CN111691918A - 一种隧道消能减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种隧道消能减震装置。本发明通过在隧道围岩和二次衬砌结构之间设置阻尼器，阻尼器的一端与围岩连接，阻尼器的另一端与二次衬砌结构固结，地震产生的荷载作用于阻尼器上，再分散至面积更大的二衬结构上，避免了发生在二衬结构上的应力集中现象，进而提高了隧道在地震时的抗震能力。本发明可以有效提升耗能能力，保证隧道的减震效果；避免了发生在二衬结构上的应力集中现象，有效提高了隧道在地震时的抗震能力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种隧道消能减震装置。
背景技术
地震时隧道周边围岩的变形是引起隧道震害的主要原因之一，围岩变形作用于隧道二衬结构时，造成隧道二衬结构的强制位移，进而使衬砌材料变形超出弹性阶段，造成钢筋进入塑性屈服阶段，混凝土脆性破坏，轻则出现衬砌混凝土开裂、剥落，重则出现二次衬砌垮塌这样的严重震害类型。
目前既有的隧道减震方案中，除改变结构自身的性能外，主要是在围岩或初支结构与二衬结构中间设置橡胶、泡沫混凝土等材料，将隧道围岩或初支结构与二衬结构隔离，地震时通过减震材料的变形消耗地震能量，但其产生的效果有局限性，一是由于减震材料自身的弹模较低，且厚度受到限制，因此减震材料的耗能能力有限，限制了减震效果；二是减震材料在变形至极限状态后无法分散传递至二衬结构的作用力，围岩或初支结构在地震荷载下作用至二衬结构上时，由于应力集中造成二衬结构局部破坏，造成衬砌承载力降低进而产生大面积破坏，减震材料的设置无法缓解这一现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道消能减震装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本申请实施例中提供了一种隧道消能减震装置，该装置包括围岩、初期支护结构、二次衬砌结构和缓冲机构。所述初期支护结构设置在围岩的内壁；所述二次衬砌结构设置在初期支护结构内侧，且所述二次衬砌结构与初期支护结构之间设置有减震空间；所述缓冲机构设置在围岩与二次衬砌结构之间，所述缓冲机构与围岩连接处的初期支护结构上设置有供缓冲机构穿过的通孔。
可选地，所述缓冲机构为阻尼器，所述阻尼器包括液压缸和活塞杆，所述液压缸与二次衬砌结构固定连接，所述活塞杆与围岩铰接。
可选地，所述缓冲机构水平设置。
可选地，所述缓冲机构设置在两个相邻初支钢架的中部。
可选地，所述缓冲机构包括第一缓冲机构、第二缓冲机构、第三缓冲机构和第四缓冲机构，所述第一缓冲机构和第二缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构腰部的两侧，所述第三缓冲机构和第四缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构肩部的两侧。
可选地，所述减震空间的宽度为10-25cm，所述缓冲机构的行程为10-25cm。
可选地，所述缓冲机构与围岩的相连的一侧设置有第一连接板，所述第一连接板设置在围岩表面，且第一连接板的弧度与围岩的弧度相同，所述第一连接板通过第一锚杆固定设置在所述围岩上；所述第一连接板上设置有与缓冲机构相连的耳板，所述缓冲机构上与第一连接板相连的一端设置有螺栓孔，所述缓冲机构与耳板铰接；所述第一连接板上还设置有第一锚杆孔,所述第一锚杆穿过第一锚杆孔将第一连接板固定在围岩上。
可选地，所述缓冲机构与二次衬砌结构相连的一侧设置有第二连接板，所述第二连接板设置在二次衬砌结构的内壁上，且第二连接板的弧度与二次衬砌结构内壁的弧度相同，所述第二连接板通过第二锚杆固定在所述二次衬砌结构上。
可选地，所述缓冲机构与二次衬砌结构相连的一侧设置有第二连接板，所述第二连接板埋设在二次衬砌结构内，且第二连接板的弧度与二次衬砌结构内壁的弧度相同。
本发明的有益效果为：
本发明通过在隧道围岩和二次衬砌结构之间设置阻尼器，阻尼器的一端与围岩连接，阻尼器的另一端与二次衬砌结构固结，地震产生的荷载作用于阻尼器上，再通过连接于阻尼器上的钢板分散至面积更大的二衬结构上，避免了发生在二衬结构上的应力集中现象，进而提高了隧道在地震时的抗震能力。本发明可以有效提升耗能能力，保证隧道的减震效果；避免了发生在二衬结构上的应力集中现象，有效提高了隧道在地震时的抗震能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例中所述的一种隧道消能减震装置结构示意图；
图2为图1中A处放大示意图；
图3为本发明实施例中所述的第一连接板结构示意图；
图4为本发明实施例中所述的第一连接板俯视示意图；
图5为本发明实施例中所述的阻尼器结构示意图。
图6为本发明实施例中所述的另一种隧道消能减震装置结构示意图；
图7为图6中B处放大示意图。
图中标记：1、围岩；2、初期支护结构；3、减震空间；4、二次衬砌结构；5、第一锚杆；6、缓冲机构；7、第一连接板；8、耳板；9、第二连接板；10、第二锚杆；11、第一锚杆孔；61、液压缸；62、活塞杆；63、螺栓孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供了一种隧道消能减震装置，该装置包括围岩1、初期支护结构2、二次衬砌结构4和缓冲机构6。所述初期支护结构2设置在围岩1的内壁；所述二次衬砌结构4设置在初期支护结构2内侧，且所述二次衬砌结构4与初期支护结构2之间设置有减震空间3；所述缓冲机构6设置在围岩1与二次衬砌结构4之间，所述缓冲机构6与围岩1连接处的初期支护结构2上设置有供缓冲机构6穿过的通孔。喷射初期支护结构2混凝土时，在缓冲机构6与围岩1连接处不做混凝土喷射，即保证耳板8裸露，方便耳板8与缓冲机构6的连接操作。
可选地，如图5所示，所述缓冲机构6为可以是阻尼器，所述阻尼器包括液压缸61和活塞杆62，所述液压缸61与二次衬砌结构4固定连接，所述活塞杆62与围岩1铰接。
可选地，如图1和图6所示，所述缓冲机构6水平设置。当缓冲机构6为阻尼器时，阻尼器活塞杆62的运动方向为水平，从而可以抵抗水平地震荷载，消耗水平地震能量。
可选地，所述缓冲机构6设置在两个相邻初支钢架的中部。当地震发生时，想个相邻初支钢架的中部产生的形变最大，因此缓冲机构6设置在此处能够起到最大的作用，并且能够极大的节约布设成本。
可选地，所述缓冲机构包括第一缓冲机构、第二缓冲机构、第三缓冲机构和第四缓冲机构，所述第一缓冲机构和第二缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构4腰部的两侧，所述第三缓冲机构和第四缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构4肩部的两侧。由于隧道拱肩和拱腰处通常为隧道衬砌弯矩最大的位置，将缓冲机构6设置在该处位置能够更多地消耗和分散地震能量，形成对隧道衬砌更好地保护。所述二次衬砌结构4的肩部位于拱顶向两侧倾斜30°-45°范围之间，所述二次衬砌结构4腰部位于两侧拱脚向上10°-30°范围之间。
可选地，所述减震空间3的宽度为10-25cm，所述缓冲机构6的行程为10-25cm。缓冲机构6的行程和减震空间3的宽度相同。缓冲机构6的行程可以根据需要设置成10-25cm之间的任意长度。
可选地，如图3和图4所示，所述缓冲机构6与围岩1的相连的一侧设置有第一连接板7，所述第一连接板7设置在围岩1表面，且第一连接板7的弧度与围岩1的弧度相同，所述第一连接板7通过第一锚杆5固定设置在所述围岩1上；所述第一连接板7上设置有与缓冲机构6相连的耳板8，所述缓冲机构6上与第一连接板7相连的一端设置有螺栓孔63，所述缓冲机构6与耳板8铰接；所述第一连接板7上还设置有第一锚杆孔11,所述第一锚杆5穿过第一锚杆孔11将第一连接板7固定在围岩1上。所述第一连接板7可以是钢板，所述第一连接板7的大小可以按照需要进行调整，所述第一连接板7可以是沿围岩1的内壁环绕设置，即第一连接板7的纵截面与围岩1内壁的纵截面形状相同。
可选地，如图2所示，所述缓冲机构6与二次衬砌结构4相连的一侧设置有第二连接板9，所述第二连接板9设置在二次衬砌结构4的内壁上，且第二连接板9的弧度与二次衬砌结构4内壁的弧度相同，所述第二连接板9通过第二锚杆10固定在所述二次衬砌结构4上。所述缓冲机构6与二次衬砌结构4可以是焊接连接。所述第二连接板9可以是钢板。所述第二连接板9的大小可以按照需要进行调整，所述第二连接板9可以是沿二次衬砌结构4的内壁环绕设置，即第二连接板9的纵截面与二次衬砌结构4内壁的纵截面形状相同。所述第二锚杆10可以是化学锚杆，在承受荷载产生变形或脱落后易于加固或更换。地震产生的荷载作用于阻尼器上，再通过钢板分散至面积更大的二次衬砌结构4上，避免了发生在二次衬砌结构4上的应力集中现象，进而提高了隧道在地震时的抗震能力。
作为另一种实施例，如图7所示，所述缓冲机构6与二次衬砌结构4相连的一侧设置有第二连接板9，所述第二连接板9埋设在二次衬砌结构4内，且第二连接板9的弧度与二次衬砌结构4内壁的弧度相同。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种隧道消能减震装置，其特征在于，包括：
围岩(1)；
初期支护结构(2)，所述初期支护结构(2)设置在围岩(1)的内壁；
二次衬砌结构(4)，所述二次衬砌结构(4)设置在初期支护结构(2)内侧，且所述二次衬砌结构(4)与初期支护结构(2)之间设置有减震空间(3)；
缓冲机构(6)，所述缓冲机构(6)设置在围岩(1)与二次衬砌结构(4)之间，所述缓冲机构(6)与围岩(1)连接处的初期支护结构(2)上设置有供缓冲机构(6)穿过的通孔。
2.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)为阻尼器，所述阻尼器包括液压缸(61)和活塞杆(62)，所述液压缸(61)与二次衬砌结构(4)固定连接，所述活塞杆(62)与围岩(1)铰接。
3.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)水平设置。
4.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)设置在两个相邻初支钢架的中部。
5.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构包括第一缓冲机构、第二缓冲机构、第三缓冲机构和第四缓冲机构，所述第一缓冲机构和第二缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构(4)腰部的两侧，所述第三缓冲机构和第四缓冲机构分别对称设置在所述二次衬砌结构(4)肩部的两侧。
6.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述减震空间(3)的宽度为10-25cm，所述缓冲机构(6)的行程为10-25cm。
7.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)与围岩(1)的相连的一侧设置有第一连接板(7)，所述第一连接板(7)设置在围岩(1)表面，且第一连接板(7)的弧度与围岩(1)的弧度相同，所述第一连接板(7)通过第一锚杆(5)固定设置在所述围岩(1)上；所述第一连接板(7)上设置有与缓冲机构(6)相连的耳板(8)，所述缓冲机构(6)上与第一连接板(7)相连的一端设置有螺栓孔(63)，所述缓冲机构(6)与耳板(8)铰接。
8.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)与二次衬砌结构(4)相连的一侧设置有第二连接板(9)，所述第二连接板(9)设置在二次衬砌结构(4)的内壁上，且第二连接板(9)的弧度与二次衬砌结构(4)内壁的弧度相同，所述第二连接板(9)通过第二锚杆(10)固定在所述二次衬砌结构(4)上。
9.根据权利要求1所述的隧道消能减震装置，其特征在于：所述缓冲机构(6)与二次衬砌结构(4)相连的一侧设置有第二连接板(9)，所述第二连接板(9)埋设在二次衬砌结构(4)内，且第二连接板(9)的弧度与二次衬砌结构(4)内壁的弧度相同。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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