一种隧道减震衬砌结构及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道减震衬砌结构及其使用方法，涉及隧道工程施工技术领域，包括衬砌主体、活动连接件、补偿件和多个吸能本体，相邻两个所述衬砌主体之间预留有缓冲间隙；所述活动连接件同心活动设置于衬砌主体端部，使所述衬砌主体与活动连接件可进行径向的相对转动；补偿件沿隧道轴向滑动设置于两相邻的活动连接件之间，使所述衬砌主体与补偿件可进行轴向的相对位移；多个吸能本体圆周分布于所述缓冲间隙内，所述吸能本体两端分别与相邻的衬砌主体截面侧壁活动连接。本发明专利技术通过设置活动连接件，可使衬砌主体之间进行径向的转动，使衬砌结构具有一定的柔性，以适应不同方向的冲击力，保证了隧道的安全，提高了隧道的抗震能力。提高了隧道的抗震能力。提高了隧道的抗震能力。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道减震衬砌结构及其使用方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程施工
，尤其涉及一种隧道减震衬砌结构及其使用方法。

技术介绍

[0002]由于我国地域辽阔，地形复杂，因此在交通设施建设过程中，隧道成为穿越山岭等复杂地区的必要方式，据不完全统计，我国目前正在建设和已建隧道里程已经超过10000km。由于受设计、施工、地形及地震等自然灾害的影响，容易导致隧道出现衬砌结构破坏、隧道渗漏水、道床破坏等现象，进而影响隧道结构的正常使用。其中，隧道衬砌结构破坏是造成隧道病害的主要原因之一。
[0003]隧道衬砌结构在设计之初便会考虑可能存在的地震等自然灾害对隧道结构的影响，一般会在衬砌连接处设计伸缩缝，并配合弹性元件进行缓冲，减小震动对隧道结构的影响，隧道伸缩缝仅可以使得隧道能够承受轴向方向上的滑动，对于如地震波等能量的吸散起不到任何作用，即伸缩缝无法吸收能量，无法起到很好的减震作用。
[0004]经检索，授权公告号为CN106593464B的专利技术专利公开了一种隧道轴向减震吸能装置及具有该装置的隧道衬砌结构，隧道轴向减震吸能装置包括：用于连接吸能本体与沿隧道轴向被分割为相邻的衬砌主体结构的两个连接件；沿隧道轴向可产生用以吸收轴向能量的相对位移。本专利技术提供的隧道轴向减震吸能装置，轴向上使隧道具有一定的柔性，能够提高隧道轴向拉压变形的抗震能力，并能够吸收地震所产生的相位衍生应力和相对变位，具有良好的抗减震效果，但是，地震波分为纵波和横波，横波对隧道结构产生水平方向的冲击力，纵波对隧道结构产生径向的冲击力，无论哪种形式的地震波并不单单只作用在隧道的轴向方向，上述技术方案中，对除隧道轴线方向以外其余方向的冲击力难以做到缓冲的效果，由于现有的隧道衬砌主体为刚性结构，在受冲击时，若无缓冲则会出现损坏，则会出现衬砌开裂、掉块甚至坍塌的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中隧道衬砌结构为刚性结构，难以对来自不同方向的冲击进行缓冲，受冲击时易出现衬砌开裂、掉块甚至坍塌的问题，而提出的一种隧道减震衬砌结构及其使用方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种隧道减震衬砌结构，包括：衬砌主体，由刚性材料制成的圆柱管状结构，相邻两个所述衬砌主体之间预留有缓冲间隙；活动连接件，外周面呈球面凸起的环状结构，所述活动连接件同心活动设置于衬砌主体端部，使所述衬砌主体与活动连接件可进行径向的相对转动；补偿件，沿隧道轴向滑动设置于两相邻的活动连接件之间，使所述衬砌主体与补
偿件可进行轴向的相对位移；两个所述衬砌主体以及位于衬砌主体两端的活动连接件构成该衬砌结构的最小连接单元 ，两个所述最小连接单元之间通过补偿件进行连接；多个吸能本体，圆周分布于所述缓冲间隙内，所述吸能本体两端分别与相邻的衬砌主体截面侧壁活动连接。
[0007]优选地，所述吸能本体包括：两个密封罩，两个所述密封罩同轴密封滑动设置，使两个所述密封罩可进行轴向相对位移；多个弧形片，多个所述弧形片首尾相连形成环状弹片，周向相邻的两个弧形片的开口端反向设置，使所述环状弹片呈现波浪状，多个所述环状弹片同轴堆叠并且周向错位，使轴向相邻的两个弧形片的突出部分对应连接，形成可轴向伸缩的柱状网格结构；所述柱状网格结构位于密封罩内，并且所述柱状网格结构的两端分别与不同的密封罩内底部刚性连接。
[0008]优选地，所述密封罩外壁固定设置有球头，所述衬砌主体截面侧壁开设有球形槽，所述球头与球形槽相适配。
[0009]优选地，所述柱状网格结构内部设置有缓冲气囊，并且两个所述密封罩之间的密封空间内使用D3O材料进行填充。
[0010]优选地，所述衬砌主体两端内壁开设有环槽，所述环槽的截面呈弧形设置，且所述环槽与活动连接件同心活动连接。
[0011]优选地，所述活动连接件内壁开设有环形的补偿槽，所述补偿件两端外壁固定设置有连接环，所述连接环位于补偿槽内与补偿槽滑动连接。
[0012]优选地，所述补偿槽两内壁之间设置有多根导向筋，多根所述导向筋绕活动连接件轴线圆周阵列分布，所述连接环上开设有对应导向筋的滑孔，所述导向筋穿插在滑孔内。
[0013]优选地，所述缓冲间隙填充有嵌缝剂，所述嵌缝剂为含有橡胶颗粒的混凝土。
[0014]还公开了一种隧道减震衬砌结构的使用方法，包括以下步骤：S1：通过盾构机开挖隧道，并在挖掘的过程中同步铺设衬砌主体，并在两个相邻的衬砌主体之间预留缓冲间隙，并在缓冲间隙中安装吸能本体，活动连接件在衬砌主体生产过程中完成安装，在相邻两个衬砌主体之间安装补偿件；S2：在缓冲间隙内填充嵌缝剂，并在衬砌主体外部锚喷混凝土，填充衬砌主体与隧道之间的间隙；S3：在受到轴向冲击时，相邻的衬砌主体之间发生轴向的相对位移，通过吸能本体产生形变进行动能缓冲，并且通过活动连接件与补偿件之间的滑动进行位移补偿，保证隧道衬砌结构的安全；S4：在受到径向冲击时，相邻的衬砌主体之间出现夹角，部分吸能本体被压缩、另一部分衬砌主体吸能本体被拉长进行缓冲，衬砌主体与活动连接件进行径向的相对转动，对衬砌主体之间的转动进行补偿，保证隧道衬砌结构的安全。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过设置在两个衬砌主体之间设置缓冲间隙，并在缓冲间隙内设置吸能本体，在衬砌主体受到冲击时，可进行位移补偿，并且通过吸能本体进行吸能缓冲，降低冲
击对衬砌主体造成的损害，通过设置补偿件，使衬砌主体之间可进行轴向滑动并保持衬砌的完整性，通过设置活动连接件，可使衬砌主体之间进行径向的转动，使衬砌主体形成的衬砌结构具有一定的柔性，以适应不同方向的冲击力，保证了隧道的安全，提高了隧道的抗震能力，解决了现有技术中隧道衬砌结构为刚性结构，难以对来自不同方向的冲击进行缓冲，受冲击时易出现衬砌开裂、掉块甚至坍塌的问题。
[0016]2、本专利技术通过设置多个环状弹片轴向排列形成柱状网格结构，可以有效地对轴向的冲击力进行缓冲，并且通过在密封罩内填充D3O材料，由于D3O材料属于非牛顿流体，常态下为柔软的状态，可以配合柱状网格结构形变实现对小冲击的缓冲，在受到较大冲击力时，D3O材料的物理性质会迅速改变，硬度增加，使柱状网格结构发生形变所需的力同步增大，提高了柱状网格结构所能承受的冲击力，保证了吸能主体的缓冲效果，有利于保证衬砌结构的安全。
附图说明
[0017]图1为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构的整体结构示意图；图2为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构的爆炸结构示意图；图3为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构最小连接单元的结构示意图；图4为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构径向受力状态的结构示意图；图5为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构中活动连接件的结构示意图；图6为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构中吸能本体的结构示意图；图7为本专利技术提出的一种隧道减震衬砌结构吸能本体不同受力状态的结构示意图。
[0018]图中：1、衬砌主体；11、缓冲间隙；12、环槽；13、球形槽；2、补偿件；21、连接环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道减震衬砌结构，其特征在于，包括：衬砌主体（1），由刚性材料制成的圆柱管状结构，相邻两个所述衬砌主体（1）之间预留有缓冲间隙（11）；活动连接件（3），外周面呈球面凸起的环状结构，所述活动连接件（3）同心活动设置于衬砌主体（1）端部，使所述衬砌主体（1）与活动连接件（3）可进行径向的相对转动；补偿件（2），沿隧道轴向滑动设置于两相邻的活动连接件（3）之间，使所述衬砌主体（1）与补偿件（2）可进行轴向的相对位移；两个所述衬砌主体（1）以及位于衬砌主体（1）两端的活动连接件（3）构成该衬砌结构的最小连接单元 ，两个所述最小连接单元之间通过补偿件（2）进行连接；多个吸能本体（4），圆周分布于所述缓冲间隙（11）内，所述吸能本体（4）两端分别与相邻的衬砌主体（1）截面侧壁活动连接。2.根据权利要求1所述的一种隧道减震衬砌结构，其特征在于，所述吸能本体（4）包括：两个密封罩（41），两个所述密封罩（41）同轴密封滑动设置，使两个所述密封罩（41）可进行轴向相对位移；多个弧形片（431），多个所述弧形片（431）首尾相连形成环状弹片（43），周向相邻的两个弧形片（431）的开口端反向设置，使所述环状弹片（43）呈现波浪状，多个所述环状弹片（43）同轴堆叠并且周向错位，使轴向相邻的两个弧形片（431）的突出部分对应连接，形成可轴向伸缩的柱状网格结构；所述柱状网格结构位于密封罩（41）内，并且所述柱状网格结构的两端分别与不同的密封罩（41）内底部刚性连接。3.根据权利要求2所述的一种隧道减震衬砌结构，其特征在于，所述密封罩（41）外壁固定设置有球头（42），所述衬砌主体（1）截面侧壁开设有球形槽（13），所述球头（42）与球形槽（13）相适配。4.根据权利要求2所述的一种隧道减震衬砌结构，其特征在于，所述柱状网格结构内部设置有缓冲气囊（44），并且两个所述密封罩（41）之间的密封空间内使用D3O材料进行填充。5.根据权利要求1所述的一种隧道减震衬砌结构，其特征在于，所述衬砌主体（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小平，王治霖，王建华，王楠，王少雄，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：