一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构，包括盾构隧道管片和盾构隧道内衬；所述盾构隧道内衬包括间隔设置的有粘结内衬结构段和无粘结内衬结构段；有粘结内衬结构段直接与盾构隧道管片接触，无粘结内衬结构段与盾构隧道管片之间设有隔离层；所述无粘结内衬结构段设于对应的管片接缝处；对应所述无粘结内衬结构段的管片接缝处设有大变形能力密封垫和大变形能力螺栓；对应所述有粘结内衬结构段的管片接缝处设置普通密封垫和普通螺栓。本发明专利技术还公开了对应的施工方法。本发明专利技术使内衬结构和盾构隧道管片分开受力，提升了盾构隧道内衬结构的变形能力，既可以适应施工扰动、撞击、火灾，又可以适应地震，有效增强了盾构隧道适应多种灾害的韧性。应多种灾害的韧性。应多种灾害的韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构及其施工方法


[0001]本专利技术属于盾构隧道工程
，具体涉及一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构及其施工方法。

技术介绍

[0002]盾构法交通隧道设计使用年限较长，运营期可能会遭受地震、周边施工扰动或环境条件变化、火灾、撞击等灾害。现有技术针对每一种灾害分别采取相应的措施，如：为加强抗震性能，通常在地震响应较大的接头部位设置高防水能力的密封垫22，同时设置低刚度螺栓或直接取消螺栓(图1所示)；为应对施工扰动或环境条件变化，通常在盾构隧道管片11周边采取地层加固措施，或设置局部内衬33(如图2所示)和全断面内衬44等(图3所示)；为应对火灾，通常在隧道内设置防火板保护层甚至混凝土内衬；为应对撞击，通常在隧道侧墙部位设置防撞侧石或在边墙部位设置现浇混凝土内衬。
[0003]然而，运营期的灾害往往链式发生，如：隧道某部位经受施工扰动产生局部变形后，后续运营期可能会继续遭遇地震作用，即“施工扰动+地震”；也可能是在遭遇地震作用后，后续运营期可能会继续遭遇施工扰动作用，即“地震+施工扰动”；汽车撞击与火灾往往同时发生，即“撞击+火灾”等。对于链式灾害，现有的措施往往难以适应，如设置局部二次衬砌或全断面二次衬砌，对适应施工扰动、撞击、火灾有利，但对抗震不利，因为结构刚度加大后，地震作用下的内力也会增加，使内衬结构产生大范围开裂；但若为提高抗震性能而加大结构柔性，则不利于结构适应施工扰动，也不利于抵抗撞击与火灾作用。为此，现有技术中，当需要设置内衬时，为降低地震响应，一般将内衬按适当长度设置变形缝，但变形缝设置于管片环宽中心部位时，会导致管片和内衬均开裂，而设置于管片环缝部位时，管片环缝的变形会大幅增加，给防水带来极大的难度。
[0004]综上，现有盾构隧道局部内衬或全断面内衬结构对适应施工扰动、撞击、火灾有利，但对抗震不利，无法适应多种灾害，主要原因是地震情况下内衬结构的变形与管片结构的变形不协调，管片结构的变形主要集中在接缝部位，由于内衬与管片结构之间的粘结力较大，当管片结构变形时，将首先导致接缝处的内衬被拉裂破坏。
[0005]因此，需要提出一种盾构隧道结构体系，以提升运营期内盾构隧道适应多种灾害的韧性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构及其施工方法，可使内衬结构和盾构隧道管片分开受力，既可以适应施工扰动、撞击、火灾，又可以适应地震，有效增强了盾构隧道适应多种灾害的韧性。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，包括盾构隧道管片和盾构隧道内衬；
[0008]其中所述盾构隧道内衬包括有粘结内衬结构段和无粘结内衬结构段，两者间隔设
置；所述有粘结内衬结构段直接与盾构隧道管片接触，所述无粘结内衬结构段与盾构隧道管片之间设有隔离层；所述无粘结内衬结构段设于对应的管片接缝处；
[0009]对应所述无粘结内衬结构段的管片接缝处设有大变形能力密封垫和大变形能力螺栓；对应所述有粘结内衬结构段的管片接缝处设置普通密封垫和普通螺栓。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述盾构隧道内衬分为若干分段，每个分段包括有粘结内衬结构段，以及有粘结内衬结构段两端的无粘结内衬结构段，并且两端无粘结内衬结构段的长度分别为其长度的一半。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述盾构隧道内衬分段长度为L，所述盾构隧道管片的管片环宽为B，且所述无粘结内衬结构段的长度与盾构隧道管片的管片环宽相同，每一个分段两端的无粘结内衬结构段的长度为B/2；即所述有粘结内衬结构段的长度L1＝L
‑
B。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，地震作用下，内衬分段处的管片接缝张开量为
△
，所述无粘结内衬结构段的应变ε1＝
△
/B，要求所述无粘结内衬结构段中混凝土材料极限拉应变ε
u
≥ε1。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，每一个分段的端部与管片接缝对齐。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，每个分段长度相同或不同；所述盾构隧道内衬为局部内衬或全断面内衬。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述隔离层为防水板或防水涂层。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，提供一种所述的适应多灾害的盾构隧道韧性结构的施工方法，包括如下步骤：
[0017]S1：盾构隧道管片施工完成后，浇筑有粘结内衬结构段；
[0018]S2：在无粘结内衬结构段的对应的盾构隧道管片表面，设置隔离层；
[0019]S3：按设计要求进行相邻两个有粘结内衬结构段之间的纵向钢筋连接；
[0020]S4：按设计要求设置无粘结内衬结构段的环向钢筋；
[0021]S5：采用高延性混凝土浇筑无粘结内衬结构段。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，地震作用下，内衬分段处的管片接缝张开量为
△
，所述无粘结内衬结构段的应变ε1＝
△
/B，B为管片环宽；要求所述无粘结内衬结构段中混凝土材料极限拉应变ε
u
≥ε1。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，钢筋的设置需满足如下要求：
[0024]根据无粘结内衬结构段混凝土材料，开展力学试验，得出其拉应力
‑
拉应变曲线；
[0025]地震作用下，内衬分段处无粘结内衬结构段拉力为T2；根据应力
‑
拉应变曲线以及对应的应变ε1，得出无粘结内衬结构段混凝土所承担的拉力为T2‑1，求出无粘结内衬结构段需要混凝土内钢筋承担的地震拉力T2‑2＝T2‑
T2‑1；
[0026]根据钢筋的力学性能进行无粘结内衬结构段的配筋计算与钢筋布置。
[0027]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术的适应多灾害的盾构隧道韧性结构，通过间隔一定距离在管片环缝处设置无粘结内衬区段，在盾构隧道管片因外力作用而变形时，可使内衬结构和盾构隧道管片分开受力，避免内衬结构被拉裂破坏，使内衬结构与盾构管片结构协调变形，有效提升了盾构隧道内衬结构的变形能力。本专利技术的盾构隧道结构，既可以适应施工扰动、撞击、火灾，
又可以适应地震，有效增强了盾构隧道适应多种灾害的韧性。
[0029](2)本专利技术的适应多灾害的盾构隧道韧性结构的施工方法，与常规盾构隧道内衬结构相比，内衬结构尺寸不变，并且有粘结内衬结构段采用常规的施工方法即可，仅需局部增加隔离层并采用钢筋钢纤维以及高延性的混凝土对局部内衬进行浇筑即可，并且隔离层可以采用防水板，也可以喷涂防水涂料，成本低且施工方便。
附图说明
[0030]图1为现有技术中在地震响应较大的接头部位设置密封垫结构示意图；
[0031]图2为现有技术中盾构隧道局部内衬结构示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，包括盾构隧道管片(1)和盾构隧道内衬；其中所述盾构隧道内衬包括有粘结内衬结构段(2)和无粘结内衬结构段(3)，两者间隔设置；所述有粘结内衬结构段(2)直接与盾构隧道管片(1)接触，所述无粘结内衬结构段(3)与盾构隧道管片(1)之间设有隔离层(6)；所述无粘结内衬结构段(3)设于对应的管片接缝处；对应所述无粘结内衬结构段(3)的管片接缝处设有大变形能力密封垫(4)和大变形能力螺栓(5)；对应所述有粘结内衬结构段(2)的管片接缝处设置普通密封垫(7)和普通螺栓(8)。2.根据权利要求1所述的适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，所述盾构隧道内衬分为若干分段，每个分段包括有粘结内衬结构段(2)，以及有粘结内衬结构段(2)两端的无粘结内衬结构段(3)，并且两端无粘结内衬结构段(3)的长度分别为其长度的一半。3.根据权利要求2所述的适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，所述盾构隧道内衬分段长度为L，所述盾构隧道管片的管片环宽为B，且所述无粘结内衬结构段(3)的长度与盾构隧道管片的管片环宽相同，每一个分段两端的无粘结内衬结构段(3)的长度为B/2；即所述有粘结内衬结构段(2)的长度L1＝L
‑
B。4.根据权利要求3所述的适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，地震作用下，内衬分段处的管片接缝张开量为
△
，所述无粘结内衬结构段(3)的应变ε1＝
△
/B，要求所述无粘结内衬结构段(3)中混凝土材料极限拉应变ε
u
≥ε1。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述的适应多灾害的盾构隧道韧性结构，其特征在于，每一个分段的端部与管片接缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，马相峰，徐晨，薛光桥，何应道，邓朝辉，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：