淺談柿子園隧道穿越活動(dòng)斷裂帶施工措施

范上海

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司第二工程有限公司，天津市 300162）

1 工程概況

成蘭鐵路柿子園隧道D2K76+695～D2K82+320段穿越龍門(mén)山前山斷裂帶，區(qū)域構(gòu)造有彭縣～灌縣斷層、映秀～北川斷層、曉壩場(chǎng)斷層等，其中彭縣～灌縣斷層、映秀～北川斷層為全新世活動(dòng)斷裂，在5.12地震中發(fā)生破裂。

該活動(dòng)斷裂帶的特征為逆沖兼由旋走滑斷層，為全新世活動(dòng)斷裂，水平和垂直活動(dòng)滑動(dòng)速率均為1 mm/a。斷層總體走西N35-50°E，侵向N W，傾角約50°～70°。上盤(pán)為T(mén)3x泥灰?guī)r夾砂巖的層間斷裂，5.12地震最新破裂面；破碎帶寬度約10～20 m。斷層為5.12地震最新破裂面，物探揭示不明顯，預(yù)設(shè)計(jì)里程段為D2K76+870～D2K76+990，長(zhǎng)度為 120 m[2]。

2 活動(dòng)斷層的處理目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的措施

2.1 處理目標(biāo)

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足施工開(kāi)挖及正常運(yùn)營(yíng)的安全（基本功能要求）

目前技術(shù)手段通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)能滿足開(kāi)挖及正常運(yùn)營(yíng)要求。

（2）地震時(shí)，滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”（抗震能力要求）

由于斷層帶的隧道抗震分析尚未完善，因此襯砌地震時(shí)的可靠性分析缺乏理論依據(jù)。根據(jù)汶川地震的調(diào)研，地下結(jié)構(gòu)基本滿足大震不垮的要求，但斷層帶襯砌破壞現(xiàn)象仍較嚴(yán)重。

（3）發(fā)震時(shí)，結(jié)構(gòu)能適應(yīng)部分錯(cuò)動(dòng)變形，滿足可修要求（抗斷能力要求）

目前對(duì)斷層帶特別是活動(dòng)斷層帶的處理，主要考慮對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，特別是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的加強(qiáng)?；趯?duì)活動(dòng)斷裂的認(rèn)識(shí)可知，強(qiáng)剛度襯砌并不能保證抵御斷層錯(cuò)動(dòng)破壞，但對(duì)于錯(cuò)動(dòng)后的可修性（快速）會(huì)造成不利影響。

2.2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的處理措施及存在的問(wèn)題

（1）提高抗震能力：a.使用受力條件較好的結(jié)構(gòu)輪廓，實(shí)現(xiàn)較容易。b.對(duì)圍巖加固，注漿形成加固圈，提高圍巖整體性，但加固范圍確定困難，施作時(shí)質(zhì)量控制較難。c.初支二襯之間設(shè)隔震層，采用一定厚度橡膠層或泡沫混凝土等，隔震材料的耐久性、可靠性要求難以提出，難以保證在使用期內(nèi)不發(fā)生自身沉降，（拱墻設(shè)計(jì)時(shí)影響較?。h(huán)設(shè)計(jì)可能涉及行車(chē)安全問(wèn)題。

（2）盡可能減少破壞范圍：a.加強(qiáng)初期支護(hù)（錨管、鋼纖維噴混凝土），加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在破壞時(shí)盡可能不發(fā)生垮塌，但問(wèn)題在于破壞荷載確定困難，因此加強(qiáng)的程度確定困難，可能造成造價(jià)大大提高。b.節(jié)段間無(wú)剛性結(jié)構(gòu)連接或弱剛性的連接。窄縫方案為加密常規(guī)變形縫，寬縫方案為預(yù)留較寬的剪切縫，環(huán)節(jié)間鉸鏈方案為環(huán)節(jié)間設(shè)錨栓等保證一定的連接剛度，但能保證一定轉(zhuǎn)動(dòng)。問(wèn)題在于防水處理復(fù)雜，窄縫方案可以按常規(guī)變形縫進(jìn)行防水處理，寬縫方案防水處理復(fù)雜，（注漿封裂隙水，對(duì)滲水設(shè)管引流）。

（3）實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)：a.擴(kuò)大內(nèi)凈空，使發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)滿足仍滿足凈空要求，并可作為補(bǔ)強(qiáng)空間，可配合輪廓改變進(jìn)行。問(wèn)題在于軌面以上預(yù)留實(shí)現(xiàn)容易，對(duì)軌下位移，需其他方式配合實(shí)施，預(yù)留凈空量確定困難。b.節(jié)段設(shè)計(jì)同上擴(kuò)挖設(shè)計(jì)。c.在破壞需拆換時(shí)，加固圍巖能保證拆換時(shí)圍巖穩(wěn)定，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減少二次強(qiáng)度特別時(shí)減少用鋼量可減少拆換難度。實(shí)現(xiàn)較為容易。d.加強(qiáng)初支，二襯采用類似管片襯砌，實(shí)現(xiàn)一定程度可拆換。但尚無(wú)實(shí)施實(shí)例，可拆換設(shè)計(jì)難度較大。

因此本線斷層帶處理應(yīng)在滿足基本功能要求和抗震能力要求的情況下，著重研究襯砌的快速修復(fù)特性。即處理原則：“優(yōu)化輪廓，適度加強(qiáng)，重在可修”。

3 施工措施

3.1 擴(kuò)挖

擴(kuò)挖的主要設(shè)計(jì)目的是適應(yīng)一定的錯(cuò)動(dòng)，滿足凈空要求，理論擴(kuò)挖量主要依據(jù)活動(dòng)斷層的錯(cuò)動(dòng)方式及錯(cuò)動(dòng)量確定。但考慮實(shí)際實(shí)施中，錯(cuò)動(dòng)量難以預(yù)測(cè)。本階段工作暫按批復(fù)要求考慮最小30 cm預(yù)留補(bǔ)強(qiáng)空間。

3.1.1 軌下（仰拱）擴(kuò)挖問(wèn)題

軌下結(jié)構(gòu)可結(jié)合軌道專業(yè)的相關(guān)措施確定如何設(shè)置，以減少抬升錯(cuò)動(dòng)方式破壞。否則一旦抬升將對(duì)仰拱填充進(jìn)行鑿除改造[5]。為減少對(duì)仰拱填充的破環(huán)，該活動(dòng)斷裂帶由原設(shè)計(jì)的無(wú)砟軌道更改為有砟軌道。

3.1.2 水溝電纜槽問(wèn)題

擴(kuò)挖后，同樣擴(kuò)大溝槽邊緣距線路中線距離。此方式有可能利于錯(cuò)動(dòng)后減少水溝的改造工程。

3.2 雙線輪廓選擇

雙線零加寬斷面原輪廓軌面以上為圓形，凈空81.37 m2。擬定斷面僅分3種情況，而軌面以上輪廓均在原輪廓上放大30 cm。

（1）原輪廓全周放大30 cm，含仰拱輪廓。

（2）全周圓形，即仰拱也由軌面凈空確定的圓形代替。

（3）介于前兩種輪廓之間，適當(dāng)抬高仰拱，可以減少仰拱開(kāi)挖及仰拱填充約8 m3。

（4）加寬襯砌輪廓：一般輪廓邊墻范圍兩邊外展（拱部120°范圍以下）；圓形輪廓加寬處理整體放大。雙線輪廓示意見(jiàn)圖1，雙線各輪廓參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 雙線輪廓示意圖（單位：cm）

表1 雙線各輪廓參數(shù)表

雙線推薦采用近圓形襯砌，主要理由：受力條件和圓形差異很小，但可大大減少仰拱開(kāi)挖（8方以上），同時(shí)施作也較圓形襯砌方便（大挖深仰拱，開(kāi)挖落底困難，施作質(zhì)量控制難）。

3.3 鉸鏈設(shè)計(jì)

鉸鏈設(shè)計(jì)主要為節(jié)段設(shè)計(jì)，即通過(guò)變形縫或剪切縫等將原縱向一體的隧道結(jié)構(gòu)分成較短的獨(dú)立節(jié)段，節(jié)段間采用柔性連接或者不連接。根據(jù)設(shè)置方式的不同，主要有2種方案：窄縫和寬縫。

3.3.1 窄縫方案

窄縫方案即通過(guò)加密原設(shè)計(jì)在抗震設(shè)防段的變形縫實(shí)現(xiàn)節(jié)段設(shè)計(jì)。變形縫作為抗震的重要措施，在一般抗震設(shè)防段已有體現(xiàn)，本線抗震設(shè)防段按30 m/處間距設(shè)置?？紤]活動(dòng)斷裂的錯(cuò)動(dòng)特性，為加大襯砌對(duì)錯(cuò)動(dòng)的適應(yīng)性在活動(dòng)斷裂帶加密變形縫，調(diào)查資料顯示一般間距5～30 m/處。本階段可暫按5 m/處設(shè)置。

設(shè)置：規(guī)范要求變形縫一般寬2～3 cm，全環(huán)設(shè)置?？紤]斷層帶初期支護(hù)剛度也較大，于初期支護(hù)同樣設(shè)置變形縫，且與二次襯砌位置一致，即同縫設(shè)置，以保證錯(cuò)動(dòng)時(shí)位移盡可能集中于預(yù)設(shè)變形縫處。仰拱填充也同樣設(shè)置變形縫可考慮與初期支護(hù)一致，采用木板隔離或充填瀝青。

施作：二次襯砌變形縫按一般變形縫施作，防水措施一致。初期支護(hù)變形縫可不考慮防水要求，可以在開(kāi)挖后變形縫位置插入2～3 cm厚的木板。

3.3.2 寬縫方案

建筑結(jié)構(gòu)上變形縫一般寬5～12 cm，防震縫一般不小于7 cm。暫認(rèn)為隧道內(nèi)設(shè)置縫寬5 cm以上的變形縫為寬縫方案，一般也稱為剪切縫。此時(shí)一般原設(shè)計(jì)防水措施無(wú)法適用。

寬縫方案主要考慮一般地震時(shí)，斷層帶錯(cuò)動(dòng)往往大于2 cm。因此一般變形縫仍無(wú)法達(dá)到使節(jié)段間完全獨(dú)立，因此加大節(jié)段間縫隙一般5～50 cm，這樣錯(cuò)動(dòng)盡可能發(fā)生在剪切縫上，而節(jié)段間結(jié)構(gòu)卻不發(fā)生大的破壞，可大大減少修復(fù)工作量。

設(shè)置方式：二次襯砌節(jié)段間完全獨(dú)立，節(jié)段間預(yù)留5～50 cm空間，空間僅采用初期支護(hù)或設(shè)置剛度較小的結(jié)構(gòu)，同樣全環(huán)設(shè)置。寬縫設(shè)計(jì)示意見(jiàn)圖2。

圖2 寬縫設(shè)計(jì)示意圖

3.4 減震層設(shè)置

減免震模式的基本構(gòu)思是：在初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置減震裝置，使原有二次襯砌―初期支護(hù)―圍巖系統(tǒng)變?yōu)槎我r砌―減震層―初期支護(hù)―圍巖系統(tǒng)，其目的是通過(guò)減震層將二次襯砌與初期支護(hù)隔開(kāi)，從而減小和改變地震對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)的作用強(qiáng)度和方式，以便達(dá)到減小二次襯砌結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。減震層不但要能割斷初期支護(hù)對(duì)二次襯砌的約束力，而且還能吸收二次襯砌與初期支護(hù)之間反復(fù)循環(huán)的動(dòng)應(yīng)變或相對(duì)動(dòng)位移。此外，減震層應(yīng)該具有一定的彈性，保證在一次地震塑性化后，下一次地震時(shí)能繼續(xù)發(fā)揮其作用。減震層設(shè)計(jì)示意見(jiàn)圖3。

圖3 減震層設(shè)計(jì)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于活動(dòng)斷裂帶的運(yùn)動(dòng)具有時(shí)間的不確定性和長(zhǎng)期性，對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶的隧道運(yùn)營(yíng)期間的安全性影響至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)柿子園隧道活動(dòng)斷裂帶的施工，目前主要集中在對(duì)隧道的地震監(jiān)測(cè)方面，為運(yùn)營(yíng)期間地震尤其是活動(dòng)斷裂緩慢錯(cuò)動(dòng)引發(fā)的安全問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警和評(píng)估，供運(yùn)營(yíng)部門(mén)維護(hù)決策時(shí)參考。

參考文獻(xiàn)：

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