本發(fā)明涉及跨斷層高鐵隧道減震，特別涉及一種多目標(biāo)跨斷層高鐵隧道減震結(jié)構(gòu)體系及施工方法。

背景技術(shù)：

1、隧道包圍在地層介質(zhì)中，地震發(fā)生時地下結(jié)構(gòu)物隨圍巖一起運(yùn)動，人們一般認(rèn)為地震對地下結(jié)構(gòu)(明、暗挖隧道，車站)影響很小。直到1995年阪神大地震后，人們才認(rèn)識到地下隧道存在地震破壞的可能性，為此，隧道在設(shè)計與施工中要采取必要的措施。高鐵隧道為滿足高速通行下的氣動要求，隧道凈空有效面積、斷面形式、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均明顯高于普速鐵路隧道。為保障高平順性和高穩(wěn)定性，通常采用整體剛度大的無砟板式軌道結(jié)構(gòu)。然而，斷層錯動作用下，上、下盤巖土體將產(chǎn)生復(fù)雜的空間三維變形，兼有拉（壓）、剪、彎等受力形態(tài)，穿越斷層帶的隧道會產(chǎn)生嚴(yán)重變形、開裂甚至破壞，高鐵隧道除可能承受襯砌結(jié)構(gòu)地震破壞外，亦易遭受軌道結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重影響抗震救災(zāi)及震后復(fù)通效率。

2、目前，隧道常采用的抗減震措施有注漿加固圍巖、設(shè)置減震層、斷面擴(kuò)挖設(shè)計、結(jié)構(gòu)鉸接設(shè)計等。注漿加固可能受到圍巖原有結(jié)構(gòu)、裂縫、水文地質(zhì)條件等因素的限制。此外，注漿后的圍巖仍然可能存在局部薄弱部位，無法完全解決地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。減震層的減震效果受到減震層材料、厚度、布置方式等因素的影響。斷面擴(kuò)挖設(shè)計的擴(kuò)挖會增加施工難度和工程成本，可能導(dǎo)致原有地質(zhì)條件的改變，增加地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。結(jié)構(gòu)鉸接設(shè)計需要精確的設(shè)計和施工控制，可能會引入結(jié)構(gòu)變形后的維修和修復(fù)問題，因此，本技術(shù)提供了一種多目標(biāo)跨斷層高鐵隧道減震結(jié)構(gòu)體系及施工方法來滿足需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多目標(biāo)跨斷層高鐵隧道減震結(jié)構(gòu)體系及施工方法，通過設(shè)置支撐機(jī)構(gòu)，不僅可以使隧道頂部的壓力向遠(yuǎn)離隧道方向分散，從而達(dá)到增加裝置的穩(wěn)定性的效果，且支撐機(jī)構(gòu)使裝置的支撐性更好，且支撐機(jī)構(gòu)本身也具有一定的彈性形變能力，進(jìn)一步使裝置的抗錯動能力更好，通過以上的設(shè)置可以解決現(xiàn)有的裝置抗地質(zhì)災(zāi)害能力差，修復(fù)困難的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種多目標(biāo)跨斷層高鐵隧道減震結(jié)構(gòu)體系，包括斷層破碎帶區(qū)段，所述斷層破碎帶區(qū)段的兩側(cè)設(shè)有破碎帶影響區(qū)，所述破碎帶影響區(qū)遠(yuǎn)離斷層破碎帶區(qū)段的一側(cè)設(shè)有普通區(qū)段，所述斷層破碎帶區(qū)段的中軸位置設(shè)有滑動斷層面，所述斷層破碎帶區(qū)段內(nèi)設(shè)有超挖段，所述超挖段內(nèi)設(shè)有填充層架，所述填充層架內(nèi)設(shè)有初期支護(hù)，所述初期支護(hù)內(nèi)設(shè)有節(jié)段內(nèi)襯，所述斷層破碎帶區(qū)段和破碎帶影響區(qū)內(nèi)設(shè)有環(huán)向柔性連接段，所述環(huán)向柔性連接段的兩側(cè)設(shè)有止水帶，所述填充層架的剛度在所述超挖段內(nèi)的方向不同，相鄰兩組所述節(jié)段內(nèi)襯的變形縫處通過所述環(huán)向柔性連接段連接；支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)用于加強(qiáng)裝置的支撐力和達(dá)到進(jìn)一步的抗壓減震效果，所述支撐機(jī)構(gòu)與所述填充層架相連接。

4、可選地，所述填充層架沿著所述超挖段的橫向方向設(shè)有多個區(qū)域，根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)力分布和受力要求來確定分區(qū)位置，不同所述區(qū)域的所述填充層架的剛度不同，所述填充層架內(nèi)設(shè)有橡膠噴射混凝土，其中在應(yīng)力集中和變形較小的區(qū)域，使用高彈性模量的填充層；在應(yīng)力較小但變形較大的區(qū)域，使用低彈性模量的填充層，所述環(huán)向柔性連接段按不等間距布置。

5、可選地，所述支撐機(jī)構(gòu)包括安裝在所述填充層架上的支撐板，所述支撐板的底部環(huán)形等距固定連接有支撐柱，所述支撐板的兩側(cè)端頭設(shè)有端部，所述環(huán)向柔性連接段的頂部固定連接有所述端部形狀相適配的連接片。

6、可選地，所述支撐板為中間凸起的弧形狀，所述端部的邊緣為圓弧形，所述支撐板和支撐柱為鋼材質(zhì)構(gòu)成，所述支撐板和所述支撐柱之間澆筑有混凝土。

7、可選地，所述連接片為凹狀弧形板，所述連接片的端頭設(shè)有導(dǎo)向部，所述連接片靠近所述導(dǎo)向部方向開設(shè)有第一弱化部，所述連接片和環(huán)向柔性連接段為一體式構(gòu)成。

8、可選地，所述填充層架內(nèi)設(shè)有加固組件，所述加固組件包括安裝在所述填充層架上的第一支撐片，所述第一支撐片為多組等距設(shè)置在填充層架的頂部，最兩側(cè)所述第一支撐片的底部固定連接有第三支撐片，所述第三支撐片的底部固定連接有彈性片，所述填充層架的底部設(shè)有與所述彈性片形狀相適配的第二加厚部，所述節(jié)段內(nèi)襯的底部設(shè)有與所述彈性片形狀相適配的第一加厚部。

9、可選地，相鄰兩組所述第一支撐片之間安裝有第二支撐片，所述第二支撐片為弧形環(huán)狀，所述第二支撐片上環(huán)形等距開設(shè)有第二弱化部。

10、可選地，所述第三支撐片上固定連接有第四支撐片，所述第三支撐片上固定連接有第五支撐片，兩組相鄰所述第四支撐片之間設(shè)有第六支撐片，所述第六支撐片的截面為橢圓形，所述第四支撐片為向遠(yuǎn)離所述第六支撐片方向凸起的弧形狀，所述第五支撐片為弧形狀。

11、可選地，所述彈性片上等距開設(shè)有第三弱化部，所述彈性片的截面為曲面波紋形，所述彈性片上等距設(shè)有凸起部和凹陷部，兩組所述彈性片的凸起部對向設(shè)置。

12、可選地，根據(jù)權(quán)利要求任一所述的多目標(biāo)跨斷層高鐵隧道減震結(jié)構(gòu)體系的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

13、步驟一：開挖斷層破碎帶區(qū)段、破碎帶影響區(qū)、普通區(qū)段和超挖段，不同區(qū)段襯砌環(huán)的連接處采用插筋連接，保證襯砌環(huán)之間的力傳遞和結(jié)構(gòu)完整性。開挖所述普通區(qū)段的隧道結(jié)構(gòu)時，由于圍巖自穩(wěn)能力不足，及時對開挖內(nèi)壁進(jìn)行初期支護(hù)，根據(jù)隧道圍巖不同情況選擇不同的支護(hù)方式，處理所述初期支護(hù)的表面，鋪設(shè)防水板土工布，綁扎鋼筋籠，施工節(jié)段內(nèi)襯；

14、步驟二：安裝支撐板和支撐柱，并在超挖段的隧道凈空內(nèi)緊貼隧道超挖輪廓線施作填充層架，填充層架的厚度與超挖段的開挖深度相同，所在破碎帶影響區(qū)區(qū)的圍巖內(nèi)側(cè)和所述填充層架的內(nèi)側(cè)壁進(jìn)行填充層架根據(jù)隧道圍巖不同情況選擇不同的支護(hù)方式，處理所述初期支護(hù)的表面，鋪設(shè)防水板土工布，綁扎鋼筋籠；

15、步驟三：施工節(jié)段內(nèi)襯，相鄰所述節(jié)段內(nèi)襯之間設(shè)有變形縫，相鄰所述節(jié)段內(nèi)襯之間通過環(huán)向柔性連接段連接，并將環(huán)向柔性連接段頂部的連接片與支撐板上的端部安裝連接，環(huán)向柔性連接段在斷層破碎帶區(qū)段和破碎帶影響區(qū)內(nèi)按不等間距布置；將加固組件從側(cè)面通過插設(shè)的方式安裝在填充層架和節(jié)段內(nèi)襯之間的腔體內(nèi)，完成將鐵軌安裝固定，節(jié)段內(nèi)襯與環(huán)向柔性連接段之間形成的迎水面上布置止水帶。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下有益效果：

17、上述方案中，通過設(shè)置支撐機(jī)構(gòu)，不僅可以使隧道頂部的壓力向遠(yuǎn)離隧道方向分散，從而達(dá)到增加裝置的穩(wěn)定性的效果，且支撐機(jī)構(gòu)使裝置的支撐性更好，且支撐機(jī)構(gòu)本身也具有一定的彈性形變能力，進(jìn)一步使裝置的抗錯變能力更好，使活動斷層發(fā)生較小錯動時，隧道結(jié)構(gòu)的各種不均勻變形也可滿足，為后續(xù)修復(fù)提供空間。

18、通過在支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有支撐板，使支撐板對受到的壓力的分散的效果，且鋼材質(zhì)的強(qiáng)度和韌性都較好，進(jìn)一步使支撐板配合支撐柱的使用效果更好，并且在支撐板和支撐柱的安裝后并在支撐板和支撐柱的間隙中澆灌混凝土，進(jìn)一步完善支撐板的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步使支撐機(jī)構(gòu)的支撐性更好。

19、通過在支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有第一支撐片和第二支撐片，在第一支撐片之間增設(shè)第二支撐片，使第二支撐片對第一支撐片起到輔助支撐作用，并且第一支撐片和第二支撐片在受到強(qiáng)壓時，第一支撐片沿著弧形面產(chǎn)生形變，進(jìn)而對第二支撐片產(chǎn)生擠壓，致使第二支撐片從第二弱化部處產(chǎn)生形變，同時第二支撐片受到擠壓的過程中第二支撐片的外壁與第一支撐片的外壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦力，致使力可以產(chǎn)生快速轉(zhuǎn)換，進(jìn)而使填充層架頂部的支撐性和減震效果都得到了進(jìn)一步的加深，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步使支撐機(jī)構(gòu)的使用效果更好。

20、通過在支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有彈性片，使填充層架最底部的彈性片受到作用力產(chǎn)生波動，彈性片從第三弱化部處最先發(fā)生形變，使彈性片的凸起部在第一加厚部和第二加厚部開設(shè)的槽內(nèi)活動，期間彈性片與第一加厚部和第二加厚部分別產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦力，同時彈性片自身產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)彈力，兩種力的快速轉(zhuǎn)換可以對填充層架起到很好的減震效果，并且兩組彈性片受力較大時相互接觸相互作用，進(jìn)一步使裝置的支撐性和減震效果更好。

21、綜上所述，本裝置設(shè)有超挖段，在超挖段內(nèi)布置填充層架，實現(xiàn)了在不同開挖區(qū)域土體與結(jié)構(gòu)的相對剛度的不同，進(jìn)而調(diào)整隧道的位移模式使其曲率變小且均勻，更加符合線路的通行功能，保證了隧道和軌道在斷層小錯動量下的結(jié)構(gòu)安全和功能。并且填充層架的厚度與超挖段的開挖深度相匹配，確保了超挖段的隧道節(jié)段內(nèi)襯的形狀、尺寸與正常通過段隧道二次襯砌相一致，在通風(fēng)上不存在斷面的突然擴(kuò)大或縮小的問題；且隧道結(jié)構(gòu)上使用環(huán)向柔性連接段，進(jìn)一步保證了隧道在斷層大錯動量下的結(jié)構(gòu)安全；并且利用支撐機(jī)構(gòu)和其內(nèi)的各個組件的配合使用，使裝置的支撐性更好，并且減震效果更強(qiáng)，裝置的結(jié)構(gòu)簡單，實用性較好，便于推廣和使用。