含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构及其施工方法与流程

1.本发明属于隧道支护技术领域，特别涉及含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构及其施工方法。


背景技术：

2.含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道支护问题一直是隧道建设中的难题，隧道开挖施工后，水力边界发生改变，该地层特殊的物理-力学-化学特性常诱发大变形问题，隧道二衬结构持续承受围岩长期时效变形产生的形变压力的影响；若围岩遇水析出强腐蚀性离子(硫酸根离子、氯离子等)，则会劣化侵蚀混凝土衬砌，使其承载力下降。因此，穿越含膨胀流变或强腐蚀地层的隧道衬砌结构长时间在腐蚀环境下常发生结构开裂、剥落及底鼓等重大工程病害，隧道施工及运营期间的安全得不到保障，很多隧道因此而反复维修甚或报废，且国内外尚未形成很好的技术措施。
3.针对含膨胀流变或强腐蚀地层围岩变形量大、持续时间长且有腐蚀性等难题，学者们基于常规支护型式尝试了不同的优化设计，提出了增大支护刚度，设置泡沫混凝土或挤塑泡沫板缓冲层，止水带阻水等措施，然而这些优化方案的局限性仍然很大，没有形成规范有效的支护体系，且单纯增加支护刚度不仅会导致成本大幅度上升，且未从本质上解决问题，时间一长，问题依然出现；普通的泡沫混凝土缓冲层在遇腐蚀性水溶液后遭受快速侵蚀，骨架遭受侵蚀使其吸能性能下降，挤塑泡沫板吸能段支护抗力往往不足，支护效果不稳定；此外，传统现浇钢筋混凝土衬砌接头处使用的背贴式止水带不具备排水功能，二衬接缝处易集聚地下水，水压随之增大，实际防水效果不甚理想。
4.因此，如何增强含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力，提高二衬接缝处的防排水水平，确保二衬结构的长期稳定性，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中对于含膨胀流变或强腐蚀地层隧道，缺少有效的支护体系，存在吸能性能低、缺少科学的定量化设计、支护稳定性差、防水效果低等技术问题。
6.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，所述隧道衬砌结构包括：初期支护层；耐腐蚀吸能层，由若干个耐腐蚀吸能结构填充而成，所述耐腐蚀吸能结构包括聚乙烯管和两个聚乙烯热熔堵头，所述聚乙烯管的内部填充有多孔延性材料，两个所述聚乙烯热熔堵头分别固定于所述聚乙烯管的两端；防水层，由若干个高分子柔性防水卷材沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接而成；二次衬砌层，由若干个二次衬砌结构沿所述隧道的轴向方向依次浇筑而成；若干个防排水接头，设置于任意相邻两个所述二次衬砌结构的接缝处，所述接缝处填充有沥青填缝材料；其中，所述初期支护层、所述耐腐蚀吸能层、所述防水层和所述二次衬砌层沿所述
隧道的径向方向由外至内依次设置，以构成一体的所述隧道衬砌结构。
7.在第一方面中，所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ通过如下方式确定：对所述耐腐蚀吸能结构开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构的吸能效率指标η，所述吸能阶段包括弹性阶段和让压平台阶段；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构的横截面面积，δl为所述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝us+uc；其中，us为所述围岩的膨胀变形量，uc为所述围岩的流变变形量；确定耐腐蚀吸能层的设计厚度δ；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：ua＝u
l-ur；δ＝ua/η；其中，ua为所述耐腐蚀吸能结构的容许变形量，ur为所述二次衬砌结构的预留变形量。
8.在第一方面中，所述多孔延性材料包括聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫或泡沫橡胶。
9.在第一方面中，所述聚乙烯管的管体直径为5-20cm，管体长度为1-6m。
10.在第一方面中，所述防排水接头包括背贴式导流止水带、钢边中埋式止水带和滤水条；所述背贴式导流止水带设置于所述防水层与所述二次衬砌层之间，每一个所述防排水接头的一个所述背贴式导流止水带的中心位置在对应的一个所述接缝处所在平面上，所述背贴式导流止水带的中部两侧对称开设有两个导水槽，两个所述导水槽与外部排水管路相连；所述钢边中埋式止水带的一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构中的其中一个的内部，另一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构中的另一个的内部，所述钢边中埋式止水带与所述接缝处相垂直；所述滤水条位于所述防水层与所述导水槽之间，所述滤水条的中心位置与所述接缝处位于同一水平线上。
11.在第一方面中，所述背贴式导流止水带由耐腐蚀三元乙丙橡胶制备而成。
12.在第一方面中，所述初期支护层由超高性能混凝土填充而成。
13.在第一方面中，所述二次衬砌结构由超高性能混凝土填充而成。
14.本发明的第二方面提供了含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的施工方法，包括如下步骤：在聚乙烯管的内部填充多孔延性材料，然后在所述聚乙烯管的两端通过聚乙烯热熔堵头进行热熔封堵，得到耐腐蚀吸能结构；确定耐腐蚀吸能层的设计厚度δ；隧道开挖后，向围岩喷射超高性能混凝土，并安装支护设施，以形成初期支护层；所述初期支护层封闭成环后在所述初期支护层上定位安装若干个耐腐蚀吸能结构，以形成所述耐腐蚀吸能层；在所述耐腐蚀吸能层上沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接高分子柔性防水卷材，形成防水层；沿所述隧道的轴向方向依次交替安装若干个防排水接头和若干个二次衬砌结构，当二次衬砌结构达到施工强度要求时用沥青填缝材料充填任意相邻两个所述二次衬砌结构的接缝处，以形成二次衬砌层。
15.在第二方面中，所述确定耐腐蚀吸能层的设计厚度δ包括：对所述耐腐蚀吸能结构开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构的吸能效率指标η，所述吸能阶段包括弹性阶段和让压平台阶段；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构的横截面面积，δl为所
述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝us+uc；其中，us为所述围岩的膨胀变形量，uc为所述围岩的流变变形量；确定耐腐蚀吸能层的设计厚度δ；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：ua＝u
l-ur；δ＝ua/η；其中，ua为所述耐腐蚀吸能结构的容许变形量，ur为所述二次衬砌结构的预留变形量。
16.有益效果：本发明提出的含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，包括初期支护层、耐腐蚀吸能层、防水层、二次衬砌层和若干个防排水接头，通过在隧道传统的支护设计基础上增设耐腐蚀吸能结构，可吸收含膨胀流变地层对衬砌结构造成的形变压力，在发生大变形的同时保证不破损，有效提高隧道衬砌结构的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力，克服穿越含膨胀流变或强腐蚀地层的时效大变形对隧道结构造成的开裂、底鼓等工程灾害，降低了围岩作用在二次衬砌上的持续荷载，以减少二次衬砌刚度支护要求，使得二次衬砌设计可以更加经济合理，极大的节约了工程造价；耐腐蚀吸能结构中的聚乙烯管和两个聚乙烯热熔堵头采用的聚乙烯材料耐腐蚀性强，避免了自身遭受腐蚀吸能性能劣化的风险，且采用耐腐蚀吸能结构的复合式组合结构可提高强度，其恒阻让压吸能效果较单一材料更加出色，且重量轻安装方便；此外，通过设置防水层和防排水接头，可有效减少腐蚀环境对二次衬砌层造成侵蚀劣化的可能，提高二次衬砌结构之间的接缝处的防排水水平，有效保障支护系统的长期稳定性。本发明的隧道衬砌结构不仅具有优良的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力以及支护稳定性，还具有优良的防排水性能。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
18.为了更清楚地说明本技术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。
19.图1为本发明提供的隧道衬砌结构的结构示意图；
20.图2为图1中
ⅰ‑ⅰ
剖面的构造示意图；
21.图3为本发明提供的隧道衬砌结构中耐腐蚀吸能结构的结构示意图；
22.图4为图3中
ⅱ‑ⅱ
剖面的构造示意图；
23.图5为本发明提供的隧道衬砌结构中防排水接头的结构示意图；
24.图6为耐腐蚀吸能结构的侧向压缩试验的一种应力-应变曲线示意图。
25.附图标记说明：
26.1、初期支护层；
27.2、耐腐蚀吸能层；21、耐腐蚀吸能结构；211、聚乙烯管；212、聚乙烯热熔堵头；213、多孔延性材料；
28.3、防水层；
29.4、二次衬砌层；41、二次衬砌结构；42、接缝处；
30.5、防排水接头；51、背贴式导流止水带；52、钢边中埋式止水带；53、滤水条；54、导
水槽。
具体实施方式
31.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.同时，在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
33.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
34.实施例1
35.如图1-5所示，本实施例一提供了含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，所述隧道衬砌结构包括：初期支护层1；耐腐蚀吸能层2，由若干个耐腐蚀吸能结构21填充而成，所述耐腐蚀吸能结构21包括聚乙烯管211和两个聚乙烯热熔堵头212，所述聚乙烯管211的内部填充有多孔延性材料213，两个所述聚乙烯热熔堵头212分别通过热熔的方式固定于所述聚乙烯管211的两端；防水层3，由若干个高分子柔性防水卷材沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接而成；二次衬砌层4，由若干个二次衬砌结构41沿所述隧道的轴向方向依次浇筑而成；若干个防排水接头5，设置于任意相邻两个所述二次衬砌结构41之间的接缝处42，所述接缝处42填充有沥青填缝材料；其中，所述初期支护层1、所述耐腐蚀吸能层2、所述防水层3和所述二次衬砌层4沿所述隧道的径向方向由外至内依次设置，以构成一体的所述隧道衬砌结构。
36.具体而言，本发明提出的含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，包括初期支护层1、耐腐蚀吸能层2、防水层3、二次衬砌层4和若干个防排水接头5，通过在隧道传统的支护设计基础上增设耐腐蚀吸能结构21，可吸收含膨胀流变地层对衬砌结构造成的形变压力，在发生大变形的同时保证不破损，有效提高隧道衬砌结构的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力，克服穿越含膨胀流变或强腐蚀地层的时效大变形对隧道结构造成的开裂、底鼓等工程灾害，降低了围岩作用在二次衬砌上的持续荷载，以减少二次衬砌支护要求，使得二次衬砌设计可以更加经济合理，极大的节约了工程造价；耐腐蚀吸能结构21中的聚乙烯管211和两个聚乙烯热熔堵头212采用的聚乙烯材料耐腐蚀性强，避免了自身遭受腐蚀吸能性能劣化的风险，且采用耐腐蚀吸能结构21的复合式组合结构可提高强度，其恒阻让压吸能效果较单一材料更加出色，且重量轻安装方便；此外，通过设置防水层2和防排水接头5，可有效减少腐蚀环境对二次衬砌层4造成侵蚀劣化的可能，提高二次衬砌结构41之间的接缝处42的防排水水平，有效保障支护系统的长期稳定性。本发明的隧道衬砌结构可以形成吸能、防水为一体的封闭支护结构，不仅具有优良的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力以及支护稳定性，还具有优良的防排水性能。
37.如图6所示，在一些可能的实施方式中，所述耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ通过如下方式确定：对所述耐腐蚀吸能结构21开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构21的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构21的吸能效率指标η，所述吸能阶段包
括弹性阶段和让压平台阶段；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构21的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构21的横截面面积，δl为所述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构21的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；其中，us为所述围岩的膨胀变形量，uc为所述围岩的流变变形量；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝us+uc；确定耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：ua＝u
l-ur；δ＝ua/η；其中，ua为所述耐腐蚀吸能结构21的容许变形量，ur为所述二次衬砌层4的预留变形量。
38.这是由于，通过对所述耐腐蚀吸能结构21开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构21的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构21的吸能效率指标η，然后根据围岩的膨胀变形量us、围岩的流变变形量uc、耐腐蚀吸能结构21的容许变形量ua、二次衬砌层4的预留变形量ur以及长期时效变形量u
l
之间的相互关系以确定耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ，通过量化耐腐蚀吸能结构21的设计参数，解决了目前含膨胀流变或强腐蚀地层隧道单凭工程经验设计变形吸能层厚度的弊端，保障了耐腐蚀吸能结构21的让压支护效果。
39.在一些可能的实施方式中，所述多孔延性材料213包括聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫或泡沫橡胶。
40.本领域技术人员可以理解，通过聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫或泡沫橡胶这类耐腐蚀的多孔延性材料213，可使得耐腐蚀吸能结构21具有优良的耐腐蚀性能，并与聚乙烯管211和聚乙烯热熔堵头212进行组合，可提高耐腐蚀吸能结构21的强度和恒阻让压吸能性能。
41.在一些可能的实施方式中，所述聚乙烯管211的管体直径为5-20cm，管体长度可根据施工条件确定为1-6m。
42.这是由于，通过聚乙烯管211的管体直径为5-20cm，管体长度为1-6m，可满足现场安装空间及制作要求，以使得若干个耐腐蚀吸能结构21更好的填充耐腐蚀吸能层2。
43.在一些可能的实施方式中，所述防排水接头5包括背贴式导流止水带51、钢边中埋式止水带52和滤水条53；所述背贴式导流止水带51设置于所述防水层3与所述二次衬砌层4之间，每一个所述防排水接头5的一个所述背贴式导流止水带51的中心位置在对应的一个所述接缝处42所在平面上，所述背贴式导流止水带51的中部两侧对称开设有两个导水槽54，两个所述导水槽54与外部排水管路相连；所述钢边中埋式止水带52的一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构41中的其中一个的内部，另一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构41中的另一个的内部，所述钢边中埋式止水带52与所述接缝处42相垂直；所述滤水条53位于所述防水层3与所述导水槽54之间，所述滤水条53的中心位置与所述接缝处42位于同一水平线上。
44.这是由于，通过防水层3与二次衬砌层4之间设置有背贴式导流止水带51，既能起到传统止水带防水堵水的作用，又能及时将集聚在接缝42的水及时引导排出，减少了二次衬砌周围整体水头，增强了衬砌的耐腐蚀性，使得地层膨胀流变以及衬砌腐蚀诱发大变形的风险大大降低，隧道支护结构长期稳定性得到保障；通过在防水层3与导水槽54之间设置有滤水条53，可将施工及运营期间经流的砂石阻挡在外，保证导水槽54的排水性；通过埋设
在二次衬砌结构41内部的钢边中埋式止水带52，可进一步提升二次衬砌层的防排水性能。本发明的防排水接头5在实际排水过程中，隧道围岩中的水流通过滤水条53流入导水槽54中，再通过导水槽54流入外部排水管路以流出隧道，以防止水流渗入二次衬砌层4，减少了腐蚀环境对二次衬砌层4造成侵蚀劣化的可能，有效保障支护系统的长期稳定性。
45.在一些可能的实施方式中，所述背贴式导流止水带51由耐腐蚀三元乙丙橡胶制备而成。
46.这是由于，通过耐腐蚀三元乙丙橡胶制备而成背贴式导流止水带51具有优良的防腐蚀性能，防止隧道围岩的水流腐蚀背贴式导流止水带51进而使得水流通过背贴式导流止水带51流入二次衬砌层4，对二次衬砌层4造成侵蚀劣化。
47.在一些可能的实施方式中，所述初期支护层1和所述二次衬砌结构41均由超高性能混凝土填充而成。
48.本领域技术人员可以理解，超高性能混凝土具有超高的耐久性和力学性能，通过初期支护层1和所述二次衬砌结构41均由超高性能混凝土填充而成，可大大延缓衬砌被腐蚀的速率，保证隧道施工运营期间的长期稳定性。
49.实施例2
50.通过如下步骤进行含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的施工：
51.在聚乙烯管211的内部填充多孔延性材料213，然后在所述聚乙烯管211的两端通过聚乙烯热熔堵头212进行热熔封堵，得到耐腐蚀吸能结构21；确定耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ；隧道开挖后，向围岩喷射超高性能混凝土，并安装支护设施，以形成初期支护层1，其中，喷射超高性能混凝土时采用先墙后拱，先上后下的施工顺序，喷射层厚度为10-20cm；所述初期支护层1封闭成环后在所述初期支护层1上定位安装若干个耐腐蚀吸能结构21，以形成所述耐腐蚀吸能层2；在所述耐腐蚀吸能层2上沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接高分子柔性防水卷材，形成防水层3；沿所述隧道的轴向方向依次交替安装若干个防排水接头5和若干个二次衬砌结构41，当所述二次衬砌结构41达到施工强度要求时用沥青填缝材料充填任意相邻两个所述二次衬砌结构41之间的接缝处42，以形成二次衬砌层4。
52.其中，所述防排水接头5的背贴式导流止水带51超前于二次衬砌结构41浇注前施工，在前一个二次衬砌结构41施工前，将背贴式导流止水带51胶结黏贴于防水层3上使其固定，在前一个二次衬砌结构41施工时，将钢边中埋式止水带52的一半采用固定钢筋埋设于二次衬砌结构41的内部，在后一个二次衬砌结构41施工时将另一半钢边中埋式止水带52采用固定钢筋埋入后一个二次衬砌结构41的内部，待二次衬砌结构41达到施工强度要求时用沥青填缝材料9充填任意相邻两个所述二次衬砌结构41之间的接缝处42的其余缝隙。
53.具体而言，本发明提供的含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的施工方法，通过提前预制耐腐蚀吸能结构21，可减少初期支护层1变形稳定再进行二次衬砌层4支护的等待时间，及早封闭成环，且耐腐蚀吸能结构21重量轻安装方便；通过聚乙烯热熔堵头212进行热熔封堵聚乙烯管211的两端，可提升耐腐蚀吸能结构21的密封性，进而增强耐腐蚀吸能结构21的耐腐蚀性能，有效保证结构的长期吸能效果。通过本发明的施工方法完成的隧道衬砌结构可以形成吸能、防水为一体的封闭支护结构，不仅具有优良的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力以及支护稳定性，还具有优良的防排水性能。
54.在一些可能的实施方式中，所述确定耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ包括：对所述耐腐蚀吸能结构21开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构21的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构21的吸能效率指标η，所述吸能阶段包括弹性阶段和让压平台阶段；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构21的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构21的横截面面积，δl为所述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构21的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；其中，us为所述围岩的膨胀变形量，uc为所述围岩的流变变形量；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝us+uc；确定耐腐蚀吸能层2的设计厚度δ；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：ua＝u
l-ur；δ＝ua/η；其中，ua为所述耐腐蚀吸能结构21的容许变形量，ur为所述二次衬砌层4的预留变形量。
55.需要补充说明的是，本实施例2提供的含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的施工方法，所施工而成的隧道衬砌结构即为本实施例1中所述的隧道衬砌结构，其实现原理及技术构思与实施例1完全相同，因此本实施例2中未详述部分参阅实施例1即可，此处不在赘述。
56.最后，还需要说明的是，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。
57.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
58.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，其特征在于，所述隧道衬砌结构包括：初期支护层(1)；耐腐蚀吸能层(2)，由若干个耐腐蚀吸能结构(21)填充而成，所述耐腐蚀吸能结构(21)包括聚乙烯管(211)和两个聚乙烯热熔堵头(212)，所述聚乙烯管(211)的内部填充有多孔延性材料(213)，两个所述聚乙烯热熔堵头(212)分别固定于所述聚乙烯管(211)的两端；防水层(3)，由若干个高分子柔性防水卷材沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接而成；二次衬砌层(4)，由若干个二次衬砌结构(41)沿所述隧道的轴向方向依次浇筑而成；若干个防排水接头(5)，设置于任意相邻两个所述二次衬砌结构(41)之间的接缝处(42)，所述接缝处(42)填充有沥青填缝材料；其中，所述初期支护层(1)、所述耐腐蚀吸能层(2)、所述防水层(3)和所述二次衬砌层(4)沿所述隧道的径向方向由外至内依次设置，以构成一体的所述隧道衬砌结构。2.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于，所述耐腐蚀吸能层(2)的设计厚度δ通过如下方式确定：对所述耐腐蚀吸能结构(21)开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构(21)的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构(21)的吸能效率指标η，所述吸能阶段包括弹性阶段和让压平台阶段；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构(21)的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构(21)的横截面面积，δl为所述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构(21)的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝u
s
+u
c
；其中，u
s
为所述围岩的膨胀变形量，u
c
为所述围岩的流变变形量；确定耐腐蚀吸能层(2)的设计厚度δ；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：u
a
＝u
l-u
r
；δ＝u
a
/η；其中，u
a
为所述耐腐蚀吸能结构(21)的容许变形量，u
r
为所述二次衬砌层(4)的预留变形量。3.根据权利要求2所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述多孔延性材料(213)包括聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫或泡沫橡胶。4.根据权利要求3所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述聚乙烯管(211)的管体直径为5-20cm，管体长度为1-6m。5.根据权利要求4所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述防排水接头(5)包括背贴式导流止水带(51)、钢边中埋式止水带(52)和滤水条(53)；所述背贴式导流止水带(51)设置于所述防水层(3)与所述二次衬砌层(4)之间，每一个所述防排水接头(5)的一个所述背贴式导流止水带(51)的中心位置在对应的一个所述接缝处(42)所在平面上，所述背贴式导流止水带(51)的中部两侧对称开设有两个导水槽(54)，两个所述导水槽(54)与外部排水管路相连；所述钢边中埋式止水带(52)的一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构(41)中的其中一个的内部，另一半埋设于相邻两个所述二次衬砌结构(41)中的另一个的内部，所述钢边中埋式止水带(52)与所述接缝处(42)相垂直；所述滤水条(53)位于所述防水层(3)与所述导水槽(54)之间，所述滤水条(53)的中心位置与所述接缝处(42)位于同一水平线上。
6.根据权利要求5所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述背贴式导流止水带(51)由耐腐蚀三元乙丙橡胶制备而成。7.根据权利要求6所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述初期支护层(1)由超高性能混凝土填充而成。8.根据权利要求7所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述二次衬砌结构(41)由超高性能混凝土填充而成。9.如权利要求1-8任一项所述的含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：在聚乙烯管(211)的内部填充多孔延性材料(213)，然后在所述聚乙烯管(211)的两端通过聚乙烯热熔堵头(212)进行热熔封堵，得到耐腐蚀吸能结构(21)；确定耐腐蚀吸能层(2)的设计厚度δ；隧道开挖后，向围岩喷射超高性能混凝土，并安装支护设施，以形成初期支护层(1)；所述初期支护层(1)封闭成环后在所述初期支护层(1)上定位安装若干个耐腐蚀吸能结构(21)，以形成所述耐腐蚀吸能层(2)；在所述耐腐蚀吸能层(2)上沿含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道的轴向方向依次搭接高分子柔性防水卷材，形成防水层(3)；沿所述隧道的轴向方向依次交替安装若干个防排水接头(5)和若干个二次衬砌结构(41)，当所述二次衬砌结构(41)达到施工强度要求时用沥青填缝材料充填任意相邻两个所述二次衬砌结构(41)之间的接缝处(42)，以形成二次衬砌层(4)。10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于：所述确定耐腐蚀吸能层(2)的设计厚度δ包括：对耐腐蚀吸能结构(21)开展侧限压缩试验，得到所述耐腐蚀吸能结构(21)的吸能阶段的应力-应变曲线，确定所述耐腐蚀吸能结构(21)的吸能效率指标η，所述吸能阶段包括弹性阶段和让压平台阶段；对所述隧道的围岩开展试验，确定所述围岩的长期时效变形量u
l
；确定耐腐蚀吸能层(2)的设计厚度δ；所述吸能效率指标η设置为：η＝δv/v＝sδl/sl＝ε
p
；其中，δv为所述让压平台阶段的终止点体积压缩量，v为所述耐腐蚀吸能结构(21)的初始体积，s为所述耐腐蚀吸能结构(21)的横截面面积，δl为所述让压平台阶段的终止点长度变化量，l为所述耐腐蚀吸能结构(21)的初始长度，ε
p
为所述让压平台阶段的终止点应变；所述长期时效变形量u
l
设置为：u
l
＝u
s
+u
c
；所述耐腐蚀吸能层的设计厚度δ设置为：u
a
＝u
l-u
r
；δ＝u
a
/η；其中，u
s
为所述围岩的膨胀变形量，u
c
为所述围岩的流变变形量，u
a
为所述耐腐蚀吸能结构(21)的容许变形量，u
r
为所述二次衬砌层(4)的预留变形量。

技术总结
本发明提供含膨胀流变或强腐蚀地层中的隧道衬砌结构，隧道衬砌结构包括：初期支护层；耐腐蚀吸能层，由耐腐蚀吸能结构填充而成，耐腐蚀吸能结构包括聚乙烯管和两个聚乙烯热熔堵头，聚乙烯管的内部填充有多孔延性材料，两个聚乙烯热熔堵头固定于聚乙烯管的两端；防水层，由高分子柔性防水卷材依次搭接而成；二次衬砌层，由二次衬砌结构依次浇筑而成；若干个防排水接头，设置于任意相邻两个二次衬砌结构的接缝处；其中，初期支护层、耐腐蚀吸能层、防水层和二次衬砌层沿隧道的径向方向由外至内依次设置，以构成一体的隧道衬砌结构。本发明的隧道衬砌结构具有优良的抗膨胀、抗流变、抗腐蚀能力，并可提高接缝处的防排水水平，确保结构的长期稳定性。结构的长期稳定性。结构的长期稳定性。


技术研发人员：陈卫忠 申凯 谭贤君 田洪铭 袁敬强 谢毅 徐正宣 张广泽 王栋 李嘉雨 贾哲强
受保护的技术使用者：中铁二院工程集团有限责任公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/8/5