隧道减隔震结构的设计方法与流程

1.本公开涉及地下工程技术领域，尤其涉及一种隧道减隔震结构的设计方法。


背景技术：

2.随着交通基建快速发展，隧道作为穿山越岭的最主要方式，不可避免地要穿越各类断层或断裂带。以往隧道震害调查表明穿越断裂带区段是隧道抗震设计的相对薄弱部位，目前国内外隧道设计规范中均以避让处理为主，无法避让时采取相应的手段以减轻对隧道结构的破坏。例如采用在断裂带较窄处以大角度穿越的原则；例如采用隧道扩挖设计手段，增大断面轮廓，方便震后维修；也可采用隧道节段设计，各节段间可相对错动变形，从而使震害集中在变形缝连接部位或结构的局部区域，降低结构整体破坏可能性。
3.随着交通设施网络快速发展，隧道穿越断裂带的场景越来越多，通过断面扩挖手段进行减隔震，会导致工程造价的大幅提高，此外，扩挖工程使隧道跨度增大，不利于隧道结构稳定，增加建造难度和施工安全隐患；而节段进行减隔震的设计会削弱隧道整体性，不利于隧道结构的防水。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种隧道减隔震结构的设计方法。
5.本公开提供了一种隧道减隔震结构的设计方法，包括：
6.对围岩进行勘测，确定隧道需加强的区域，通过计算确定各区域的抗震性能指标值；
7.在设置于围岩和初支之间的第一隔震层，设置于初支和二衬之间的第二隔震层，设置于浅层围岩区的第一注浆层和设置于深层围岩区的第二注浆层中至少选择一种对隧道进行加强，以达到预设的抗震性能指标。
8.可选地，所述第一隔震层包括第一拱墙部隔震层和第一仰拱部隔震层，设置第一隔震层时，至少选择所述第一拱墙部隔震层和所述第一仰拱部隔震层中的一种对围岩和初支之间的隧道结构进行加强。
9.可选地，所述第一拱墙部隔震层和所述第一仰拱部隔震层为厚度方向可压缩的衬垫。
10.可选地，所述第一仰拱部隔震层为沥青混凝土或土石材质的垫层。
11.可选地，所述第二隔震层包括第二拱墙部隔震层和第二仰拱部隔震层，设置第二隔震层时，至少选择所述第二拱墙部隔震层和所述第二仰拱部隔震层中的一种对初支和二衬之间的隧道结构进行加强。
12.可选地，所述第二拱墙部隔震层和所述第二仰拱部隔震层为厚度方向可压缩的卷材或衬垫。
13.可选地，所述第一注浆层包括第一拱墙部注浆层和第一仰拱部注浆层，设置第一注浆层时，至少对浅层围岩区的拱墙部进行注浆设置第一拱墙部注浆层，根据抗震性能指
标值判定是否设置第一仰拱部注浆层。
14.可选地，所述第二注浆层包括第二拱墙部注浆层和第二仰拱部注浆层，设置第二注浆层时，至少对深层围岩区的拱墙部进行注浆设置第二拱墙部注浆层，根据抗震性能指值标判定是否设置第二仰拱部注浆层。
15.可选地，设置第一注浆层和第二注浆层前，在围岩内布设注浆管模块。
16.可选地，所述浅层围岩区为隧道的断面界限内3m至5m深处，所述深层围岩区为隧道的断面界限内8m至12m深处。
17.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：通过对围岩进行勘测，能够由计算确定隧道各区域的抗震性能指标值；通过在设置于围岩和初支之间的第一隔震层，设置于初支和二衬之间的第二隔震层，设置于浅层围岩区的第一注浆层和设置于深层围岩区的第二注浆层中选择一种或多种加强方式对隧道进行减隔震强化。通过设置第一隔震层能够将围岩与初支隔开，通过设置第二隔震层能够将初支和二衬隔开，以避免地震波对隧道内部支护结构直接作用，减小支护结构的振动响应。通过设置第一注浆层和/或第二注浆层能够提高围岩自身抗震能力，从而提高支护结构的抗震能力。通过上述的隧道减隔震结构的设计方法，一方面能够根据抗震性能指标值对隧道减隔震结构进行精确配置，避免过度强化造成的成本浪费；另一方面能够避免对隧道断面进行扩挖，提升隧道结构的稳定性，同时保证隧道的整体性，有利于提升隧道的防水性能。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
19.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本公开实施例所述隧道减隔震结构的示意图；
21.图2为本公开实施例所述第一仰拱部隔震层的示意图。
22.其中，1、初支；2、二衬；31、第一拱墙部隔震层；32、第一仰拱部隔震层；33、垫层；41、第二拱墙部隔震层；42、第二仰拱部隔震层；51、第一拱墙部注浆管模块；52、第一拱墙部注浆层；53、第一仰拱部注浆管模块；54、第一仰拱部注浆层；61、第二拱墙部注浆管模块；62、第二拱墙部注浆层；63、第二仰拱部注浆层；64、第二仰拱部注浆管模块。
具体实施方式
23.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.如图1所示，本公开实施例提供的一种隧道减隔震结构的设计方法，包括：
26.对围岩进行勘测，确定隧道需加强的区域，通过计算确定各区域的抗震性能指标值；在设置于围岩和初支1之间的第一隔震层，设置于初支1和二衬2之间的第二隔震层，设置于浅层围岩区的第一注浆层和设置于深层围岩区的第二注浆层中至少选择一种对隧道进行加强，以达到预设的抗震性能指标。
27.在上述的隧道减隔震结构的设计方法中，通过对围岩进行勘测，能够由计算确定隧道各区域的抗震性能指标值；通过在设置于围岩和初支1之间的第一隔震层，设置于初支1和二衬2之间的第二隔震层，设置于浅层围岩区的第一注浆层和设置于深层围岩区的第二注浆层中选择一种或多种加强方式对隧道进行减隔震强化。通过设置第一隔震层能够将围岩与初支1隔开，通过设置第二隔震层能够将初支1和二衬2隔开，以避免地震波对隧道内部支护结构直接作用，减小支护结构的振动响应。通过设置第一注浆层和/或第二注浆层能够提高围岩自身抗震能力，从而提高支护结构的抗震能力。通过上述的隧道减隔震结构的设计方法，一方面能够根据抗震性能指标值对隧道减隔震结构进行精确配置，避免过度强化造成的成本浪费；另一方面能够避免对隧道断面进行扩挖，提升隧道结构的稳定性，同时保证隧道的整体性，有利于提升隧道的防水性能。
28.在一些更具体的实施例中，可以通过钻孔进行岩石取芯的方式对岩质、地应力等参数进行采集，利用多元线性回归法推演宏观地应力场位移边界条件并形成数学模型，用于计算隧道内各区域的抗震性能指标值。更详细地，通过向围岩内注浆加固，能够提高围岩自身的强度及抗震能力，从而提高支护结构的抗震能力和稳定性。
29.在一些实施例中，所述第一隔震层包括第一拱墙部隔震层31和第一仰拱部隔震层32，设置第一隔震层时，至少选择所述第一拱墙部隔震层31和所述第一仰拱部隔震层32中的一种对围岩和初支1之间的隧道结构进行加强。具体地，第一拱墙部隔震层31与第一仰拱部隔震层32能够相互独立设置，第一拱墙部隔震层31用于设置在拱墙部的围岩和初支1之间，对隧道的拱墙进行减隔震加强；第一仰拱部隔震层32用于设置在拱墙部的围岩和初支1之间，对隧道的仰拱进行减隔震加强。
30.在一些实施例中，所述第一拱墙部隔震层31和所述第一仰拱部隔震层32为厚度方向可压缩的衬垫。具体地，上述的衬垫既可以是橡胶、塑料弹性体、发泡材料中的一种或几种制成的垫片，也可以是金属垫片或具有缓冲作用的金属结构。
31.如图2所示，在一些实施例中，所述第一仰拱部隔震层32为沥青混凝土或土石材质的垫层33。更详细的，上述的土石材质的垫层33既可以是三七灰土垫层33也可是级配碎石垫层33；沥青混凝土和土石材质垫层33的原料易得，且施工成本低，通过设置沥青混凝土或土石材质的垫层33，既能够起到一定的减震缓冲作用，又能够极大地降低工程造价。
32.在一些更具体的实施例中，可根据具体工况选择是否设置第一隔震层，需要设置第一隔震层的情况下可根据隧道的抗震性能指标值选择单独设置第一拱墙部隔震层31或第一仰拱部隔震层32，也可以同时设置第一拱墙部隔震层31或第一仰拱部隔震层32；其中第一仰拱部隔震层32为厚度方向可压缩的衬垫或是垫层33，也可以根据实际工况进行选择。
33.在一些实施例中，所述第二隔震层包括第二拱墙部隔震层41和第二仰拱部隔震层42，设置第二隔震层时，至少选择所述第二拱墙部隔震层41和所述第二仰拱部隔震层42中的一种对初支1和二衬2之间的隧道结构进行加强。具体地，第二拱墙部隔震层41与第二仰
拱部隔震层42能够相互独立设置，第二拱墙部隔震层41用于设置在拱墙部的初支1和二衬2之间，对隧道的拱墙进行减隔震加强；第二仰拱部隔震层42用于设置在拱墙部的初支1和二衬2之间，对隧道的仰拱进行减隔震加强。
34.在一些实施例中，所述第二拱墙部隔震层41和所述第二仰拱部隔震层42为厚度方向可压缩的卷材或衬垫。具体地，上述的卷材可以是具有缓冲作用的高分子材质的卷材，也可以是具有一定刚性的金属卷材，用于强化隧道结构；上述的衬垫既可以是橡胶、塑料弹性体、发泡材料中的一种或几种制成的垫片，也可以是金属垫片或具有缓冲作用的金属结构。
35.在二些更具体的实施例中，可根据具体工况选择是否设置第二隔震层，需要设置第二隔震层的情况下可根据隧道的抗震性能指标值选择单独设置第二拱墙部隔震层41或第二仰拱部隔震层42，也可以同时设置第二拱墙部隔震层41或第二仰拱部隔震层42。
36.在一些实施例中，所述第一注浆层包括第一拱墙部注浆层52和第一仰拱部注浆层54，设置第一注浆层时，至少对浅层围岩区的拱墙部进行注浆设置第一拱墙部注浆层52，根据抗震性能指标值判定是否设置第一仰拱部注浆层54。具体地，第一拱墙部注浆层52与第一仰拱部注浆层54能够相互独立设置，第一拱墙部注浆层52用于对浅层围岩区的拱墙部进行注浆加固；第一仰拱部注浆层54用于对浅层围岩区的仰拱部进行注浆加固。
37.在一些更具体的实施例中，可根据具体工况选择是否设置第一注浆层，需要设置第一注浆层的情况应当对浅层围岩区的拱墙部进行注浆，并根据实际的隧道强度要求判断是否对浅层围岩区的仰拱部进行注浆。
38.在一些实施例中，所述第二注浆层包括第二拱墙部注浆层62和第二仰拱部注浆层63，设置第二注浆层时，至少对深层围岩区的拱墙部进行注浆设置第二拱墙部注浆层62，根据抗震性能指值标判定是否设置第二仰拱部注浆层63。具体地，第二拱墙部注浆层62与第二仰拱部注浆层63能够相互独立设置，第二拱墙部注浆层62用于对深层围岩区的拱墙部进行注浆加固；第二仰拱部注浆层63用于对深层围岩区的仰拱部进行注浆加固。
39.在一些更具体的实施例中，可根据具体工况选择是否设置第二注浆层，需要设置第二注浆层的情况应当对深层围岩区的拱墙部进行注浆，并根据实际的隧道强度要求判断是否对深层围岩区的仰拱部进行注浆。
40.在一些实施例中，设置第一注浆层和第二注浆层前，在围岩内布设注浆管模块。更详细地，设置在浅层围岩区的注浆管模块分为第一仰拱部注浆管模块53和第一拱墙部注浆管模块51，分别用于向浅层围岩区的仰拱部和拱墙部围岩进行注浆；设置在深层围岩区的注浆管模块分为第二仰拱部注浆管模块64和第二拱墙部注浆管模块61，分别用于向深层围岩区的仰拱部和拱墙部围岩进行注浆。具体地，通过注浆管模块向围岩内注浆能改变围岩状况及稳定性，注浆注入松散的地层或围岩的裂隙后，能与之紧密接触并凝固，以提高围岩的隔震性能；另一方面，注浆以充填，劈裂等方式，置换土颗粒间和岩石裂隙中的水分及空气后占据其位置，经过一定时间凝结，将原有的松散土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大，防水性能好的固结体，使得围岩松散质地得到大幅度改善。
41.更详细地，第二注浆层为深层注浆工程，在距离隧道的断面界限较深处形成了围岩加固区，在更大的范围提高了“围岩-隧道”体系的抗震能力，效果更优，但是由于深层注浆施工难度大，使工程造价提高同时也延长了施工周期；相较之下，设置第二注浆层为浅层注浆工程，浅层注浆施工难度较低，注浆施工后形成的围岩加固区较浅，抗震能力较深层注
浆工程若，但工程造价较低，施工周期较短，适用于抗震性能要求较低的隧道减隔震结构。
42.在一些实施例中，所述浅层围岩区为隧道的断面界限内3m至5m深处，所述深层围岩区为隧道的断面界限内8m至12m深处。更详细地，若同时设置第一注浆层和第二注浆层，则第一注浆层和第二注浆层之间预留有未注浆的围岩区，该设计方式在不对隧道减隔震性能带来明显损失的前提下，能够极大地降低施工成本。
43.该隧道减隔震结构的设计方法通过对围岩进行勘测，能够由计算确定隧道各区域的抗震性能指标值；通过在设置于围岩和初支1之间的第一隔震层，设置于初支1和二衬2之间的第二隔震层，设置于浅层围岩区的第一注浆层和设置于深层围岩区的第二注浆层中选择一种或多种加强方式对隧道进行减隔震强化。用过上述的第一拱墙部隔震层31、第一仰拱部隔震层32、第二拱墙部隔震层41、第二仰拱部隔震层42、第一拱墙部注浆层52、第一仰拱部注浆层54、第二拱墙部注浆层62、第二仰拱部注浆层63之间的组合搭配能够形成108种不同的隧道减隔震结构的设计方案。
44.通过上述的隧道减隔震结构的设计方法，一方面能够根据抗震性能指标值对隧道减隔震结构进行精确配置，避免过度强化造成的成本浪费；另一方面能够避免对隧道断面进行扩挖，提升隧道结构的稳定性，同时保证隧道的整体性，有利于提升隧道的防水性能。在本公开的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、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公开的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或装置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公开的实施方式的限制。
45.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。