CN105019918B - 一种水下盾构隧道结构抗震方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于盾构隧道领域，尤其涉及一种水下盾构隧道结构抗震方法与装置，包括钢管片、普通管片、普通止水带、异型大变形止水带、Ω大变形止水带、合金套筒、合金套筒定位螺母、高强度弹簧、阻尼棒、加强板、A环钢管片和B环钢管片；本发明利用弹簧刚度小的特点，将地震工况下的纵向变形集中到该装置处，弹簧承受纵向拉力和压力，阻尼棒发生延性变形进行能量转换，实现纵向抗震，同时利用合金套筒抵抗盾构隧道横向剪力，并利用三道大变形止水带实现抗震防水；该水下盾构隧道结构抗震装置能显著减少因抗震措施而发生的工程造价和施工工期，同时显著提高盾构隧道抗震工程质量，尤其适用于高烈度区通过长大软弱地层的水下盾构隧道。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道领域，特别是一种水下盾构隧道结构抗震方法与装置。
背景技术
盾构隧道是一种利用螺栓将预制的弧形管片连接拼装而成的结构。以前的盾构隧道设计较少考虑抗震的要求。但近年来随着修建的盾构隧道越来越多，部分隧道甚至处于在7度以上的高地震烈度区。数值计算发现，普通的螺栓连接无法满足高烈度地震工况下水下盾构隧道的安全和耐久性要求，必须采取抗震措施。
目前，国内外盾构隧道抗震方法和措施主要是针对软弱地层的，即对沿线软弱地层进行地基加固，减少盾构隧道的地震响应(主要是减少盾构隧道的地震位移量)，这种方法和措施的明显缺点是地震响应(主要是盾构隧道的地震位移)很难完全消除，当地震响应过大时，隧道结构就不能满足安全和耐久性的要求，而且这种方法工程量大、造价高、施工工艺复杂、质量难以保证。
发明内容
本发明的目的是从结构抗震提供一种水下盾构隧道结构抗震方法与装置，尤其适用于通过长大软弱地层的过江、过海的水下盾构隧道，降低抗震措施造价，且施工方便，质量可靠。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现：一种水下盾构隧道结构抗震装置包括钢管片、普通管片、普通止水带、异型大变形止水带、Ω大变形止水带、合金套筒、合金套筒定位螺母、高强度弹簧、阻尼棒、加强板。
进一步的，所述钢管片为中空结构，且分A环钢管片和B环钢管片，其内部设有几道加强板，所述A环钢管片和B环钢管片纵向通过高强度弹簧和阻尼棒连接，在接缝处高强度弹簧和阻尼棒穿过合金套筒；所述钢管片设置了两道闭合的异型大变形止水带，另外在内侧设置了一道整环Ω大变形止水带。
进一步的，所述A环钢管片和B环钢管片分块数量和尺寸同普通管片。
进一步的，所述异型大变形止水带是一种一侧尺寸大、另外三侧尺寸小的闭合止水带，所述另外三侧尺寸大小与普通管片止水带大小一样。
进一步的，所述高强度弹簧和阻尼棒焊接于钢管片内端面上。
进一步的，所述高强度弹簧个数占纵向连接件的2/3，阻尼棒个数占纵向连接件的1/3。
进一步的，所述钢管片形状与盾构隧道普通管片相同，管片长度是普通管片的一半。
进一步的，上述位置设置的水下盾构隧道结构抗震方法，该方法包括如下步骤：
(1)制作钢管片，异型大变形止水带、Ω大变形止水带、合金套筒和高强度弹簧；钢管片形状大小与盾构隧道普通管片相同，管片长度约普通管片一半，钢管片上对应普通管片位置三侧设置普通止水带凹槽，端面设置异型大变形止水带，钢管片端面对应合金套筒位置开孔；
(2)钢管片上安装两道道闭合的异型大变形止水带；
(3)钢管片运输至隧道内，沿隧道纵向选择合理的位置设置该抗震装置，按普通管片拼装；
(4)一整环钢管片拼装完成后，再安装内侧Ω大变形止水带。
进一步的，上述钢管片运输至隧道内，其拼装方法包括如下步骤：
1)将A环钢管片与盾构普通管片按照普通螺栓连接方法拼装连接；
2)将B环钢管片与A环钢管片对接，压紧端面异型大变形止水带，安装合金套筒，拧上合金套筒定位螺母(螺母之间预留钢管片在地震工况下一定的张开变形量)，从合金套筒中穿过高强度弹簧和阻尼棒，将高强度弹簧和阻尼棒焊接于A环钢管片和B环钢管片两钢管片端面；
3)将B环钢管片与普通管片按照普通螺栓连接方法拼装连接。
本发明的隧道结构抗震方法是一种创新，与目前已有的地层加固抗震思路完全不同，与现有地层加固抗震措施相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的盾构隧道纵向结构绝大部分采用钢筋混凝土管片拼装，仅在特殊的位置分别布置一套预制的钢管片，利用附加在钢管片上的抗震装置，实现盾构隧道结构抗震的目标。
(2)本发明的盾构隧道结构抗震装置沿线布置数量有限，工程数量小，能显著降低抗震措施工程造价，且抗震装置在地面预制而成，可保证工程的质量。
(3)本发明的钢管片大变形止水带设置在钢管片端面，而侧面设置普通钢筋混凝土管片止水带，大大减少了盾构隧道内大型拼装设备的投入。
(4)本发明的盾构隧道结构抗震装置施工方便，拼装简单，能显著减少因采取抗震措施而发生的施工工期。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细说明：
图1是现有技术中盾构隧道管片的抗震接头装置参考图；
图2是本发明水下盾构隧道结构抗震装置钢管片高强度弹簧连接图；
图3是本发明水下盾构隧道结构抗震装置钢管片阻尼棒连接图；
图4是本发明水下盾构隧道结构抗震装置单块钢管片纵向连接件分布图。
其中：1-钢管片，2-普通管片，3-普通止水带，4-异型大变形止水带，5-Ω大变形止水带，6-合金套筒，7-合金套筒定位螺母，8-高强度弹簧，9-阻尼棒，10-加强板，11-A环钢管片，12-B环钢管片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图所示，一种水下盾构隧道结构抗震方法与装置包括钢管片1、普通管片2、普通止水带3、异型大变形止水带4、Ω大变形止水带5、合金套筒6、合金套筒定位螺母7、高强度弹簧8、阻尼棒9、加强板10；钢管片1为中空结构，且分A环钢管片11和B环钢管片12，其内部设有几道加强板10，A环钢管片11和B环钢管片12纵向通过高强度弹簧8和阻尼棒9连接，在接缝处高强度弹簧8和阻尼棒9穿过合金套筒6；钢管片1设置了两道闭合的异型大变形止水带4，另外在内侧设置了一道整环Ω大变形止水带5；在地震工况下，钢管片1接头处刚度低，盾构隧道纵向变形将在此集中，利用高强度弹簧8抵抗盾构隧道纵向的拉力和压力，通过阻尼棒9的延性变形来进行地震能量转换，实现纵向抗震，同时利用合金套筒6来抵抗盾构隧道横向剪力，并利用三道大变形止水带实现抗震防水，高强度弹簧8、阻尼棒9和大变形止水带均具有适应大变形的性能，可确保地震工况下结构完好。
优选的，A环钢管片11和B环钢管片12分块数量和尺寸同普通管片。
优选的，异型大变形止水带4是一种一侧尺寸大、另外三侧尺寸小的闭合止水带，另外三侧尺寸大小与普通管片止水带大小一样。
优选的，高强度弹簧8和阻尼棒9焊接于钢管片1内端面上。
优选的，高强度弹簧8个数占纵向连接件的2/3，阻尼棒9个数占纵向连接件的1/3。
优选的，钢管片形状与盾构隧道普通管片相同，管片长度是普通管片一半。
优选的，上述位置设置的水下盾构隧道结构抗震方法，该方法包括如下步骤：
(1)制作钢管片1，异型大变形止水带4、Ω大变形止水带5、合金套筒6和高强度弹簧8；钢管片1形状大小与盾构隧道普通管片相同，管片长度约普通管片一半，钢管片1上对应普通管片位置三侧设置普通止水带凹槽，端面设置异型大变形止水带4，钢管片1端面对应合金套筒6位置开孔；
(2)钢管片1上安装两道道闭合的异型大变形止水带4；
(3)钢管片1运输至隧道内，沿隧道纵向选择合理的位置设置该抗震装置，按普通管片拼装；
(4)一整环钢管片拼装完成后，再安装内侧Ω大变形止水带5。
优选的，上述钢管片运输至隧道内，其拼装方法包括如下步骤：
1)将A环钢管片11与盾构普通管片按照普通螺栓连接方法拼装连接；
2)将B环钢管片12与A环钢管片11对接，压紧端面异型大变形止水带4，安装合金套筒6，拧上合金套筒定位螺母7(螺母之间预留钢管片在地震工况下一定的张开变形量)，从合金套筒6中穿过高强度弹簧8和阻尼棒9，将高强度弹簧8和阻尼棒9焊接于A环钢管片11和B环钢管片12两钢管片端面；
3)将B环钢管片12与普通管片按照普通螺栓连接方法拼装连接。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (4)
1.一种水下盾构隧道结构抗震装置，其特征在于：包括钢管片(1)、普通管片(2)、普通止水带(3)、异型大变形止水带(4)、Ω大变形止水带(5)、合金套筒(6)、合金套筒定位螺母(7)、高强度弹簧(8)、阻尼棒(9)、加强板(10)；所述钢管片(1)为中空结构，且分A环钢管片(11)和B环钢管片(12)，其内部设有几道加强板(10)，所述A环钢管片(11)和B环钢管片(12)纵向通过高强度弹簧(8)和阻尼棒(9)连接，在接缝处高强度弹簧(8)和阻尼棒(9)穿过合金套筒(6)；所述钢管片(1)设置了两道闭合的异型大变形止水带(4)，另外在内侧设置了一道整环Ω大变形止水带(5)；所述高强度弹簧(8)、阻尼棒(9)焊接于钢管片(1)内端面上；所述高强度弹簧(8)个数占纵向连接件的2/3，阻尼棒(9)个数占纵向连接件的1/3。
2.根据权利要求1所述的水下盾构隧道结构抗震装置，其特征在于：所述A环钢管片(11)和B环钢管片(12)分块数量和尺寸同普通管片。
3.根据权利要求1所述的水下盾构隧道结构抗震装置，其特征在于：所述异型大变形止水带(4)是一种一侧尺寸大、另外三侧尺寸小的闭合止水带，所述另外三侧尺寸大小与普通管片止水带大小一样。
4.根据权利要求1所述的水下盾构隧道结构抗震装置，其特征在于：所述钢管片(1)形状与盾构隧道普通管片相同，管片长度是普通管片的一半。
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