一种顺层边坡隧道洞口抗震防护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地讲，涉及一种顺层边坡错距小净距隧道洞口抗震防护结构及施工方法。

背景技术

高山峡谷地区的浅埋隧道容易遭受偏压作用的影响，隧道洞口会受到严重的不平衡力作用，隧道洞口作为隧道的薄弱部位，在不平衡力作用下易发生失稳破坏。

顺层边坡中岩层倾向与边坡倾斜方向一致，地震作用下顺层岩层极易沿层理发生滑动。隧道建设在这种边坡中，岩层滑动会对隧道结构造成伤害。

由于地形复杂，小净距双洞隧道洞口为错距布置，洞口结构复杂，在顺层岩层、浅埋偏压和高烈度地震三种不利因素影响下，隧道洞口极易发生失稳破坏；因此，需要对这类隧道洞口进行抗震防护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种顺层边坡隧道洞口抗震防护结构及施工方法；

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一种顺层边坡隧道洞口抗震防护结构，包括设置在隧道洞口外侧的支挡防护结构、沿边坡坡向设置且位于边坡上的斜坡防护组件、设置在隧道洞口处的套拱系统、以及两端分别与套拱系统和止挡防护结构铰接的第一弹性避震结构；

所述套拱系统包括设置在隧道洞口处且与支挡防护结构通过第一弹性避震结构连接的套拱结构、以及安装在套拱结构外侧且沿隧道轴向设置的消能组件。

设置在隧道洞口外侧的支挡防护结构用于阻挡沿边坡滑落的滚石，对滚石的冲击力进行吸收，起到显著的消能作用；支挡防护结构与套拱系统通过第一弹性避震结构实现连接，提高了隧道套拱的承载能力；在未发生地震时，套拱系统和支护结构形成一个受力整体，提高了隧道洞口承载能力，在发生地震时，第一弹性避震结构转变为一个避震装置，降低地震波对隧道结构的影响；

斜坡防护组件可实现对于滚石的防护阻挡以免滚石下落冲击隧道结构，捕捉岩层间的相对滑动，增大岩层间的压力，防止顺层岩层滑动，实时监测岩层滑动信息；

套拱系统中的消能组件作为消能设施，能够有效低降低地震波对隧道结构的影响；顺层边坡发生失稳下滑时，岩层冲击支挡防护结构，导致支挡防护结构周围的岩土体向隧洞内的挤压位移，消能组件以自身被压变形为代价，抵御一部分位移和冲击力；

本发明通过上述设置能够提高抗震性能，避免隧道洞口发生失稳损坏。

在一些可能的实施方式中，

所述支挡防护结构包括位于隧道深埋侧的深埋抗滑桩结构、位于隧道浅埋侧的挡土墙结构、位于隧道洞口上方且用于挡土墙结构和深埋抗滑桩结构的连接梁组件、以及设置在隧道洞口下方且用于支撑挡土墙结构的换填层结构；

多组所述深埋抗滑桩结构沿隧道轴向依次设置。

在一些可能的实施方式中，

所述深埋抗滑桩结构包括沿竖向设置且顶端伸出边坡坡面的深埋抗滑桩、安装在深埋抗滑桩上且设置在其远离连接梁组件一侧的拦挡墙体、以及设置在深埋抗滑桩远离拦挡墙体一侧且安装在连接梁组件上的加强肋。

在一些可能的实施方式中，

所述挡土墙结构包括设置在换填层结构上的挡土墙本体、以及安装在换填层结构上的抗滑抗拔组件；

所述抗滑抗拔组件包括安装在换填层结构内且伸入挡土墙本体内的抗拔桩单元、以及多组设置在挡土墙本体远离隧道洞口一侧且与挡土墙本体抵接的浅埋抗滑桩；多组浅埋抗滑桩沿隧道轴向设置；

所述抗拔桩单元包括至少两排设置的抗拔桩组；

每组抗拔桩组包括多组沿隧道轴向设置的抗拔桩；两排抗拔桩单元中的抗拔桩沿隧道轴向呈交错设置；

相邻的两组抗拔桩通过第二弹性避震结构连接。

在一些可能的实施方式中，

所述第一弹性避震结构与第二弹性避震结构相同；

包括密封套筒、位于密封套筒内的活塞杆、套装在活塞杆外侧的弹簧。

在一些可能的实施方式中，

所述套拱结构包括与第一弹性避震结构一端铰接且安装在换填层结构上的套拱钢架、安装在套拱钢架上且沿隧道轴向设置的注浆钢管。

在一些可能的实施方式中，

所述消能组件包括多组沿隧道周向均匀设置的钢管，每组钢管沿隧道轴向设置，在所述钢管内填充有消能材料。

在一些可能的实施方式中，

所述斜坡防护组件包括多组沿边坡坡向设置在边坡内的预应力锚索、设置在预应力锚索上且位于预应力锚索与边坡岩层相交点处的位移传感器、以及设置在边坡上的防护网。

在一些可能的实施方式中，

所述换填层结构包括换填层、一端位于换填层内且另外一端穿过伸入基层内的加固支撑钢管。

另一方面：

一种如以上所述的顺层边坡隧道洞口抗震防护结构的施工方法，具体包括以下步骤：

隧道开挖,换填层结构施工；

边坡防护组件施工；

支挡防护结构施工；

套拱系统施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过套拱系统通过第一弹性避震结构与支挡防护结构连接形成一个受力整体提高了隧道洞口承载能力，同时在地震时能够有效的降低地震波对隧道结构的影响；

本发明通过设置防护网与拦挡腔体的配合实现对于滚石的防护阻挡，消耗滚石对于隧道结构的冲击势能；通过设置位移传感器捕捉岩层间的相对滑动，实时监测岩层滑动信息；通过设置预应力锚索增大岩层间的压力，防止顺层岩层滑动；

本发明通过防护网、拦挡墙体、第一弹性避震结构、第二弹性避震结构、消能组件的配合将有效的避免在地震时，对于隧道结构造成的损坏；结构简单、实用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中支挡防护结构的结构示意图；

图3为本发明中隧道洞口为两组时的结构视图；

图4为图3俯视剖面图；

其中：1-支挡防护结构，11-深埋抗滑桩结构，111-深埋抗滑桩，112-拦挡墙体，113-加强肋，12-挡土墙结构，121-挡土墙本体，122-浅埋抗滑桩，123-抗拔桩，124-第二弹性避震结构，13-连接梁组件，131-连接横梁，132-连接纵梁，14-换填层结构，141-换填层，142-加固支撑钢管，2-斜坡防护组件，3-套拱系统，31-套拱结构，32-消能组件，4-第一弹性避震结构，5-深埋抗滑桩二，6-拉结锚杆。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

本发明中所描述的深埋侧是指隧道沿其轴向靠近边坡的一侧，浅埋侧是指隧道沿其轴向远离边坡的一侧；

如图1-图4所示：

一种顺层边坡隧道洞口抗震防护结构，包括设置在隧道洞口外侧的支挡防护结构1、沿边坡坡向设置且位于边坡上的斜坡防护组件2、设置在隧道洞口处的套拱系统3、以及两端分别与套拱系统3和止挡防护结构铰接的第一弹性避震结构4；

所述套拱系统3包括设置在隧道洞口处且与支挡防护结构1通过第一弹性避震结构4连接的套拱结构31、以及安装在套拱结构31外侧且沿隧道轴向设置的消能组件32。

设置在隧道洞口外侧的支挡防护结构1用于阻挡沿边坡滑落的滚石，对滚石的冲击力进行吸收，起到显著的消能作用；支挡防护结构1与套拱系统3通过第一弹性避震结构4实现连接，提高了隧道套拱的承载能力；

在未发生地震时，套拱系统3和支护结构形成一个受力整体，提高了隧道洞口承载能力，在发生地震时，第一弹性避震结构4转变为一个避震装置，降低地震波对隧道结构的影响；

斜坡防护组件2可实现对于滚石的防护阻挡以免滚石下落冲击隧道结构，捕捉岩层间的相对滑动，增大岩层间的压力，防止顺层岩层滑动，实时监测岩层滑动信息；

套拱系统3中的消能组件32作为消能设施，能够有效低降低地震波对隧道结构的影响；顺层边坡发生失稳下滑时，岩层冲击支挡防护结构1，导致支挡防护结构1周围的岩土体向隧洞内的挤压位移，消能组件32以自身被压变形为代价，抵御一部分位移和冲击力；

本发明通过上述设置能够提高抗震性能，避免隧道洞口发生失稳损坏。

在一些可能的实施方式中，

所述支挡防护结构1包括位于隧道深埋侧的深埋抗滑桩结构11、位于隧道浅埋侧的挡土墙结构12、位于隧道洞口上方且用于挡土墙结构12和深埋抗滑桩结构11的连接梁组件13、以及设置在隧道洞口下方且用于支撑挡土墙结构12的换填层结构14；

多组所述深埋抗滑桩结构11沿隧道轴向依次设置。

挡土墙结构12、连接梁组件13、深抗滑结构一侧连接，形成一个门字型结构位于隧道洞口的外侧并与套拱结构31通过第一弹性避震结构4进行连接；第一弹性避震结构4为多组且沿隧道洞口的周向设置；

每组第一弹性避震结构4的两端分别与套拱结构31、深埋抗滑桩结构11或挡土墙结构12或连接梁组件13铰接；

在一些可能的实施方式中，

所述深埋抗滑桩结构11包括沿竖向设置且顶端伸出边坡坡面的深埋抗滑桩111、安装在深埋抗滑桩111上且设置在其远离连接梁组件13一侧的拦挡墙体112、以及设置在深埋抗滑桩111远离拦挡墙体112一侧且安装在连接梁组件13上的加强肋113。

深埋抗滑桩111的顶部将伸出边坡坡面3-5m作为拦挡墙体112的支挡结构,拦挡墙体112将安装在深埋抗滑桩111伸出边坡坡面的位置，用于拦截从边坡坡面下滑被斜坡防护组件2阻挡后再次下滑的滚石，对该滚石抵御消能；深埋抗滑桩111埋入基层内的深度为1-2米，其沿轴向的间距为1-1.5米，深埋抗滑桩111的截面尺寸为2.0×3.0m；

拦挡墙体112采用钢筋石笼制成，钢筋石笼中填充的碎石，质地松散，能很好地吸收滚石的冲击力，起到显著的消能作用；

加强肋113用于对深埋抗滑桩111的顶部将伸出边坡坡面3-5m进行支撑加固；加强肋113内部钢筋与抗滑桩和连接梁组件13的相连并一同浇筑成，使得加强肋113、连接梁组件13、深埋抗滑桩111形成一个牢固的整体；

连接梁组件13包括沿隧道轴向设置的多组连接横梁131、以及用于连接相邻两组连接横梁131的连接纵梁132；两者内部的钢筋在连接处相互连接形成一个稳定的整体；

加强肋113为直角三角形结构。

在一些可能的实施方式中，

所述挡土墙结构12包括设置在换填层结构14上的挡土墙本体121、以及安装在换填层结构14上的抗滑抗拔组件；

挡土墙本体121的顶部与连接横梁131连接形成一个稳定的整体；

换填层结构14内所设置的抗滑抗拔组件，增加挡土墙本体121脚部稳定性，提高挡土墙本体121的水平抗推性能和抗拔性能；

所述抗滑抗拔组件包括安装在换填层结构14内且伸入挡土墙本体121内的抗拔桩123单元、以及多组设置在挡土墙本体121远离隧道洞口一侧且与挡土墙本体121抵接的浅埋抗滑桩122；多组浅埋抗滑桩122沿隧道轴向设置；

所述抗拔桩123单元包括至少两排设置的抗拔桩123组；

每组抗拔桩123组包括多组沿隧道轴向设置的抗拔桩123；两排抗拔桩123单元中的抗拔桩123沿隧道轴向呈交错设置；

相邻的两组抗拔桩123通过第二弹性避震结构124连接。

抗拔桩123安装在换填层结构14内，其一端穿过换填层结构14伸入到挡土墙本体121内；在整个抗拔桩123单元中，相邻的两组抗拔桩123均将通过第二弹性避震结构124进行连接；每组第二弹性避震结构124的两端则分别与该两组抗拔桩123进行铰接；通过第二弹性避震结构124的设置能有效降低水平地震波的影响，通过由于抗拔桩123的设置将降低竖向地震波影响并提高挡土墙的抗倾覆能力。

在一些可能的实施方式中，为了有效的使得第一弹性避震结构4、第二弹性避震结构124能够降低地震波对于隧道的影响；

所述第一弹性避震结构4与第二弹性避震结构124相同；

包括密封套筒、位于密封套筒内的活塞杆、套装在活塞杆外侧的弹簧；

活塞杆包括固定杆、一端套装在固定杆内且沿固定杆轴向移动的伸缩杆；

密封套筒沿弹簧的轴向设置，为弹簧和活塞提供一个安装空间，避免被后期所浇筑的混凝土掩埋；造成弹性避震结构无法正常使用；

当第二弹性避震结构124安装在两组相邻的抗拔桩123之间时，固定杆的底部将与其中一组抗拔桩123的外侧面通过铰接座铰接，弹簧靠近固定杆的一端与固定杆固定连接，弹簧靠近伸缩杆的一端与伸缩杆固定连接；伸缩杆远离固定杆的一端通过铰接座与另外一组抗拔桩123铰接。

在一些可能的实施方式中，

所述套拱结构31包括与第一弹性避震结构4一端铰接且安装在换填层结构14上的套拱钢架、安装在套拱钢架上且沿隧道轴向设置的注浆钢管。

注浆钢管为多组且固定安装在套拱钢架上，多组注浆钢管沿隧道洞口的周向设置；

套拱钢架为工字形钢架，工字形钢架与深埋抗滑桩111、挡土墙本体121和连接横梁131间采用第一避震连接结构连接；

在一些可能的实施方式中，

所述消能组件32包括多组沿隧道周向均匀设置的钢管，每组钢管沿隧道轴向设置，在所述钢管内填充有消能材料；该钢管为低强度高延展性钢管，消能材料采用为泡沫铝；

地震发生时，钢管和泡沫铝作为消能设施，能有效低降低地震波对隧道结构的影响；顺层边坡发生失稳下滑时，岩层冲击深埋抗滑桩111，导致深埋抗滑桩111附近的岩土体发生向隧道洞口内的挤压位移时，钢管以自身被压变形为代价，抵御一部分位移和冲击力。

在一些可能的实施方式中，

所述斜坡防护组件2包括多组沿边坡坡向设置在边坡内的预应力锚索、设置在预应力锚索上且位于预应力锚索与边坡岩层相交点处的位移传感器、以及设置在边坡上的防护网。

相邻两组预应力锚索间距为3-5m；

预应力锚索与边坡岩层相交点上安装位移传感器，以捕捉岩层间的相对滑动；预应力锚索同时能可以增大岩层间的压力，防止边坡岩层滑动，位移传感器可以实时监测岩层滑动信息。

防护网可以根据斜坡长度布设若干道；沿坡向相邻两道防护网的间距为15-20m；防护网主要是作为拦挡滚石的第一层防护，当滚石击穿所有被动防护网后，会撞击到拦挡墙体112，经过多次消能后，拦挡墙体112就能有效地将滚石拦截在背后，以免滚石下落冲击隧道结构。

在一些可能的实施方式中，

所述换填层结构14包括换填层141、一端位于换填层141内且另外一端穿过伸入基层内的加固支撑钢管142。

通过设置加固支撑钢管142，能够增大地层承载力和强度，减少地层沉降，换填层141采用C15混凝土换填，硬化道路路面。

进一步的，如图3所示，当隧道为两组时，支挡防护结构1将设置在两组隧道的外侧；在两组隧道之间另设置一组深埋抗滑桩,该深埋抗滑桩二5将与连接梁组件13进行连接；通过沿横向设置的拉结锚杆6将两组隧道进行连接，拉结锚杆6的设置将降低隧道间岩土体对隧道结构的压力；拦挡隔墙设置在靠近边坡一侧的深埋抗滑桩上，挡土墙组件则设置在另外一组隧道远离边坡的一侧。

另一方面：

一种如以上所述的顺层边坡隧道洞口抗震防护结构的施工方法，具体包括以下步骤：

隧道开挖,换填层结构14施工；

边坡防护组件施工；

支挡防护结构1施工；

套拱系统3施工。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。