一种适用于跨地质断层的沉管隧道及其施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于跨地质断层的沉管隧道及其施工工艺，适用于跨地质断层的沉管隧道包括：隧道本体，包括依次连接的若干沉管节段，沉管节段包括顶板、底板与腹板；隔震垫层，设置在隧道本体的下方；限位结构，设置在相邻的沉管节段的连接处，限位结构沿竖直方向设置；以及耗能结构，分别设置在顶板、底板与腹板上，各耗能结构沿隧道本体的轴向设置；此适用于跨地质断层的沉管隧道通过设置隔震垫层隔断地震动的传播，设置限位结构保护相邻的沉管节段的连接处，并利用耗能结构的剪切变形耗散地震能量输入，可以有效地抵御断层区域地震输入特性差异所产生的冲击，防止强震作用下隧道产生大变形或错断。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于跨地质断层的沉管隧道及其施工工艺
本专利技术涉及隧道工程抗减震
，特别涉及一种适用于跨地质断层的沉管隧道及其施工工艺。
技术介绍
在跨海隧道建设过程中，为满足交通规划需求或运营要求，有可能遇到无法避让的高烈度地质断层。从工程建设角度而言，断层宽度一般从数米之数百米不等，断层两侧的地震输入特性的差异对隧道的安全性构成了严重威胁，严重时可能会导致隧道产生大变形或错断。另一方面，鉴于现有的隧道构造型式如矿山法形成的喷锚衬砌、盾构法形成的管片衬砌，均难以抵御断层区域地震输入特性差异的冲击。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于跨地质断层的沉管隧道及其施工工艺，能够有效地抵御断层区域地震输入特性差异的冲击，防止在强震作用下隧道产生大变形错断。根据本专利技术的第一方面实施例，提供一种适用于跨地质断层的沉管隧道，包括：隧道本体，包括依次连接的若干沉管节段，沉管节段包括顶板、底板与腹板；隔震垫层，设置在隧道本体的下方；限位结构，设置在相邻的沉管节段的连接处，限位结构沿竖直方向设置；以及耗能结构，分别设置在顶板、底板与腹板上，各耗能结构沿隧道本体的轴向设置。有益效果：此适用于跨地质断层的沉管隧道通过设置隔震垫层隔断地震动的传播，设置限位结构保护相邻的沉管节段的连接处，并利用耗能结构的剪切变形耗散地震能量输入，可以有效地抵御断层区域地震输入特性差异所产生的冲击，防止强震作用下隧道产生大变形或错断。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，隔震垫层包括鹅卵石垫层和碎石橡胶块垫层，鹅卵石垫层、碎石橡胶块垫层从下至上依次铺设。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，隔震垫层的厚度为2.0～3.0m，鹅卵石垫层的厚度为100～200cm，碎石橡胶块垫层设置为100cm厚、直径10cm。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，耗能结构为工字钢剪力键，工字钢剪力键为软钢，屈服强度至少为355MPa。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，限位结构包括至少四根钢管，各钢管彼此间隔，各钢管沿隧道本体的轴向排列，各钢管平均分成两组，两组钢管分别设置于相邻的沉管节段的连接处的两侧。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，限位结构为四根钢管，限位结构与隧道本体的外壁间距为20cm，各钢管内填充有沙和碎石，相邻的钢管之间的间距为4～5m。根据本专利技术第一方面实施例的适用于跨地质断层的沉管隧道，钢管的直径为1.0m、厚度为3cm、长度为10～20m。根据本专利技术的第二方面实施例，提供一种适用于跨地质断层的沉管隧道施工工艺，包括以下步骤：确定穿越断层的隧道轴线坐标范围，确保隧道本体垂直跨越断层；在穿越断层的范围内，利用耙吸式挖泥船将被耙齿疏松的岩土吸送到挖泥船，完成基槽开挖，基槽底部铺设隔震垫层，用于隔断地震动的传播；待沉管节段沉放就位后，在相邻的沉管节段的连接处的外侧打入钢管，作为隧道本体的限位结构；沉管节段就位后，在沉管节段的顶板、底板与腹板设置多道工字钢剪力键，利用工字钢剪力键的剪切变形耗散地震能量；在所有沉管节段沉放完毕后，采用矿山法施工非断层区域的隧道，再将二者连接贯通。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。图1为本专利技术实施例的结构示意图；图2为本专利技术实施例的工程示例中隧道地质情况示意图；图3为本专利技术实施例的工程示例中沉管隧道的加速度反应谱；图4为本专利技术实施例的工程示例中沉管隧道的位移反应谱；图5为本专利技术实施例的工程示例中不同垫层厚度下结构的加速度响应及隔震率；图6为本专利技术实施例的工程示例中沿隧道轴向各点响应的最大值。具体实施方式本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。参照图1至图6，一种适用于跨地质断层的沉管隧道，包括隧道本体、隔震垫层、限位结构和耗能结构40，其中隧道本体包括依次连接的若干沉管节段10，沉管节段10包括顶板、底板与腹板，腹板设置于两侧，并连接上方的顶板和下方底板，组成闭合的隧道结构；隔震垫层设置在隧道本体的下方，具体设置在底板的外侧；限位结构设置在相邻的沉管节段10的连接处，限位结构沿竖直方向设置，并插入土层；以及耗能结构40，分别设置在顶板、底板与腹板上，各耗能结构40沿隧道本体的轴向设置。具体的，隧道本体设置于断层区域，若不在断层区域则仅需设置普通的沉管道即可。优选的，隔震垫层包括鹅卵石垫层22、碎石橡胶块垫层21，其中鹅卵石垫层22、碎石橡胶块垫层21从下至上依次铺设。具体的，鹅卵石垫层22由鹅卵石堆砌而成，碎石橡胶块垫层21由碎石与橡胶块混合堆砌而成。隔震垫层的厚度为2.0～3.0m，鹅卵石垫层22的厚度为100～200cm，碎石橡胶块垫层21设置为100cm厚、直径10cm。具体根据地震响应计算结果确定，用于隔断地震动的传播。优选的，耗能结构40为工字钢剪力键，工字钢剪力键为软钢，屈服强度至少为355MPa，滞回曲线呈现出“梭形”，具有较强的塑性变形能力和良好的耗能能力，用于耗散地震能量输入。工字钢剪力键规格、沿沉管节段10的周边布置间距等根据地震响应计算结果确定。优选的，限位结构包括至少四根钢管30，各钢管30彼此间隔，各钢管30沿隧道本体的轴向排列，各钢管30平均分成两组，两组钢管30分别设置于相邻的沉管节段10的连接处的两侧。具体的，本实施例中限位结构为四根钢管30，在连接处的两侧分别设置两根钢管30，其中相邻的钢管30之间的间距为4～5m。限位结构与隧道本体的外壁间距为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于，包括：/n隧道本体，包括依次连接的若干沉管节段，所述沉管节段包括顶板、底板与腹板；/n隔震垫层，设置在所述隧道本体的下方；/n限位结构，设置在相邻的所述沉管节段的连接处，所述限位结构沿竖直方向设置；以及/n耗能结构，分别设置在所述顶板、底板与腹板上，各所述耗能结构沿隧道本体的轴向设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于，包括：
隧道本体，包括依次连接的若干沉管节段，所述沉管节段包括顶板、底板与腹板；
隔震垫层，设置在所述隧道本体的下方；
限位结构，设置在相邻的所述沉管节段的连接处，所述限位结构沿竖直方向设置；以及
耗能结构，分别设置在所述顶板、底板与腹板上，各所述耗能结构沿隧道本体的轴向设置。


2.根据权利要求1所述的适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于：所述隔震垫层包括鹅卵石垫层和碎石橡胶块垫层，所述鹅卵石垫层、碎石橡胶块垫层从下至上依次铺设。


3.根据权利要求2所述的适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于：所述隔震垫层的厚度为2.0～3.0m，所述鹅卵石垫层的厚度为100～200cm，所述碎石橡胶块垫层设置为100cm厚、直径10cm。


4.根据权利要求1所述的适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于：所述耗能结构为工字钢剪力键，所述工字钢剪力键为软钢，屈服强度至少为355MPa。


5.根据权利要求1所述的适用于跨地质断层的沉管隧道，其特征在于：所述限位结构包括至少四根钢管，各所述钢管彼此间隔，各所述钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊平，黄襄云，谢柱坚，黄祖乐，鲁家辉，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44