CN215830524U - 一种用于隧道抗震的变形消能环构件及衬砌结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于隧道抗震的变形消能环构件及衬砌结构，解决了现有技术中隧道衬砌结构抗震性能较差的问题，具有抵抗变形能力高，提高隧道衬砌结构抗震性能的有益效果，具体方案如下：一种用于隧道抗震的变形消能环构件，包括多段消能段，多段消能段能够拼装成环形以用于支撑隧道，相邻两消能段之间连接；消能段包括本体，本体呈弧形，本体具有设定的厚度，本体内部中空设置，且本体内壁的至少一侧面为波纹钢，沿着隧道的纵向方向在本体内固定有若干阻尼器。

Description

一种用于隧道抗震的变形消能环构件及衬砌结构

技术领域

本实用新型涉及土木工程抗震领域，尤其是一种用于隧道抗震的变形消能环构件及衬砌结构。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着我国工程建设规模的日益增长，隧道等地下工程的建设规模和数量也逐渐提升，隧道工程的安全性也渐渐受到研究学者的关注。根据相关资料显示地震等自然灾害是使隧道发生破坏的主要原因之一，其中隧道衬砌的破坏对隧道正常功能使用影响较大，衬砌结构在地震中的破坏主要以错位、开裂、顶拱塌落、底板隆起等形式发生，衬砌结构的抗震性能在近些年来受到广大科技工作者的研究和关注。

我国目前隧道抗震主要以基于形性能的抗震设计和随机地震作用下隧道结构的抗震性能性为研究方向，具体表现形式为提高隧道抗震设防分类指标数量、设防目标明确性和随机地震作用下支护结构体系的抗震可靠度，对隧道进行二次衬砌加固提高隧道的抗震能力。

发明人发现，目前的隧道抗震设防方法主要是通过二次衬砌来提高隧道衬砌结构的抗震能力，其存在隧道施工效率低，抗震效果较差的问题；总的来说，隧道抗震技术相对于民用建筑的抗震技术还不够完善，如何将消能减震技术利用在隧道衬砌中也是目前有待解决的问题之一。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种用于隧道抗震的变形消能环构件，提高隧道衬砌结构的抗震性能，能够减少钢筋混凝土管片因地震等灾害所引起的错位、开裂、顶拱塌落和底板隆起等破坏。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种用于隧道抗震的变形消能环构件，包括多段消能段，多段消能段能够拼装成环形以用于支撑隧道，相邻两消能段之间连接；

消能段包括本体，本体呈弧形，本体具有设定的厚度，本体内部中空设置，且沿着隧道的环向方向，本体内壁的至少一侧面为波纹钢，沿着隧道的纵向方向在本体内固定有若干阻尼器。

上述的变形消能环构件，通过多段消能段能够拼装形成支撑隧道的结构，消能段通过波纹钢的设置，波纹钢具有波峰波谷，能够在发生地震灾害时吸收变形和能量，而且阻尼器可伸缩，是耗减运动能量的装置，受变形消能环伸长压缩的影响下，可伸缩阻尼器消耗地震输入的能量，进一步降低隧道中钢筋混凝土管片受地震作用下的变形，提高了隧道衬砌结构的抗震性能。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，沿着隧道的环向方向，所述本体内壁相对的两侧面均设置波纹钢，使得多段消能段在支撑隧道时形成两圈相对设置的波纹管。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，所述本体内在中空处填充有柔性材料，柔性材料填充于本体内部且包绕阻尼器设置，通过柔性材料可进一步起到消能作用。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，所述本体内相邻两阻尼器之间间隔设定距离设置，通过多个阻尼器的设置，可充分提高变形消能环构件的消能作用。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，为了保证消能段的结构强度，所述本体的端面即波纹钢的端部外侧分别固连有端部板，本体在波纹钢的两侧均设置侧壁板，端部板设于波纹钢的宽度方向，且端部板连接本体两侧面波纹钢的端部，侧壁板设于波纹钢的长度方向，侧壁板与端部板固连。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，为了实现相邻两段消能段的连接，所述消能段本体的一端通过内部中空形成凹槽，另一端设置能够与凹槽配合的凸起，锁紧件实现相邻两消能段的连接。

如上所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，在另一些方案中，为了实现两消能段的连接，每一所述消能段两侧均设置延伸段，延伸段的厚度小于消能段本体的厚度，而且相邻两消能段的延伸段错位设置，锁紧件穿过延伸段实现相邻两消能段的连接。

第二方面，本实用新型还提供了一种用于隧道抗震的衬砌结构，包括沿隧道环向铺设的多环管片结构件，每间隔设定距离在相邻两管片结构件之间铺设所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件。

如上所述的一种用于隧道抗震的衬砌结构，所述管片结构件与所述一种用于隧道抗震的变形消能环构件通过锁紧件连接。

如上所述的一种用于隧道抗震的衬砌结构，为了对隧道进行衬砌支撑，所述消能段本体的设置厚度与所述管片结构件的设置厚度是相同的。

上述本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型中变形消能环构件的设置，消能段内部设置波纹钢，使得多段消能段支撑隧道时，形成环形的波纹管，这样变形消能环构件在受到外力时，能够借助波纹钢产生形变，从而吸收能量；而且消能段本体内部设置阻尼器，可同波纹钢配合共同作用，共同抵抗地震作用时隧道产生的变形。

2)本实用新型通过消能段内部中空设置，不仅可便于其两侧波纹钢的设置，也便于在其内部设置阻尼器，其内部可填充柔性材料，进一步提高了变形消能环构件的消能作用。

3)本实用新型针对隧道衬砌结构，将变形消能环构件与管片结构件配合使用，沿着隧道纵向每间隔设定距离布置一处变形消能环构件，这样隧道受地震作用产生纵向不均匀变形时，变形消能环构件中波纹钢伸缩变形，波纹钢和可伸缩阻尼器共同作用，抵抗地震作用时隧道产生的变形，保护管片，减少钢筋混凝土管片因地震等灾害所引起的错位、开裂、顶拱塌落和底板隆起等破坏；变形消能环构件用于消耗地震灾害中输入隧道工程的能量，降低隧道工程的地震反应程度，提高隧道工程的抗震能力。

4)本实用新型中变形消能环构件的设置能够有效吸收变形和能量，使隧道发生在纵向的变形集中于变形环位置，保护其他混凝土管片变形受损，由于变形环的特殊构造，发生较大变形后仍可继续使用，减少更换维修的费用。

5)本实用新型中变形消能环构件为隧道衬砌结构，可直接在隧道衬砌拼装过程中进行拼装，避免了后期对衬砌的二次施工，提高隧道工程的施工效率；变形消能环构件只在隧道纵向间隔设定距离布置，其他的隧道衬砌仍为正常强度和材料的钢筋混凝土衬砌，对隧道整体的稳定性并无明显影响；相对于传统的隧道抗震技术，变形消能环构件在安全性、经济性和技术合理性上具有更多的优越性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例公开的隧道变形前一种用于隧道抗震的衬砌结构的纵向示意图；

图2为本实用新型实施例公开的隧道变形后一种用于隧道抗震的衬砌结构的纵向示意图；

图3为本实用新型实施例公开的变形消能环构件横断面视图；

图4为本实用新型实施例公开的变形消能环构件中本体的立体示意图；

图5为本实用新型实施例公开的变形消能环构件纵向剖面示意图；

图中，1、消能段，2、管片，3、本体，4、阻尼器，5、橡胶，6、连接螺栓，7、螺母，8、波纹钢，9、侧壁板，10、端部板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分：本实用新型中的术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在隧道衬砌结构抗震能力较弱的问题，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种用于隧道抗震的变形消能环构件。

实施例一

本实用新型的一种典型的实施方式中，参考图3所示，一种用于隧道抗震的变形消能环构件，包括多段消能段1，多段消能段1能够拼装成环形作为隧道的部分衬砌结构以用于支撑隧道，相邻两消能段1之间通过锁紧件连接。

参考图4和图5所示，消能段包括本体3，本体3呈弧形，本体3具有设定的厚度，本体内部中空设置，本体内壁的至少一侧面为波纹钢8。

优选地，在一些示例中，本体内壁相对的两侧面均设置波纹钢8，使得多段消能段在拼装支撑隧道时，形成两圈波纹管，本体两侧面波纹钢8的波峰均设于本体的内侧，而且两波纹钢相对设置；在受到震动时，波纹钢发生凸型伸长和凹型压缩的变形，波纹钢的波纹相互接触，抵消一部分地震传入隧道的能量。

两侧面的波纹钢8之间间隔设定距离以便于在本体内设置阻尼器，本体非设置波纹钢的另两侧面设置侧壁板以连接两侧面的波纹钢，本体内布置至少一个阻尼器，阻尼器的两端分别同两侧面的侧壁板内侧连接。

本体内在阻尼器的周侧填充有柔性材料如橡胶5，橡胶5具有较好的耐磨性、弹性、及高伸长率；这样可提高消能段1的耐磨性、弹性和伸长率。

需要说明的是，波纹钢的长度与消能段的长度(隧道的环向)一致，波纹钢的宽度与消能段的宽度一致，这样使得消能段在拼装支撑隧道时，使得变形消能环构件形成支撑隧道的波纹管，从而在隧道受外力作用时，变形消能环构件能实现缩短或伸长。

具体地，沿着本体3的宽度方向即隧道的纵向方向，本体3内阻尼器设有多个且两端固定在侧壁板内侧处，相邻两阻尼器之间间隔设定距离设置，而且阻尼器4为可伸缩阻尼器，阻尼器可沿着隧道的纵向方向实现伸缩，受变形消能环1伸长压缩的影响下，可伸缩阻尼器4消耗地震输入的能量，降低隧道中钢筋混凝土管片受地震作用下的变形；具体地，阻尼器4为现有的油阻尼器。

阻尼器的固定端可直接固定于一侧的侧壁板，或者通过支撑杆与一侧的侧壁板连接，阻尼器的伸缩端固定于本体另一侧的侧壁板。

进一步地，在本实施例中，考虑到消能段要作为隧道衬砌结构的一部分，消能段的两端即在波纹钢的两端分别设置端部板10，沿着隧道的环向方向，本体的两侧弧形面均设置波纹钢的情况，端部板与波纹钢的端部固连，本体端面通过端部板实现两侧波纹钢的连接，端部板具有设定的韧性和强度，本体内部的波纹钢8与其端部的端部板固定连接，端部板与本体另两侧面的侧壁板连接，具体可焊接连接。

具体地，端部板和侧壁板均为钢板，端部板为端部钢板，侧壁板为侧壁钢板，这样可使得消能段本体波纹钢的周侧为多段钢板连接而成。

容易理解的是，本体侧面钢板的强度满足隧道正常使用的性能要求。

具体地，在一些示例中，消能段共设置6块，包括5个标准块和1个封顶块，通过多段标准块的设置，方便了消能段的制作。

进一步，相邻两消能段之间通过连接螺栓6和螺母7连接，具体地，每一消能段端部设置通孔，通孔可为螺纹孔，连接螺栓6穿过消能段的通孔并通过螺母连接；或者，相邻两消能段通过砂浆连接。

当然，容易理解的是，连接螺栓6穿过消能段通孔后可通过多个螺母进行锁紧。

为了实现拼装，本体3的一端通过内部中空形成了凹槽，另一端设置能够与凹槽配合的凸起，凸起能够卡入本体端部的凹槽处，本体3设置的通孔为螺纹孔，通过锁紧件如螺栓螺母实现两本体的锁紧连接。

在另一些示例中，为了实现相邻两消能段的连接，每一消能段的两端面(相邻两消能段的拼接端)均设置延伸段，延伸段的厚度小于消能段本体的厚度，而且相邻两消能段的延伸段错位设置，这样在相邻两消能段拼装时，通过两延伸段实现相邻两消能段的卡合，延伸段设置通孔，使得连接螺栓能通过通孔进行安装。

实施例二

一种用于隧道抗震的衬砌结构，包括沿隧道环向铺设的多环管片结构件，每间隔设定距离D在相邻两管片结构件之间铺设实施例一所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件。

容易理解的是，管片结构件包括多段管片2，管片具体为钢筋缓凝土管片，管片2为刚度和强度较高的钢筋混凝土管片，确保隧道满足正常使用的需求，从而使得设置的变形消能环构件对隧道的整体性、稳定性和安全性无不利的影响。

当然，管片结构件与消能环构件之间同样通过锁紧件如连接螺栓和螺母进行连接，具体地，管片结构件的其中一侧的侧壁板的边缘设置凸边，凸边与侧壁板的长度相同，具有设定的宽度，凸边与管片结构件中的管片通过连接螺栓和螺母连接。

或者，管片结构件与消能环构件的本体通过砂浆连接。

为了不影响衬砌结构的安装效果，变形消能环构件的设置厚度与管片结构件的设置厚度是相同的。

参考图2所示，以地震作用后隧道下沉为例。地震灾害作用下隧道局部发生下沉变形，变形消能环1刚度较小，波纹钢的设置在受到外界作用时能够产生较大的变形，抵消一部分地震作用下隧道的变形。

在波纹钢8和阻尼器4的作用下，此段区域隧道的纵向变形集中在变形消能环1所在位置，保护其他的钢筋混凝土管片，避免钢筋混凝土管片的破坏，确保钢筋混凝土管片能够正常使用，同时变形消能环由于其材料的特殊性，受地震影响产生变形之后仍能正常的使用，保证了隧道整体安全性和稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，包括多段消能段，多段消能段能够拼装成环形以用于支撑隧道，相邻两消能段之间连接；

消能段包括本体，本体呈弧形，本体具有设定的厚度，本体内部中空设置，且沿着隧道的环向方向，本体内壁的至少一侧面为波纹钢，沿着隧道的纵向方向在本体内固定有若干阻尼器。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，沿着隧道的环向方向，所述本体内壁相对的两侧面均设置波纹钢，使得多段消能段在支撑隧道时形成两圈相对设置的波纹管。

3.根据权利要求1所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，所述本体内在中空处填充有柔性材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，所述本体内相邻两阻尼器之间间隔设定距离设置。

5.根据权利要求2所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，所述本体的端面即波纹钢的端部外侧分别固连有端部板，本体在波纹钢的两侧均设置侧壁板，侧壁板与端部板固连。

6.根据权利要求1所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，所述消能段本体的一端通过内部中空形成凹槽，另一端设置能够与凹槽配合的凸起，锁紧件实现相邻两消能段的连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件，其特征在于，每一所述消能段两侧均设置延伸段，延伸段的厚度小于消能段本体的厚度，而且相邻两消能段的延伸段错位设置，锁紧件穿过延伸段实现相邻两消能段的连接。

8.一种用于隧道抗震的衬砌结构，其特征在于，包括沿隧道环向铺设的多环管片结构件，每间隔设定距离在相邻两管片结构件之间铺设权利要求1-7中任一项所述的一种用于隧道抗震的变形消能环构件。

9.根据权利要求8所述的一种用于隧道抗震的衬砌结构，其特征在于，所述管片结构件与所述一种用于隧道抗震的变形消能环构件通过锁紧件连接。

10.根据权利要求8所述的一种用于隧道抗震的衬砌结构，其特征在于，所述消能段本体的设置厚度与所述管片结构件的设置厚度是相同的。

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