CN111425225B - 应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统，属于隧道防护技术领域。应用于地铁隧道的地震防护装置包括主缓冲器、副缓冲器以及传力机构；主缓冲器用于连接隧道的初衬和二衬；副缓冲器具有固定端和受力端，固定端与主缓冲器的侧壁固定连接；传力机构用于连接初衬和/或二衬与副缓冲器的受力端，以将初衬与二衬之间的部分应力传递至副缓冲器，减小主缓冲器所受应力。本发明还提供了一种地铁隧道支护系统。本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统，与以往防护理念不同，将内外衬砌柔性分离，同时有效减小了主缓冲器的应力负担，降低了地震发生时隧道发生Y向拉压破坏的风险。

Description

应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统

技术领域

本发明属于隧道防护技术领域，更具体地说，是涉及一种应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统。

背景技术

随着我国综合国力的提升与人口数量的增长,国内对于缓解交通压力的需求日益迫切,地铁作为一种埋置于地下的工程建筑物正在我国的交通运输工程建设中被广泛修建。过去大多数学者普遍认为地铁隧道由于受到围岩的束缚具有较好的抗震性能，而近年来发生的多次破坏性的大地震不得不让我们重新把地铁隧道的抗震抗灾作为研究重点。

目前，地铁隧道的防震措施主要有两种：1、在围岩中设置锚杆并喷注混凝土，用来提升围岩刚度，抵抗地震变形的能力；2、通过使用轻骨料混凝土，并在混凝土中掺入高强材料来改变地铁隧道结构自身性能。这两种措施主要从隧道结构材料防震方向出发，以刚性防震为主，由于混凝土等材料为刚性材料，在地震等级较大时极易出现裂缝甚至断裂，轻则造成漏水、落石，重则造成结构垮塌、人员伤亡。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种应用于地铁隧道的地震防护装置及地铁隧道支护系统，旨在解决目前的地铁隧道防震措施抗震效果差的技术问题。

一方面，提供了一种应用于地铁隧道的地震防护装置，包括：

主缓冲器，用于连接隧道的初衬和二衬；

副缓冲器，具有固定端和受力端，固定端与所述主缓冲器的侧壁固定连接；以及

传力机构，用于连接所述初衬和/或所述二衬与所述副缓冲器的受力端，以将所述初衬与所述二衬之间的部分应力传递至所述副缓冲器，减小所述主缓冲器所受应力。

进一步地，所述传力机构包括：

四个传力杆，依次铰接围成菱形桁架，所述菱形桁架高度方向上的两个顶点上分别设置有用于与所述初衬或所述二衬连接的铰支座，宽度方向上的两个顶点中一个顶点与所述副缓冲器的受力端铰接，另一个顶点与所述初衬的侧壁相接。

进一步地，所述传力机构还包括：

第一弹性件，连接所述菱形桁架宽度方向上的两个顶点。

进一步地，所述传力机构与所述初衬的相应侧壁滑动连接。

进一步地，所述传力机构通过抗剪装置与所述初衬的相应侧壁滑动连接；

所述抗剪装置包括：

第一抗剪槽，固定设置于所述初衬的相应侧壁上；以及

第一推杆，一端与所述传力机构的相应端部转动连接，另一端滑动设置于所述第一抗剪槽内。

进一步地，所述副缓冲器包括：

第一壳体，设置在所述主缓冲器的侧壁上，内设空腔且两端开放；

第二推杆，一端与所述传力机构连接，另一端插设于所述第一壳体的空腔内、通过第二弹性件与所述主缓冲器的侧壁连接；以及

限位件，设置在所述第一壳体内，与所述第二推杆滑动连接，用于限定所述第二推杆与所述第一壳体的相对位置。

进一步地，所述限位件包括：

限位环，套设于所述第二推杆上，通过滚珠与所述第二推杆滑动且转动连接；以及

多个第三弹性件，沿周向间隔设置在所述限位环的外壁和所述第一壳体的内壁之间；各个第三弹性件用于连接所述限位环和所述第一壳体。

进一步地，所述主缓冲器包括：

第二抗剪槽，设置在所述初衬的顶壁或底壁上；

第二壳体，设置在所述二衬上，内设空腔；

第四弹性件，设置在所述第二壳体的空腔内；以及

第三推杆，一端滑动设置在所述第二抗剪槽内，另一端穿过所述第二壳体的侧壁与所述第四弹性件连接。

进一步地，所述副缓冲器和所述传力机构分别设置有两个，两个所述副缓冲器分别设置在所述主缓冲器的两侧，并分别通过相应所述传力机构与所述初衬中相对设置的两个侧壁连接。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，本实施例提供的应用于地铁隧道的地震防护装置与以往防护理念不同，该装置安装于隧道的初衬与二衬之间，将内外衬砌柔性分离，并在主缓冲器的侧壁上加设了与主缓冲器形变方向不同的副缓冲器，有效减小了主缓冲器应力负担，降低了地震发生时隧道发生Y向拉压破坏的风险。

另一方面，提供了一种地铁隧道支护系统，包括：

初衬；

二衬，设置在所述初衬所围空腔内；以及

所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，连接所述初衬和所述二衬；

其中，所述初衬和所述二衬内分别设置有沿所述初衬或所述二衬的长度方向延伸的抗震钢筋。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，当地铁隧道受到地震波Z向能量冲击时，位于初衬和二衬内的抗震钢筋将该能量转化为自身形变能进行储存，进而防止地铁隧道发生Z向拉伸，与此同时初衬和二衬中混凝土结构也能够很好的起到抗压作用，因此能够很好地对地震纵波起到防护作用。

加之，本发明实施例提供的地铁隧道支护系统，采用了上述应用于地铁隧道的地震防护装置，还可减小主缓冲器的应力负担并避免隧道Y向拉压破坏。与菱形桁架结构相配合更可以防止地震X向波对隧道的侧壁造成的剪切破坏。因此，采用本发明实施例提供的地铁隧道支护系统，可实现全方位抗震，且变形可控、绿色节能、模块化程度高，有效保证了地铁隧道良好的抗震效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的应用于地铁隧道的地震防护装置使用状态的结构示意图；

图2为本发明一实施例所采用的传力机构的结构示意图；

图3为本发明另一实施例所采用的传力机构的结构示意图；

图4为本发明实施例所采用的主缓冲器的结构示意图；

图5为本发明实施例所采用的副缓冲器的结构示意图。

图中：100、主缓冲器；110、第二抗剪槽；120、第二壳体；130、第四弹性件；140、第三推杆；200、初衬；300、二衬；400、副缓冲器；410、第一壳体；420、第二推杆；430、第二弹性件；440、限位件；441、限位环；442、第三弹性件；443、滚珠；500、传力机构；510、传力杆；520、铰支座；530、第一弹性件；600、抗剪装置；610、第一抗剪槽；620、第一推杆；700、抗震钢筋。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明实施例提供的应用于地铁隧道的地震防护装置进行说明。所述应用于地铁隧道的地震防护装置，包括主缓冲器100、副缓冲器400以及传力机构500。主缓冲器100用于连接隧道的初衬200和二衬300。副缓冲器400具有固定端和受力端，固定端与主缓冲器100的侧壁固定连接。传力机构500用于连接初衬200和/或二衬300与副缓冲器400的受力端，以将初衬200与二衬300之间的部分应力传递至副缓冲器400，减小主缓冲器100所受应力。

本实施例中主缓冲器100和副缓冲器400可分别为弹性缓冲件、缓冲垫或其他可起到缓冲作用的装置，如非牛顿流体缓冲器等，具体可根据使用需要进行选定，在此不做限定。传力机构500可以采用一端与初衬200或二衬300连接、另一端与副缓冲器400的受力端连接的传力件，也可以采用两个传力件组合而成。当采用两个传力件组合时，一个传力件的一端与初衬200连接、另一端与副缓冲器400的受力端连接，另一传力件的一端与二衬300连接、另一端与副缓冲器400的受力端连接。传力件可采用弹性件或者两端分别与相应部件转动连接的刚性件，也可采用能够实现上述功能的其他部件，在此不做限定。

地震Y波对地铁隧道作用时，初衬200所受到的应力主要经主缓冲器100向二衬300传递，期间主缓冲器100对所传递的应力进行缓冲，同时Y向部分应力通过传力机构500传递至副缓冲器400上，副缓冲器400将所接收的能量转化为形变能并储存起来，之后逐渐释放。

本发明实施例提供的应用于地铁隧道的地震防护装置，与现有技术相比，本实施例提供的应用于地铁隧道的地震防护装置与以往防护理念不同，该装置安装于隧道的初衬200与二衬300之间，将内外衬砌柔性分离，并在主缓冲器100的侧壁上加设了与主缓冲器100形变方向不同的副缓冲器400，有效减小了主缓冲器100应力负担，降低了地震发生时隧道发生Y向拉压破坏的风险。

请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，传力机构500包括依次铰接围成菱形桁架的四个传力杆510。菱形桁架高度方向上的两个顶点上分别设置有用于与初衬200或二衬300连接的铰支座520，宽度方向上的两个顶点中一个顶点与副缓冲器400的受力端铰接，另一个顶点与初衬200的侧壁相接。

菱形桁架高度方向上的两个顶点中一个顶点通过相应铰支座520与初衬200连接，另一个顶点通过相应铰支座520与二衬300连接；宽度方向上的两个顶点中一个顶点与副缓冲器400的受力端铰接，另一个顶点与初衬200的侧壁相接。即菱形桁架的高度方向用于连接初衬200和二衬300，宽度方向用于连接副缓冲器400的受力端和初衬200的侧壁。

这一设置有效确保了传力机构500受力的稳定性，实现了初衬200和二衬300之间应力的多角度传递，可较大程度避免地震作用下因内外衬砌变形非协调性而造成内部隧道的破坏，从而对地铁隧道起到较好地抗震效果。

请参阅图3，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，传力机构500还包括连接菱形桁架宽度方向上两个顶点的第一弹性件530。

本实施例中第一弹性件530可以为弹簧、橡胶件或其他具有弹性功能的连接件。

当地震X波作用于地铁隧道结构时，菱形桁架受力发生形变，将所接收的X向能量转化成自身形变能和第一弹性件530的弹性势能，有效避免了初衬200侧壁发生地震剪切破坏。第一弹性件530的设置起到了二级缓冲作用，可有效防止菱形桁架横向变形过大对初衬200或副缓冲器400造成破坏。

请参阅图1，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，传力机构500与初衬200的相应侧壁滑动连接。

这样可有效降低地震等级过大时，传力机构500对初衬200的侧壁造成刚性破坏。

请参阅图1，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，传力机构500通过抗剪装置600与初衬200的相应侧壁滑动连接。抗剪装置600包括固定设置于初衬200的相应侧壁上的第一抗剪槽610，以及第一推杆620。第一推杆620的一端与传力机构500的相应端部转动连接，另一端滑动设置于第一抗剪槽610内。

当地震等级过大时，第一推杆620可在传力机构500的推动下沿第一抗剪槽610的长度方向滑动，以避免第一推杆620对初衬200的侧壁造成刚性破坏。

本实施例所采用的抗剪装置600结构简单，既可保证菱形桁架受力时变形的顺畅进行，又提高了应用于地铁隧道的地震防护装置抗剪切破坏的极限能力。

请参阅图4，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，副缓冲器400包括第一壳体410、第二推杆420以及限位件440。第一壳体410设置在主缓冲器100的侧壁上，内设空腔且两端开放。第二推杆420的一端与传力机构500连接，另一端插设于第一壳体410的空腔内、通过第二弹性件430与主缓冲器100的侧壁连接。限位件440设置在第一壳体410内，与第二推杆420滑动连接，用于限定第二推杆420与第一壳体410的相对位置。

使用时，传力机构500受应力变形对第二推杆420施加推力或压力，第二弹性件430随之发生形变，对比推杆受力对第二弹性件430施加推力或压力，

限位件440的设置有效限定了第二推杆420与第一壳体410的相对位置，保证了第二推杆420的稳定工作。

请参阅图4，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，限位件440包括套设于第二推杆420上的限位环441，以及沿周向间隔设置在限位环441的外壁和第一壳体410的内壁之间的多个第三弹性件442。限位环441通过滚珠443与第二推杆420滑动且转动连接。各个第三弹性件442分别用于连接限位环441和第一壳体410。

本实施例中滚珠443设有多个沿周向间隔设置在限位环441内壁与第二推杆420外壁所围成的空腔内。限位环441的设置实现了第二推杆420与第一壳体410相对位置的限定。第三弹性件442的设置则使得第二推杆420和限位环441的组合件可向不同方向歪斜，同时能够起到缓冲作用，避免第二推杆420和限位环441的组合件与第一壳体410的内壁发生硬性碰撞。

请参阅图5，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，主缓冲器100包括第二抗剪槽110、第二壳体120、第四弹性件130以及第三推杆140。第二抗剪槽110设置在初衬200的顶壁或底壁上。第二壳体120设置在二衬300上，内设空腔。第四弹性件130设置在第二壳体120的空腔内。第三推杆140的一端滑动设置在第二抗剪槽110内，另一端穿过第二壳体120的侧壁与第四弹性件130连接。

当地震等级过大时，第三推杆140可沿第二抗剪槽110的长度方向滑动，以避免第三推杆140对初衬200的顶壁或底壁造成刚性破坏。

本实施例所采用的第二抗剪槽110结构简单，可有效提高应用于地铁隧道的地震防护装置抗剪切破坏的极限能力。

请参阅图1，作为本发明提供的应用于地铁隧道的地震防护装置的一种具体实施方式，副缓冲器400和传力机构500分别设置有两个，两个副缓冲器400分别设置在主缓冲器100的两侧，并分别通过相应传力机构500与初衬200中相对设置的两个侧壁连接。

使用时，可将应用于地铁隧道的地震防护装置制成模块，进行装配式生产，无需现场生产，大大节约了工期；比以往其他防护装置制作过程简单，便于量化生产。

本发明实施例还提供一种地铁隧道支护系统。请参阅图1，地铁隧道支护系统包括初衬200、设置在初衬200所围空腔内的二衬300，以及连接初衬200和二衬300的应用于地铁隧道的地震防护装置。其中，初衬200和二衬300内分别设置有沿初衬200或二衬300的长度方向延伸的抗震钢筋700。

当地铁隧道受到地震波Z向能量冲击时，位于初衬200和二衬300内的抗震钢筋700将该能量转化为自身形变能进行储存，进而防止地铁隧道发生Z向拉伸，与此同时初衬200和二衬300中混凝土结构也能够很好的起到抗压作用，因此能够很好地对地震纵波起到防护作用。

加之，本发明实施例提供的地铁隧道支护系统，采用了上述应用于地铁隧道的地震防护装置，还可减小主缓冲器100的应力负担并避免隧道Y向拉压破坏。与菱形桁架结构相配合更可以防止地震X向波对隧道的侧壁造成的剪切破坏。因此，采用本发明实施例提供的地铁隧道支护系统，可实现全方位抗震，且变形可控、绿色节能、模块化程度高，有效保证了地铁隧道良好的抗震效果。

进一步地，应用于地铁隧道的地震防护装置设有两组，分别位于二衬300的上方和下方，每组应用于地铁隧道的地震防护装置中包括多个沿隧道长度方向间隔分布的应用于地铁隧道的地震防护装置。

上述地铁隧道支护系统中初衬200和二衬300分别采用陶粒混凝土作为衬砌，质量轻、耐火性好。上述地铁隧道支护系统所使用材料均可采用绿色材料，使得系统生产和使用过程中不会对周围环境造成污染；所需部件均为常见部件，无需现场生产，可装配式生产安装，大大节约了工期；比以往装置制作过程简单，便于量化生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，包括：

主缓冲器，用于连接隧道的初衬和二衬；副缓冲器，具有固定端和受力端，固定端与所述主缓冲器的侧壁固定连接；以及传力机构，用于连接所述初衬和/或所述二衬与所述副缓冲器的受力端，以将所述初衬与所述二衬之间的部分应力传递至所述副缓冲器，减小所述主缓冲器所受应力；

其中，所述传力机构包括四个传力杆，所述四个传力杆依次铰接围成菱形桁架，所述菱形桁架高度方向上的两个顶点上分别设置有用于与所述初衬或所述二衬连接的铰支座，宽度方向上的两个顶点中一个顶点与所述副缓冲器的受力端铰接，另一个顶点与所述初衬的侧壁相接。

2.如权利要求1所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述传力机构还包括：

第一弹性件，连接所述菱形桁架宽度方向上的两个顶点。

3.如权利要求1所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述传力机构与所述初衬的相应侧壁滑动连接。

4.如权利要求3所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述传力机构通过抗剪装置与所述初衬的相应侧壁滑动连接；

所述抗剪装置包括：

第一抗剪槽，固定设置于所述初衬的相应侧壁上；以及

第一推杆，一端与所述传力机构的相应端部转动连接，另一端滑动设置于所述第一抗剪槽内。

5.如权利要求1所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述副缓冲器包括：

第一壳体，设置在所述主缓冲器的侧壁上，内设空腔且两端开放；

第二推杆，一端与所述传力机构连接，另一端插设于所述第一壳体的空腔内、通过第二弹性件与所述主缓冲器的侧壁连接；以及

限位件，设置在所述第一壳体内，与所述第二推杆滑动连接，用于限定所述第二推杆与所述第一壳体的相对位置。

6.如权利要求5所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述限位件包括：

限位环，套设于所述第二推杆上，通过滚珠与所述第二推杆滑动且转动连接；以及

多个第三弹性件，沿周向间隔设置在所述限位环的外壁和所述第一壳体的内壁之间；各个第三弹性件用于连接所述限位环和所述第一壳体。

7.如权利要求1所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述主缓冲器包括：

第二抗剪槽，设置在所述初衬的顶壁或底壁上；

第二壳体，设置在所述二衬上，内设空腔；

第四弹性件，设置在所述第二壳体的空腔内；以及

第三推杆，一端滑动设置在所述第二抗剪槽内，另一端穿过所述第二壳体的侧壁与所述第四弹性件连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，其特征在于，所述副缓冲器和所述传力机构分别设置有两个，两个所述副缓冲器分别设置在所述主缓冲器的两侧，并分别通过相应所述传力机构与所述初衬中相对设置的两个侧壁连接。

9.地铁隧道支护系统，其特征在于，包括：

初衬；

二衬，设置在所述初衬所围空腔内；以及

权利要求1-8任一项所述的应用于地铁隧道的地震防护装置，连接所述初衬和所述二衬；

其中，所述初衬和所述二衬内分别设置有沿所述初衬或所述二衬的长度方向延伸的抗震钢筋。

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