一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构，该周期性衬砌结构包括初次衬砌、二次衬砌以及施工在初次衬砌、二次衬砌之间的周期性减振屏障；其中，周期性减振屏障由若干减振层构成，两相邻减振层由不同介质构成，不同介质对隧道内列车荷载产生的有效振动进行减振。本实用新型专利技术周期性减振屏障设置在衬砌结构内，耐久性强，不需要经常进行更换和维修，能适应恶劣的工作条件，此外，周期性减振屏障减振效果好，能有效避免共振。能有效避免共振。能有效避免共振。

【技术实现步骤摘要】
一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构


[0001]本技术属于建筑工程建设领域，尤其涉及一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构。

技术介绍

[0002]一直以来，工程建设通常会破坏文物，文物保护又制约着工程建设。但随着我国工程建设的发展，文物保护理念的不断发展与变化，协调发展才是未来的发展趋势。首先工程建设以及其他交通设施的设计阶段就要充分考虑并论证项目施工过程中会对文物遗址造成的影响；其次在工程建设过程中，尤其是在选线接近甚至是穿越遗址建设控制带的情况下，需要充分地考虑施工方法，在保证文物本体安全的前提下完成施工工作。文物保护与工程建设不应该是相互冲突与矛盾的关系，更应该是相辅相成、相互促进的关系。工程建设过程所形成的成熟加固技术可以被借鉴到文物保护领域，交通建设网的发展也会带动旅游业的发展从而促进文物保护的不断进步。而这些古建筑古遗址中所蕴含的古人智慧以及工程原理也需要得到更进一步的挖掘，从而为新时期工程建设施工过程中所遇到的问题提供新的解决思路。
[0003]在接近文保区时，当线路无法绕避的情况下，隧道工程逐渐成为近接文保区工程建设的首要选择，但同时也使传统的岩土工程学面临许多新的问题。在建筑群林立、地下隧道与管线纵横交错的复杂环境中，进行隧道工程施工建设必然会对周围已有建筑物产生不良影响。目前隧道在穿越文物保护区时的不良影响主要来自施工引起的地面沉降、爆破振动和轨道交通诱发的二次噪声。同时目前对于近接文保区隧道工程的研究还不够彻底，其中对涉及到文物建筑区的保护工作又提出了新的挑战。如何既能经济又能保证施工及文物区建筑的安全，有待进一步系统全面地研究。
[0004]目前针对地铁振动的振动传播规律的研究表明，随着振动的传播，其振动频率的会逐渐降低，从高频振动优势会逐渐向低频集中，并且不同车型、不同速度导致的二次噪声影响并不完全相同，这为减振设计造成了许多阻碍。现阶段针对地铁隧道的减振研究多集中于轨道技术上，以钢弹簧浮置板轨道减振为主，在许多研究中表明钢弹簧浮置板道床在低频段的减振效果较差，且该项技术造价昂贵，这种在振源处设置的减振技术，耐久性差，需要经常进行更换和维修，并且在恶劣的工作条件下，其减振效果较差而低频段振动与建筑结构的共振频率极为接近，因此即使当低频能量传递至建筑结构时即使能量较弱也有可能诱发共振风险。
[0005]周期性结构广泛存在于土木工程领域，例如轨道结构上等间距排列的轨枕、多跨梁桥、排桩基础、加筋桥面板、加筋楼面板、加筋墙面板和周期性墙面等。 固体物理学研究中指出，按照一定规则排列而成周期性结构具有衰减域特性，即弹性波的主要频率落在周期性结构衰减域频率范围内时，弹性波不能完全在周期性结构中传播，因此，波动能量会大大衰减。基于此，本技术利用周期结构原理采用周期性衬砌结构对振动波进行减振设计。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构，旨在降低或克服隧道工程施工建设中产生的振动对施工附近区域中文物建筑的破坏。
[0007]本技术是这样实现的，一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构，该周期性衬砌结构包括初次衬砌、二次衬砌以及施工在初次衬砌、二次衬砌之间的周期性减振屏障；其中，所述周期性减振屏障由若干减振层构成，两相邻减振层由不同介质构成，所述不同介质对隧道内列车荷载产生的有效振动进行减振。
[0008]优选地，所述介质包括EPS混凝土、泡沫混凝土。
[0009]优选地，所述周期性减振屏障包括依次施工的EPS混凝土构成的第一减振层、泡沫混凝土构成的第二减振层以及EPS混凝土构成的第三减振层。
[0010]优选地，所述第一减振层、第二减振层以及第三减振层的厚度为5cm。
[0011]相比于现有技术的缺点和不足，本技术具有以下有益效果：
[0012]（1）由于周期性减振屏障的周期性（周期性指相同大小、尺寸的材料（本技术指衬砌结构）按照一定间距成重复排列方式的特性，具体可类比软土地基处理中的排桩，弹性波通过周期性屏障会出现反射和散射，通过反射和散射弹性波会出现某一频域内振动急剧降低，这一频带内可理解为弹性波不能传播，即实现减振）和层间减振介质材料不同，可大大增加减振效果，有效避免共振；
[0013]（2）相比于振源减振技术（如钢弹簧浮置板轨道），本技术的周期性减振屏障设置在衬砌结构内，耐久性强，不需要经常进行更换和维修，并且能在恶劣的条件下工作；
[0014]（3）相较于现有技术，本技术经济效益高，根据隧道穿越地区结构物自振频率的不同，通过调节周期性减振屏障内的介质材料，以针对性的规避隧道上部结构的自振频率。
附图说明
[0015]图1是本技术周期性衬砌结构在隧道内完成施工后的示意图；
[0016]图2是纵波反射原理图；
[0017]图3是横波反射原理图；
[0018]图4是本技术周期性衬砌结构一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
[0019]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0020]本技术实施例公开了一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构，如图1所示，该周期性衬砌结构施工在隧道道床上，施工隧道附近地面上存在易受隧道施工过程中产生的振动或者隧道地铁通车过程中产生的振动所损坏的文物建筑，该周期性衬砌结构包括初次衬砌1、二次衬砌2以及施工在初次衬砌1、二次衬砌之间的周期性减振屏障3；其中，所述周期性减振屏障3由若干减振层构成，两相邻减振层由不同介质构成，所述不同介质对隧道内列车荷载产生的有效振动进行减振。
[0021]本技术周期性衬砌结构依据振动波反射和折射原理，提出周期性减振屏障3，利用多介质面反射优势，对隧道内列车荷载产生的有效振动进行减振。
[0022]其中，纵波反射原理如图2所示，横波反射原理如图3所示。
[0023]（1）对于纵波，当纵波在一平面xy内传播时，其入射角为α，纵波和横波反射角为α1、α2，纵波和横波折射角为α3、α4，则有：
[0024]（1）
[0025]其中：v1、v2为介质1中纵波和横波的传播速度，v3、v4为介质2中纵波和横波的传播速度，介质1、介质2为不同介质。
[0026]如令入射波的振幅为A，对应纵波的反射波和折射波的振幅为A1、A2，对应横波的反射波和折射波的振幅为A3、A4，当P波垂直入射时α=0，根据边界条件可知：
[0027](2)
[0028](3)
[0029](4)
[0030]=0 (5)
[0031]由式（1）到（4）可以发现，当没有横波产生，即入射角为0时可以得到纵波的反射波和折射波的振幅为：
[0032](6)
[0033](7)
[0034]注：上式中ρ1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低隧道内振动传播的周期性衬砌结构，其特征在于，该周期性衬砌结构包括初次衬砌、二次衬砌以及施工在初次衬砌、二次衬砌之间的周期性减振屏障；其中，所述周期性减振屏障由若干减振层构成，两相邻减振层由不同介质构成，所述不同介质对隧道内列车荷载产生的有效振动进行减振。2.如权利要求1所述的周期性衬砌结构，其特征在于，所述介...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨之光，吴红刚，孙浩，刘宝作，阎广斌，杨昊天，门殿龙，赖国泉，于源龙，尹威江，高岩，朱宝龙，鲁晓帆，李明哲，韩炳甫，钱坤，李传国，葛朝朝，苍岚，李显超，徐汶瀚，宁峙名，董占林，牌立芳，
申请(专利权)人：中铁西北科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：