CN108301843A - 水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构 - Google Patents

水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，涉及盾构隧道技术领域，包括管片衬砌，所述管片衬砌的内表面连接有减震阻尼层，所述减震阻尼层的表面连接有二次衬砌；所述管片衬砌的管片间纵向、横向接缝均通过抗震接头连接，所述接缝处设有上密封垫和下密封垫。本发明通过在管片接缝处设置柔性接头和减小管片厚度，使盾构隧道外层管片能够较好的适应地震动时的地层变形；通过设置二次衬砌，提高了盾构隧道结构的整体刚度；减震阻尼层的设置，即避免了外层管片衬砌与二次衬砌间的硬性接触，同时具有消耗输入隧道结构的地震动能量和作为盾构隧道结构第二道防水结构的作用。

Description

水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构
技术领域
本发明涉及盾构隧道技术领域，具体涉及一种水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构。
背景技术
为了满足我国经济发展的需求，越来越多越江海隧道的建设将被提上日程。盾构隧道因其施工效率高、安全可靠性高、对地层扰动少等优点，被广泛用于越江海隧道建设中。但是越江海盾构隧道普遍面临着如何在高水压条件下保证隧道结构的抗震安全。从隧道衬砌结构的角度来看，目前研究者形成的共识是：降低隧道衬砌刚度能够有效降低结构内力，提高隧道结构的抗震性能。但是隧道结构刚度的降低意味着隧道结构在遭受地震动作用下变形增大，管片接缝张开量也必然随之增大，而对于承受着高水压的盾构隧道而言，过大的接缝张开量将导致隧道内渗漏水严重，甚至出现突涌水，给隧道结构安全带来隐患。因此，提出一种越江海盾构隧道衬砌结构，保证其在地震荷载的作用下具有一定的结构变形能力，同时确保其结构防水性能，显得十分必要。
目前，国内外盾构隧道抗震方法和措施主要有：通过壁后注浆，提高围岩刚度，以减小盾构隧道的地震位移量；设置柔性接头，提高管片变形能力，同时设置多道防水密封垫，保证盾构隧道的防水能力。但是，壁后注浆质量难以保证，注浆压力不易控制；而设置柔性接头和多道防水密封垫，在强地震作用下，难以有效控制盾构隧道衬砌的结构变形量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够即保证了盾构隧道的刚度，又具有良好抗减震能力的水下盾构抗减震复合衬砌结构，以解决上述背景技术中存在的降低刚度以提高减震能力，但不能同时降低变形量以保证防水性能的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，包括包括由外到内依次连接的管片衬砌、减震阻尼层、二次衬砌三层复合结构；所述管片衬砌的管片间的纵向、横向接缝均通过抗震接头连接，所述接缝处设有上密封垫和下密封垫；所述上密封垫位于所述抗震接头的上方，所述下密封垫位于所述抗震接头的下方。
进一步的，所述抗震接头包括弯螺杆、弯螺杆两端的螺母，所述螺母的内侧依次设有垫片、橡胶垫圈、遇水膨胀圈。
进一步的，所述上密封垫和所述下密封垫均为防水密封垫。
进一步的，所述管片衬砌的内表面设有预留钢筋，所述减震阻尼层通过所述预留钢筋与所述管片衬砌连接。
进一步的，所述减震阻尼层由橡胶和混凝土混合而成。
进一步的，所述减震阻尼层的厚度为10cm～20cm。
进一步的，所述二次衬砌上设有减震环缝。
进一步的，所述减震环缝与所述管片的横向接缝交错设置；所述相邻两减震环缝间的距离为10m。
进一步的，所述二次衬砌由混凝土浇筑而成。
进一步的，所述二次衬砌与所述减震阻尼层之间采用压印工艺连接。
本发明有益效果：本发明通过管片内表面设置减震阻尼层和二次衬砌，同时在管片接缝间安装抗震接头，既降低了盾构隧道外层管片衬砌的刚度，使其能够更好得适应地震动作用下的地层变形，同时二次衬砌的存在又提高了隧道整体刚度，防止外层管片衬砌变形及接缝张开过大，而减震阻尼层的存在避免了管片衬砌与二次衬砌间的硬性接触，使衬砌内力分布更加均匀，同时通过减震阻尼层的往复变形能够消耗输入盾构隧道结构的部分地震动能量；由于减震阻尼层和二次衬砌均在盾构隧道管片衬砌拼装完成后在隧道内部进行筑模浇筑施工，其施工质量较易控制，确保隧道结构能够达到预期的减震效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构图。
图2为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构管片间连接状态示意图。
图3为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构的三层复合结构连接状态示意图。
其中：1-管片衬砌；2-减震阻尼层；3-二次衬砌；4-管片；5-抗震接头；6-上密封垫；7-下密封垫；501-弯螺杆；502-螺母；503-垫片；504-橡胶垫圈；505-遇水膨胀圈；8-预留钢筋。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构图，图2为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构管片间连接状态示意图，图3为本发明实施例所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构的三层复合结构连接状态示意图。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，包括由外到内依次连接的管片衬砌1、减震阻尼层2、二次衬砌3三层复合结构；所述管片衬砌1的管片4间的纵向、横向接缝均通过抗震接头5连接，所述接缝处设有上密封垫6和下密封垫7；所述上密封垫6位于所述抗震接头5的上方，所述下密封垫7位于所述抗震接头5的下方。
在本发明的一个具体实施例中，所述抗震接头5包括弯螺杆501、弯螺杆两端的螺母502，所述螺母的内侧依次设有垫片503、橡胶垫圈504、遇水膨胀圈505。
在本发明的一个具体实施例中，所述上密封垫6和所述下密封垫7均为防水密封垫。
在本发明的一个具体实施例中，所述管片衬砌1的内表面设有预留钢筋8，所述减震阻尼层2通过所述预留钢筋8与所述管片衬砌1连接。
在本发明的一个具体实施例中，所述减震阻尼层2由橡胶和混凝土混合而成。
在本发明的一个具体实施例中，所述减震阻尼层2的厚度为10cm～20cm。
在本发明的一个具体实施例中，所述二次衬砌3上设有减震环缝。
在本发明的一个具体实施例中，所述减震环缝与所述管片4的横向接缝交错设置；所述相邻两减震环缝间的距离为10m。
在本发明的一个具体实施例中，所述二次衬砌3由混凝土浇筑而成。
在本发明的一个具体实施例中，所述二次衬砌3与所述减震阻尼层2之间采用压印工艺连接。
本发明实施例在具体使用制作中，盾构隧道抗减震复合衬砌结构主要包括管片衬砌1、减震阻尼层2和二次衬砌3。所述管片衬砌1由钢筋混凝土预制而成，管片衬砌1为柔性管片结构，仅为承受施工阶段的荷载，具体管片截面厚度及配筋设计宜采用修正惯用法，管片纵环向接缝采用抗震接头5连接，接缝处设置两道防水密封垫，分别为位于抗震接头5上方的上密封垫6和位于抗震结构5下方的下密封垫7.
如图2所示，所述抗震接头由弯曲螺杆501、两端螺母502、钢制垫片503、橡胶垫圈504、遇水膨胀圈505组成，橡胶垫圈504的存在能够有效得增大管片接缝的弹性张开量，避免因管片接缝张开量过大，使螺栓出现塑性变形，同时使接头处的应力分布均匀。
所述上防水密封垫6为复合型密封垫，由遇水膨胀橡胶条通过硫化工艺镶嵌在三元乙丙橡胶条接触表面上；下防水密封垫7由遇水膨胀橡胶条制作而成，具体安装位置如图2所示。
减震阻尼层2由橡胶和混凝土通过一定比例混合而成，具有一定的压缩剪切变形能力，减震阻尼层2一般厚10cm～20cm，橡胶和混凝土混合比例通过室内动三轴试验、配合比试验来确定。
二次衬砌3由混凝土现浇而成，纵向每隔10m在二次衬砌设置减震环缝，减震环缝应与外层管片接缝错开设置。
如图3所示，二次衬砌3与减震阻尼层2间采用压印工艺，用以增强层间剪切强度；管片衬砌1内表面需预留连接钢筋8，以便增强管片衬砌1与减震层2间的剪切强度。
综上所述，本发明通过在预制钢筋混凝土管片内设置减震阻尼层和二次衬砌，在管片接缝间安装柔性接头，既降低了盾构隧道外层管片衬砌的刚度，使其能够更好得适应地震动作用下的地层变形，同时二次衬砌的存在又提高了隧道整体刚度，防止外层管片衬砌变形及接缝张开过大，而减震阻尼层的存在避免了管片衬砌与二次衬砌间的硬性接触，使衬砌内力分布更加均匀，同时通过减震阻尼层的往复变形能够消耗输入盾构隧道结构的部分地震动能量。由于减震阻尼层和二次衬砌均在盾构隧道管片衬砌拼装完成后在隧道内部进行筑模浇筑施工，其施工质量较易控制，确保隧道结构能够达到预期的减震效果。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：包括由外到内依次连接的管片衬砌(1)、减震阻尼层(2)、二次衬砌(3)三层复合结构；所述管片衬砌(1)的管片(4)间的纵向、横向接缝均通过抗震接头(5)连接，所述接缝处设有上密封垫(6)和下密封垫(7)；所述上密封垫(6)位于所述抗震接头(5)的上方，所述下密封垫(7)位于所述抗震接头(5)的下方。
2.根据权利要求1所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述抗震接头(5)包括弯螺杆(501)、弯螺杆两端的螺母(502)，所述螺母的内侧依次设有垫片(503)、橡胶垫圈(504)、遇水膨胀圈(505)。
3.根据权利要求1所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述上密封垫(6)和所述下密封垫(7)均为防水密封垫。
4.根据权利要求1所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述管片衬砌(1)的内表面设有预留钢筋(8)，所述减震阻尼层(2)通过所述预留钢筋(8)与所述管片衬砌(1)连接。
5.根据权利要求1所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述减震阻尼层(2)由橡胶和混凝土混合而成。
6.根据权利要求5所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述减震阻尼层(2)的厚度为10cm～20cm。
7.根据权利要求1所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述二次衬砌(3)上设有减震环缝。
8.根据权利要求7所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述减震环缝与所述管片(4)的横向接缝交错设置；所述相邻两减震环缝间的距离为10m。
9.根据权利要求8所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述二次衬砌(3)由混凝土浇筑而成。
10.根据权利要求9所述的水下盾构隧道抗减震复合衬砌结构，其特征在于：所述二次衬砌(3)与所述减震阻尼层(2)之间采用压印工艺连接。
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