(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210834278.3 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 中铁第四勘察设计院集团有限公司 地址 430063 湖北省武汉市武昌杨园和平 大道745号 (72)发明人 肖明清　孙文昊　武哲书　管鸿浩　 陈立保　徐文俊　 (74)专利代理 机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 专利代理师 吴静 (51)Int.Cl. E21D 11/00(2006.01) E21D 11/08(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/00(2020.01) (54)发明名称 一种穿越活动断层的隧道装配式缓冲结构 及其设计方法 (57)摘要 本发明涉及隧道与地下工程技术领域， 具体 涉及一种穿越活动断层的隧道装配式缓冲结构 及设计方法， 所述装配式缓冲结构位于活动断层 区段内， 并向活动断层区段的两侧延伸一定长度 作为过渡； 所述装配式缓冲结构 包括由外至内依 次设置的初期支护、 缓冲层和二次衬砌； 所述缓 冲层由若干多孔预制件拼装而成。 本发明的缓冲 层能够发生较大的压缩而不对隧道二次衬砌产 生显著的额外压力， 能够适应较大的断层位错 量， 且采用预制件拼装施工更加简单， 对隧道施 工环境影 响也较小； 同时本发明的缓冲结构设计 方法， 可根据不同工程需要对缓冲层所需厚度进 行计算、 对缓冲层填充材料进行设计， 较传统的 经验设计方法更为精确合理。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115324605 A 2022.11.11 CN 115324605 A 1.一种穿越活动断层的隧道装配式缓冲结构， 其特征在于： 所述装配式缓冲结构位于 活动断层区段内， 并向活动断层区段的两侧延伸一定长度作为过渡； 所述装配式缓冲结构 包括由外至内依 次设置的初期支护、 缓冲层和 二次衬砌； 所述缓冲层由若干多孔预制件拼 装而成。 2.如权利要求1所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 所述缓冲层 与所述二次衬砌之间设置有防排水构造； 优选的， 所述初期支护与所述缓冲层之间还设置 有防排水构造 。 3.如权利要求1所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 所述装配式 缓冲结构的过渡长度为 一倍洞径以上。 4.如权利要求1所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 所述多孔预 制件采用多孔混凝 土或无砂混凝 土浇筑而成。 5.如权利要求1所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 所述多孔预 制件为蜂窝状结构或单边梳形 结构， 所述缓冲层采用一种或多种多孔预制件拼装而成。 6.如权利要求5所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 蜂窝状结构 的多孔预制件的横截面外轮廓为六边形、 四边形或扇形。 7.如权利要求1所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲 结构， 其特征在于： 所述缓冲层 中若干多孔预制件紧密布置或间隔布置 。 8.一种权利要求1 ‑7任一项所述的穿越活动断层的隧道装配式缓冲结构的设计方法， 其特征在于， 所述缓冲层采用以下两种设计方法中的任意 一种： 方法一、 根据缓冲层所需压缩量对预制件进行设计， 制作多孔预制件， 经现场定位拼装 形成所述缓冲层； 方法二、 采用通用的多孔预制件， 计算缓冲层压缩高度比α， 再由缓冲层所需压缩量 △h 计算压缩前缓冲层厚度h0， 确定缓冲结构横断面的各个 轮廓。 9.如权利要求8所述的设计方法， 其特征在于： 方法一先根据活动断层的位错量， 确定 缓冲层实际所需 的压缩量 △h； 然后初步拟定压缩前缓冲层厚度 h0， 计算缓冲层的压缩高度 比α， α＝1 ‑△h/h0； 当缓冲材料破碎后的松散体积系数为n时， 根据缓冲材料空隙率与压缩 高度比的关系p＝1 ‑α /n， 计算得到缓冲材料实际所需的空隙率p； 根据所需空隙率p对缓冲 材料预制块的孔洞进行设计； 对设计的缓冲材料预制块进行物理力学性能试验， 当不满足 要求时， 需要调整预制块的尺寸及孔洞布置 。 10.如权利要求8所述的设计方法， 其特征在于： 方法二先根据某一通用多孔预制件的 空隙率p及 破碎后的松散体积系数n， 计算通用多孔预制件的压缩高度比α ＝n(1 ‑p)； 然后根 据活动断层的位错量， 确定缓冲层实际所需的压缩量 △h； 再计算压缩前缓冲层所需厚度 h0， h0＝△h/(1‑α )。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115324605 A 2一种穿越活动断层的隧道装配式缓冲结构及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及隧道与地下工程技术领域， 具体涉及 一种穿越活动断层的隧道装配式 缓冲结构及其设计方法。 背景技术 [0002]矿山法隧道穿越活动断层时， 既有技术采用在断裂带范围内隧道二次衬砌结构与 喷射混凝土之间设置一层低 弹性模量的填充层， 并沿 隧道纵向设置减震缝， 其中填充层的 材料性质 对于抗错断效果至关重要。 填充层的材料一般采用沥青混凝土、 橡胶(如专利CN   103195447  A、 CN 110159314  A)或者泡沫混凝土(如专利CN  101550831  A、 CN 208456615   U、 CN 10348579 6 A)。 其中， 沥青混凝土的弹性模量约为1000MPa左右， 仅为混凝土的1/30左 右， 以便在断层发生 错动时减少围岩对隧道的挤压力， 避免结构破坏。 [0003]该技术存在以下问题： 1)虽然橡胶或沥青混凝土初始弹性模量低， 但随着压缩量 的增加， 弹性模量也急剧增加， 沥青混凝土在被压缩一定量后基本不再具备可压缩性， 而这 一可压缩量往往难以满足预定压缩量的要求， 不适应于较大位错量的活动断层错动； 2)缓 冲层处于隧道二次衬砌与初期支护 之间的封闭空间内， 在断层错断时， 缓冲层 并非处于单 向压缩状态， 同时还受到封闭空间内另外两个方向约束力的影响， 实际上处于三向受力状 态， 可压缩量会进一步减少； 3)沥青混凝土或泡沫混凝土的力学性能与施工工艺关系密切， 隧道内现场浇筑难以满足其施工要求， 二次衬砌与喷射混凝土之间的填充层空间狭窄， 现 场成形的材料性能难以达到预期。 上述问题导致隧道在断层错动作用下， 二次衬砌仍然承 受很大的挤压力， 结构容 易破坏。 发明内容 [0004]为了克服上述现有技术存在的不足， 本发明提供一种可以大幅减小活动断层 错动 对隧道二次衬砌的作用力且满足隧道狭窄空间内施工质量控制要求的装配式缓冲结构及 其设计方法。 [0005]为实现上述目的， 本发明的技术方案为一种穿越活动断层的隧道装配式缓冲结 构， 所述装配式缓冲结构位于活动断层区段内， 并向活动断层区段的两侧延伸一定长度作 为过渡； 所述装配式缓冲结构包括由外至内依次设置的初期支护、 缓冲层和二次衬砌； 所述 缓冲层由若干多孔预制件拼装而成。 [0006]进一步地， 所述缓冲层与所述二次衬砌之间设置有防排水构造； 优选的， 所述初期 支护与所述缓冲层之间还设置有防排水构造 。 [0007]进一步地， 所述装配式缓冲结构的过渡长度为 一倍洞径以上。 [0008]进一步地， 所述多孔预制件 采用多孔混凝 土或无砂混凝 土浇筑而成。 [0009]进一步地， 所述多孔预制件为蜂窝状结构或单边梳形结构， 所述缓冲层采用一种 或多种多孔预制件拼装而成。 [0010]更进一步地， 蜂窝状结构多孔预制件的横截面外轮廓为六边形、 四边形或扇形。说　明　书 1/6 页 3 CN 115324605 A 3