一种适应围岩后期大变形的复合衬砌

所属领域：

本发明涉及一种适应围岩后期变形的复合衬砌，属于地下工程支护结构领域。

背景技术：

在水工隧洞、交通隧道和矿山巷道等地下工程中，衬砌是保护地下空间内部安全、控制 围岩稳定的支护措施之一。目前的衬砌以混凝土(包含钢筋混凝土)衬砌为主，其特点是刚 性的，一般要求其与围岩紧贴在一起，如果围岩与衬砌之间存在空隙，也要求采用回填灌浆 的办法，将该空隙填死，回填材料一般为混凝土或水泥砂浆，凝固后也是刚性的。当围岩发 生变形时，衬砌会立即产生支护反力抑制围岩变形。为了避免衬砌破坏，目前一般是待围岩 基本稳定后，才进行衬砌。

我国的南水北调西线工程，调水线路总长的75％以上是水工隧洞工程，隧洞埋深较大， 一般在300m～900m，并且要穿越数条活动断层。在我国西南和西北的大量的水电和交通工程 中，也将面临众多的深埋地下工程和穿越活动断层的地下工程。对于深埋的地下工程，由于 地应力较高，围岩的收敛变形较大，围岩压力较大，并且该收敛变形有可能长期不会停止， 在衬砌完成后，围岩还可能会发生较大变形。由于衬砌是刚性的，它不能适应围岩的较大变 形，易于损坏，引起工程事故。对于穿过活动断层的地下工程，断层会发生错动，并且该错 动力是十分巨大的，由于衬砌是刚性的，它不能适应断层的错动变形，也易于损坏。

发明内容：

为了解决目前衬砌不能适应衬砌后围岩变形和断层错动变形的不足，本发明提出一种复 合衬砌，它由内层和外层组成，内层是刚性的，外层是柔性的。该复合衬砌既能适应围岩的 收敛变形，也能适应断层的错动变形，并且可以向围岩提供恰当的支护抗力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在深埋或穿过活动断层的地下工程中，围岩的变形可分为三种情况，第一是活动断层的 错动变形，其施加给衬砌的荷载是剪切力；第二是围岩的局部挤入，其施加给衬砌的荷载是 局部荷载或集中力；第三是围岩的全断面挤入，其施加给衬砌的荷载是相对均匀的荷载。三 种荷载对衬砌的威胁递减，但若超过一定量级都可以使衬砌破坏。根据支护结构与围岩的相 互作用关系，当支护结构的变形量小时其所受到的围岩压力大，当支护结构的变形量大时其 所受到的围岩压力小，并且在围岩变形的过程中，支护还要能为围岩提供恰当的支护力，否 则围岩内部的松驰范围会迅速扩大，引发更大的围岩变形或者围岩垮塌。

因此本发明的技术要点有两个，第一是要具有一定的变形能力，以避免衬砌承受过大的 荷载而破坏，第二是要能对围岩提供恰当的支护力，以避免围岩松弛范围迅速扩大或垮塌。 为此，发明了具有内外两层的复合衬砌，其内层为刚性层，外层为柔性层。内层为混凝土层， 其材料、结构和功能均与目前的混凝上衬砌基本相同。外层为充填层，在浇筑或搭建内层时， 在内层与围岩之间留设充填空间，在内层具备一定的承载强度后，对留设的充填空间进行充 填，充填完毕后形成外层。外层的关键参数有厚度和充填材料的配方，厚度值主要与复合衬 砌的最大变形量相关，所需最大变形量越大，则厚度值越大；充填材料的配方主要与复合衬 砌的支护刚度相关，当所需的支护刚度越小则充填材料就要配制的越软。本发明的厚度值范 围是30cm～150cm，充填材料的组成为土、砂子、石子、木头和水，其中土的含量是用来调 节充填材料的刚度，土含量越高则充填材料越软，流动性越高。土的体积含量不宜低于15％， 否则充填材料流动性太低、刚度过大，致使复合衬砌的整体变形能力不足。

当围岩发生变形(错动变形、局部挤入变形或全断面挤入变形)时，首先承受围岩荷载 的是外层，如果该荷载不大，则外层直接将该围岩荷载传递给内层，由于荷载不大，内层不 会破坏；如果该荷载值较大，则外层会发生变形，随着变形的增加围岩的荷载就会下降，该 荷载传递到内层时，内层也不会破坏。并且在外层变形的过程中，外层一直对围岩提供支护 力，该支护力大小是受到外层材料的变形刚度控制，而变形刚度可通过充填材料的配方控制， 因此围岩也不会失稳。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是实施例的结构示意图。

图1中，1.内层，2.外层，3.活动断层错动变形，4.局部围岩挤入变形，5.全断面围岩 挤入变形，6.系统锚杆，7.围岩。

具体实施方式