CN116265717A - 一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道设计施工技术领域,具体涉及了一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构及施工方法,旨在解决现有二次衬砌抗震接头构造复杂且抗震效果不佳的问题。该穿断层隧道的防水减震柔性接头结构包括环向布设于隧道的二次衬砌中的一环状拱架和包裹于环状拱架外的减震橡胶套;环状拱架朝向二次衬砌的两侧均设置有环状凹槽,二次衬砌浇筑嵌入凹槽内。本发明能有效提高二次衬砌抗冲击性能,减轻高烈度地震动作用下隧道结构及接头部位的破坏,并且设计巧妙,无需再制作特殊模具,施工工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于隧道设计施工技术领域,具体涉及了一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构及施工方法。
背景技术
隧道是一种埋置于地层内的地下建筑物,按用途可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、电力隧道、油气管道隧道等。研究表明,虽然隧道埋置于地下一定深度处,但当地震发生时,仍然会对隧道产生严重的影响,甚至造成隧道裂缝、大变形及严重破坏等。而且,地震对既有隧道造成破坏后,会导致隧道洞身修复极其困难,甚至威胁到隧道内运行管道安全、隧道永久关闭,这将严重影响隧道使用功能,并给国民经济造成严重的损失。近年来,随着修建隧道的数量越来越多、地区范围越来越广,需要在地震区修建很多穿越断层的隧道。因此,在活动断层区修建隧道时,设置隧道衬砌抗减震构造非常有必要。
大量计算和震害案例表明,地质条件发生变化的断层界面位置附近是隧道抗减震的不利地段。现有的装配式预制柔性接头及其他形式的接头型式构造复杂,在实际施工中难于实施,抗震效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,以缓解现有二次衬砌抗震接头构造复杂且抗震效果不佳的问题。
为了缓解上述技术问题,本发明提供的技术方案在于:
一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构包括环向布设于隧道的二次衬砌中的一环状拱架和包裹于环状拱架外的减震橡胶套;环状拱架朝向二次衬砌的两侧均设置有环状凹槽,二次衬砌浇筑嵌入凹槽内。
更进一步地,环状拱架的纵剖面呈工字形,且环状拱架由刚性材料制成。
更进一步地,环状拱架包括弧形的左侧预制件、右侧预制件和仰拱预制件,左侧预制件、右侧预制件和仰拱预制件依次首尾连接形成环状拱架。
更进一步地,减震橡胶套设置为三段且各段两端开口,减震橡胶套的三段分别对应套装在左侧预制件、右侧预制件和仰拱预制件外部;减震橡胶套各段的接头通过氯丁胶粘接。
更进一步地,减震橡胶套上设置有止水条,止水条设置于凹槽中且嵌入二次衬砌内。
更进一步地,止水条包括一横件和垂直连接于横件的竖件,竖件的一端连接于减震橡胶套,竖件的另一端连接于横件的中部。
更进一步地,止水条设置为遇水膨胀橡胶条。
更进一步地,二次衬砌的外部设置有防水板,环状拱架与防水板之间环向布设有防水板保护层。
更进一步地,防水板保护层设置为加筋橡胶板。
一种采用上述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的施工方法,包括如下步骤:
预制环状拱架和减震橡胶套,并将环状拱架套上减震橡胶套;
在防水板表面安装防水板保护层,将环状拱架安置于接头位置,模板台车平面对准,即可开始模筑二次衬砌。
本发明中的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构有益效果分析如下:
该穿断层隧道的防水减震柔性接头结构包括环向布设于隧道的二次衬砌中的一环状拱架和包裹于环状拱架外的减震橡胶套;环状拱架朝向二次衬砌的两侧均设置有环状凹槽,二次衬砌浇筑嵌入凹槽内。
环状拱架将二次衬砌沿纵向断开,二次衬砌浇筑嵌入凹槽内,整体性较好,具有稳定的静力承载能力,而且,减震橡胶套连接环状拱架与二次衬砌之间,能够有效提高二次衬砌抗冲击性能,减轻高烈度地震动作用下隧道结构及接头部位的破坏。此外,本发明适用于模筑式二次衬砌,无需再制作特殊模具,施工工艺简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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本发明实施方式提供的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的纵剖面图;
图2是图1中A处的局部放大图;
图3是环状拱架的纵剖图;
图4本发明实施方式提供的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的结构示意图;
图5本发明实施方式提供的环状拱架的三维示意图;
图6本发明实施方式提供的减震橡胶套的三维示意图;
图7本发明实施方式提供的防水板保护层的三维示意图。
图标:
100-二次衬砌;200-环状拱架;210-左侧预制件;220-右侧预制件;230-仰拱预制件;300-减震橡胶套;310-止水条;311-横件;312-竖件;400-防水板;500-防水板保护层;600-初期支护;01-凹槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量,如无单独标注,应理解为国际单位制基本单位的基本量,或者,由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
近年来,随着修建隧道的数量越来越多、地区范围越来越广,需要在地震区修建很多穿越断层的隧道。因此,在活动断层区修建隧道时,设置隧道衬砌抗减震构造非常有必要。
大量计算和震害案例表明,地质条件发生变化的断层界面位置附近是隧道抗减震的不利地段。现有的装配式预制柔性接头及其他形式的接头型式构造复杂,在实际施工中难于实施,抗震效果不佳。
有鉴于此,本发明提供了一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,请参考图1,该结构包括环向布设于隧道的二次衬砌100中的一环状拱架200和包裹于环状拱架200外的减震橡胶套300;环状拱架200朝向二次衬砌100的两侧均设置有环状凹槽01,二次衬砌100浇筑嵌入凹槽01内。
环状拱架200将二次衬砌100沿纵向断开,二次衬砌100浇筑嵌入凹槽01内,整体性较好,具有稳定的静力承载能力,而且,减震橡胶套300连接环状拱架200与二次衬砌100之间,能够有效提高二次衬砌100抗冲击性能,减轻高烈度地震动作用下隧道结构及接头部位的破坏。此外,本发明适用于模筑式二次衬砌100,无需再制作特殊模具,施工工艺简单。
本实施例的可选方案中,请参考图2和图3,环状拱架200的纵剖面呈工字形,工字形的高度等于二次衬砌100的厚度,从而对二次衬砌100起到纵向支撑的作用。
本实施例的可选方案中,环状拱架200由刚性材料制成。较为优选的,环状拱架200用钢材制作,既能保证一定的刚度,抗弯能力强,同时,制作成本低,适用范围广。
在具体施工中,环状拱架200浇筑在二衬衬砌中,在隧道静力承载条件下,环状拱架200的翼缘板伸入到二次衬砌100内外侧,对二次衬砌100结构起夹制作用,能够有效保证衬砌结构的静力承载能力。
本实施例的可选方案中,请参考图4和图5,环状拱架200包括弧形的左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230,左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230依次首尾连接形成环状拱架200。左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230在工厂预制好,运输方便,在施工现场通过各段之间通过焊接连接,具有加工、运输和安装简便、成本低的优势。
环状拱架200的预制件不限于设置为三段,可根据生产、运输和加工的需要进行设计,且环状拱架200预制件的形状依据隧道开挖形状与尺寸加工设计,主要满足能够贴合隧道,从而起到更好地支撑作用。
本实施例的可选方案中,环状拱架200外包裹有减震橡胶套300,减震橡胶套300使用耐化学腐蚀性、强粘附性的橡胶,减震橡胶套300设置为三段且各段两端开口,减震橡胶套300的三段分别对应套装在左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230外部。地震作用下,柔性外裹减震橡胶套300能够有效提高接头部位的抗冲击能力和隧道结构整体的抗震性能。
本实施例的可选方案中,减震橡胶套300各段的接头通过氯丁胶粘接。氯丁胶的耐久性好、耐冲击、粘结强度高。
现有的柔性接头结构还存在接缝难于防水、防水性差的问题。
有鉴于此,请一并参考图2至图6,本实施例中的减震橡胶套300上设置有止水条310,止水条310设置于凹槽01中且嵌入二次衬砌100内。止水条310包括一横件311和垂直连接于横件311的竖件312,竖件312的一端连接于减震橡胶套300,竖件312的另一端连接于横件311的中部。横件311和竖件312形成T形止水条310,其可以更好地嵌入二次衬砌100内,在地震时能够有效避免错位。
较为优选的,止水条310设置为遇水膨胀橡胶条,遇水后能够吸收大量水分,体积发生膨胀,可有效阻止二次衬砌100接头部位渗水漏水问题,
本实施例的可选方案中,每个环状拱架200设置四个止水条310,既能有效提升接头结构的防水性能,又能节约成本。
本实施例的可选方案中,二次衬砌100的外部设置有防水板400,环状拱架200与防水板400之间环向布设有防水板保护层500。防水板保护层500的作用是防止接头结构损伤隧道结构的防水板400。
本实施例的可选方案中,防水板保护层500设置为加筋橡胶板。加筋橡胶板的硬度较高、耐磨、耐冲击,保护防水板400从而延长其使用寿命。
关于防水板保护层500的形状和结构,请参考图7,具体说明如下:
防水板保护层500设置为一环状,具有的形状依据隧道的形状和尺寸设计,在施工时,将防水板保护层500粘贴在防水板400上。
本实施例的可选方案中,防水板400的外部设置有初期支护600,初期支护600主要采用锚杆和喷射混凝土来支护围岩,有时根据作业需要辅以钢筋网、钢拱架等来提高支护的强度和刚度,其主要作用是保证隧道在施工期间的稳定和安全。
综上,本实施例中的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构可实现如下的有益效果:
1、本发明将二次衬砌100沿纵向断开,二次衬砌100浇筑嵌入工字形防水减震柔性接头结构内,接头结构整体性较好,具有稳定的静力承载能力;
2、本发明中的减震橡胶套300上的T形止水条310嵌入二次衬砌100,采用遇水膨胀性橡胶材料,可有效阻止二次衬砌100接头部位渗水漏水问题;
3、本发明中的防水板保护层500设置于减震橡胶套300的环状拱架200与防水板400之间,可以有效避免衬砌结构产生变位时对防水板400的破坏;
4、本发明中的防水减震柔性接头结构简单,设计巧妙,适用范围广。
实施例二
一种采用实施例一中述及的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的施工方法,包括如下步骤:
S1:根据隧道形状、尺寸以及设计施工要求在工厂内预制左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230及相对应的三段减震橡胶套300;
S2:将减震橡胶套300的三段分别套装在左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230外部;
S3:运输至施工现场,借助钢拱架安装台车将套装好减震橡胶套300的左侧预制件210、右侧预制件220和仰拱预制件230放置于指定位置,进行人工焊接形成闭合环,形成工字形环状拱架200;
S4:对焊接接头除油、除锈、打磨干净,避免灰尘及酸、碱或水分凝结,然后在焊接接头部位刷涂氯化橡胶防腐漆;
S5:将三段外裹防水减震橡胶套300的接头处,用氯丁胶粘接;
S6:在接头位置防水板400表面安装防水板保护层500,将上述穿断层隧道的防水减震柔性接头结构安置于接头位置,模板台车平面对准,即可开始模筑二次衬砌100。
综上,本实施例中的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的施工方法可实现如下有益效果:
1、本发明适用于模筑式二次衬砌100,无需再制作特殊模具,施工工艺简单;
2、本发明采用在工厂中提前制作好预制件,加工、运输和组装方便,成本低。
最后应说明的是:以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于:包括环向布设于隧道的二次衬砌(100)中的一环状拱架(200)和包裹于所述环状拱架(200)外的减震橡胶套(300);
所述环状拱架(200)朝向所述二次衬砌(100)的两侧均设置有环状凹槽(01),所述二次衬砌(100)浇筑嵌入所述凹槽(01)内。
2.根据权利要求1所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述环状拱架(200)的纵剖面呈工字形,且所述环状拱架(200)由刚性材料制成。
3.根据权利要求2所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述环状拱架(200)包括弧形的左侧预制件(210)、右侧预制件(220)和仰拱预制件(230),所述左侧预制件(210)、所述右侧预制件(220)和所述仰拱预制件(230)依次首尾连接形成所述环状拱架(200)。
4.根据权利要求3所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述减震橡胶套(300)设置为三段且各段两端开口,所述减震橡胶套(300)的三段分别对应套装在所述左侧预制件(210)、所述右侧预制件(220)和所述仰拱预制件(230)外部;
所述减震橡胶套(300)各段的接头通过氯丁胶粘接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述减震橡胶套(300)上设置有止水条(310),所述止水条(310)设置于所述凹槽(01)中且嵌入所述二次衬砌(100)内。
6.根据权利要求5所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述止水条(310)包括一横件(311)和垂直连接于所述横件(311)的竖件(312),所述竖件(312)的一端连接于所述减震橡胶套(300),所述竖件(312)的另一端连接于所述横件(311)的中部。
7.根据权利要求6所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述止水条(310)设置为遇水膨胀橡胶条。
8.根据权利要求7所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述二次衬砌(100)的外部设置有防水板(400),所述环状拱架(200)与所述防水板(400)之间环向布设有防水板保护层(500)。
9.根据权利要求8所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构,其特征在于,
所述防水板保护层(500)设置为加筋橡胶板。
10.一种采用如权利要求9所述的穿断层隧道的防水减震柔性接头结构的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
预制所述环状拱架(200)和所述减震橡胶套(300),并将所述环状拱架(200)套上所述减震橡胶套(300);
在所述防水板(400)表面安装所述防水板保护层(500),将所述环状拱架(200)安置于接头位置,模板台车平面对准,即可开始模筑二次衬砌(100)。
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