬砌层4、泡沫混凝土缓冲层5和供错断滑移的空腔8，空腔8内设置有输水钢管，临近断裂带渐变段15包括从外到内设置的隧洞初期支护层3、二次衬砌层4、泡沫混凝土缓冲层5，泡沫混凝土缓冲层5设置在输水钢管外侧，穿越断裂带扩挖段14的二次衬砌层4内沿隧洞的纵向方向布置有多个铰接段16，相邻的铰接段16之间为可错断横缝9，铰接段16为环状，铰接段16内布置有环向钢筋13及箍设在环向钢筋13上的纵向箍筋11，穿越断裂带扩挖段14的二次衬砌层4内还设置有纵向连接筋12，纵向连接筋12分别与相邻的铰接段16连接，即纵向连接筋12一端设置在相邻的其中一个铰接段16内，纵向连接筋12另一端设置在相邻的另一个铰接段16内。作为一种优选方案，铰接段16内布置多层环向钢筋层，各层环向钢筋层均包括若干个环向钢筋13，纵向箍筋11箍设在最外两层的环向钢筋层的环向钢筋13上。进一步作为优选方案，铰接段16内布置2层环向钢筋层。穿越断裂带扩挖段14中的输水钢管1在穿过活动活动断裂带100时，通过两个可旋转接头6分别与在活动断裂带100两侧的临近断裂带渐变段15内的输水钢管1连接，可旋转接头6一端与临近断裂带渐变段15内的输水钢管1连通，可旋转接头6另一端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，包括穿越断裂带扩挖段（14），其特征在于，穿越断裂带扩挖段（14）两端设置有临近断裂带渐变段（15），穿越断裂带扩挖段（14）包括由外至内设置的隧洞初期支护层（3）、二次衬砌层（4）、泡沫混凝土缓冲层（5）和空腔（8），空腔（8）内设置有输水钢管，临近断裂带渐变段（15）包括从外到内设置的隧洞初期支护层（3）、二次衬砌层（4）、泡沫混凝土缓冲层（5），泡沫混凝土缓冲层（5）设置在输水钢管外侧，穿越断裂带扩挖段（14）的二次衬砌层（4）内沿隧洞的纵向方向布置有多个铰接段（16），相邻的铰接段（16）之间为可剪切横缝（9），铰接段（16）为环状，铰接段（16）内布置有环向钢筋（13）及箍设在环向钢筋（13）上的纵向箍筋（11），穿越断裂带扩挖段（14）的二次衬砌层（4）内还设置有纵向连接筋（12），纵向连接筋（12）分别与相邻的铰接段（16）连接。
【技术特征摘要】
1.一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，包括穿越断裂带扩挖段（14），其特征在于，穿越断裂带扩挖段（14）两端设置有临近断裂带渐变段（15），穿越断裂带扩挖段（14）包括由外至内设置的隧洞初期支护层（3）、二次衬砌层（4）、泡沫混凝土缓冲层（5）和空腔（8），空腔（8）内设置有输水钢管，临近断裂带渐变段（15）包括从外到内设置的隧洞初期支护层（3）、二次衬砌层（4）、泡沫混凝土缓冲层（5），泡沫混凝土缓冲层（5）设置在输水钢管外侧，穿越断裂带扩挖段（14）的二次衬砌层（4）内沿隧洞的纵向方向布置有多个铰接段（16），相邻的铰接段（16）之间为可剪切横缝（9），铰接段（16）为环状，铰接段（16）内布置有环向钢筋（13）及箍设在环向钢筋（13）上的纵向箍筋（11），穿越断裂带扩挖段（14）的二次衬砌层（4）内还设置有纵向连接筋（12），纵向连接筋（12）分别与相邻的铰接段（16）连接。2.根据权利要求1所述的一种穿越大型活动断裂带的输水隧洞抗错断结构，其特征在于，所述的铰接段（16）内布置多层环向钢筋层，各层环向钢筋层均包括若干个环向钢筋（13），纵向箍筋（11）箍设在最外两层的...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔臻，盛谦，冷先伦，周兴涛，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。