隧道高强让压抗震衬砌及其方法与流程

1.本发明涉及一种隧道高强让压抗震衬砌及其方法。


背景技术：

2.山岭隧道相对于地表结构物如桥梁或高楼建筑而言，地震时隧道结构与围岩之间的相对运动不明显，导致以往工程界对其受震行为与耐震设计并未加以重视。隧道在穿越断层段或遭遇地震时往往在施工和运营期间由于结构措施不足导致衬砌结构破坏，给隧道结构的安全性和经济效益带来重大威胁。而隧道面临的这两种情况具有共同点就是都会在一定的触发条件下产生一定的位移，如果衬砌结构
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硬抗
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的话不仅建设成本高且安全得不到保障。因此采取让压抗震支护是可选的途径，让结构能够有效的适应断层错动位移及和地震冲击又不至于丧失使用空间侵入界限和承载功能是让压支护的基本目的。让压抗震体系目前尚缺乏支撑其理念有效执行的实际支护措施。


技术实现要素：

3.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的山岭隧道在穿越断层段或遭遇地震时往往在施工和运营期间由于结构措施不足导致衬砌结构破坏。
4.本发明的具体实施方案是：一种隧道高强让压抗震衬砌，包括衬砌主体结构及用来连接相邻衬砌主体结构的让压装置；所述让压装置包括钢套筒、活塞体、外套管和内套管；所述钢套筒一侧封闭另一侧开口，钢套筒封闭一侧内部套设有外套管，钢套筒开口一侧内部套设有内套筒，所述活塞体位于内套筒背离钢套筒的一端，所述钢套筒封闭一端及活塞体背离钢套筒的一端分别与相邻的衬砌主体结构接触；所述外套管与内套管的相向端具有能够吸收冲击力的形变结构。
5.应用在隧道轴向让压抗震时，相邻的衬砌主体结构之间通过所述的让压装置沿隧道轴向进行拼接形成让压衬砌结构单元；应用在隧道环向让压抗震时，相邻的衬砌主体结构之间通过所述的让压装置沿隧道环向进行拼接形成让压衬砌结构单元；进一步的，所述的外套管为一段高强空心钢管；所述的外套管包括的变径段和等径段，所述变径段的外径不变，内径由钢套筒封闭一侧向开口一侧逐渐收缩；外套管等径段的外径和内径都保持不变；其等径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其等径段与钢套筒底部接触；所述的内套管为一段空心钢管，内套管与活塞体固连；内套管外径大于外套管的内径；隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，所述的内套管开启塑性变形，并吸收能量。
6.进一步的，所述外套管为一段空心钢管，其包括由钢套筒开口至封闭方向依次设置的粗径段、变径段和细径段；其变径段的最大外径与粗径段的外径相匹配，其变径段的最
小外径与细径段的外径相匹配；其粗径段的外径和内径都保持不变，其细径段的外径和内径都保持不变；其粗径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其细径段与钢套筒底部接触；所述的内套管为实心圆钢，内套管与活塞体在活塞体中心处固连；内套管直径大于所述的外套管的细径段的内径；隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，所述的外套管开启塑性变形，并吸收能量。
7.进一步的，所述内套管靠近外套管一侧设置有缩口段，与外套管变径段接触后有利于内套管启动塑性变形，防止卡死。
8.进一步的，所述内套管长度与外套管相匹配，所述的内套管长度与活塞体厚度相匹配，有利于充分塑性变形，有足够的让压长度。
9.进一步的，所述的活塞体为圆形钢板，其直径与钢套筒的内径相匹配；所述的活塞体与衬砌主体结构接触。
10.本发明还包括一种隧道高强让压抗震方法，在连接相邻衬砌主体结构的让压装置，让压装置包括钢套筒、活塞体、外套管和内套管；所述钢套筒一侧封闭另一侧开口，钢套筒封闭一侧内部套设有外套管，钢套筒开口一侧内部套设有内套筒，所述活塞体位于内套筒背离钢套筒的一端，所述钢套筒封闭一端及活塞体背离钢套筒的一端分别与相邻的衬砌主体结构接触；所述外套管与内套管的相向端具有能够吸收冲击力的形变结构。
11.进一步的，所述的外套管为一段高强空心钢管；所述的外套管包括的变径段和等径段，所述变径段的外径不变，内径由钢套筒封闭一侧向开口一侧逐渐收缩；外套管等径段的外径和内径都保持不变；其等径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其等径段与钢套筒底部接触；所述的内套管为一段空心钢管，内套管与活塞体固连；内套管外径大于外套管的内径。
12.进一步的，所述外套管为一段空心钢管，其包括由钢套筒开口至封闭方向依次设置的粗径段、变径段和细径段；其变径段的最大外径与粗径段的外径相匹配，其变径段的最小外径与细径段的外径相匹配；其粗径段的外径和内径都保持不变，其细径段的外径和内径都保持不变；其粗径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其细径段与钢套筒底部接触，所述的内套管为实心圆钢，内套管与活塞体在活塞体中心处固连；内套管直径大于所述的外套管的细径段的内径。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供的隧道高强让压抗震衬砌可以应用在隧道轴向，也可应用在隧道环向，发明外套管与内套管的相向端具有能够吸收冲击力的形变结构，通过让压装置的形变结构吸收冲击从而提高抗震能力，使相邻衬砌主体结构及围岩协调变形。
附图说明
14.图1为本发明实施例所述的适用于用于隧道轴向高强让压抗震隧道高强让压抗震衬砌的示意图；图2为本发明实施例所述的适用于用于隧道环向高强让压抗震隧道高强让压抗震衬砌的示意图；图3为本发明中的第一种技术方案中让压装置的结构示意图；
图4为本发明中的第二种技术方案中让压装置的结构示意图。
15.图中，1
‑
衬砌主体结构、2
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让压装置、3
‑
钢套筒、4
‑
内套管、401
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缩口段、5
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活塞体、6
‑
外套管、601
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变径段、602
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等径段、603
‑
粗径段、604
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细径段。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
17.如图1～4所示，以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
18.实施例1：参见图1和图3，本实施例采用装配式衬砌，适用于隧道轴向让压抗震，相邻的隧道衬砌结构1主体之间连接有若干个让压装置2，让压装置2包括钢套筒3、活塞体5、外套管6和内套管4。
19.本实施例中内套管是一段空心钢管，外套管6是一段高强空心钢管，所述的活塞体为圆形钢板，其直径与钢套筒的内径相匹配；所述的钢套筒底部与衬砌主体结构接触，所述的活塞体与衬砌主体结构接触并固定连接。
20.本实施例中让压装置多组让压装置按照一定角度间隔在隧道衬砌横截面内呈环向分布。每个衬砌主体结构通过让压装置与相邻衬砌主体结构进行拼接形成隧道高强让压抗震衬砌。
21.本实施例中，让压结构包括所述的外套管为一段高强空心钢管；所述的外套管包括的变径段601和等径段602，所述变径段的外径不变，内径由钢套筒封闭一侧向开口一侧逐渐收缩；外套管等径段的外径和内径都保持不变；其等径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其等径段与钢套筒底部接触；所述的内套管为一段空心钢管，内套管与活塞体固连；内套管外径大于外套管的内径；所述内套管靠近外套管一侧设置有缩口段401，与外套管变径段接触后有利于内套管启动塑性变形，防止卡死。
22.隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，内套管的缩口端向内收束，内套管开启塑性变形，并吸收能量。
23.实施例2：参见图1和图4，本实施例采用装配式衬砌，适用于隧道轴向让压抗震，相邻的隧道衬砌结构主体之间连接有若干个让压装置。
24.本实施例中，让压装置2包括钢套筒3、活塞体5、外套管6和内套管4。
25.所述外套管6为一段空心钢管，其包括由钢套筒开口至封闭方向依次设置的粗径段603、变径段601和细径段604；其变径段的最大外径与粗径段的外径相匹配，其变径段的最小外径与细径段的外径相匹配；其粗径段的外径和内径都保持不变，其细径段的外径和内径都保持不变；其粗径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其细径段与钢套筒底部接。
26.所述的内套管4为实心圆钢，内套管与活塞体在活塞体中心处固连；内套管直径大于所述的外套管的细径段的内径；所述内套管长度与外套管相匹配，所述的内套管长度与活塞体厚度相匹配，有利
于充分塑性变形，有足够的让压长度。
27.隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，所述的外套管开启塑性变形，并吸收能量。
28.本实施例的让压装置与实施例1中让压装置安装位置基本一致，在此不再赘述。
29.实施例3：参见图2和图3，本实施例采用装配式衬砌，适用于隧道环向让压抗震。让压装置2包括钢套筒、活塞体5、外套管6和内套管4。
30.本实施例中内套管是一段空心钢管，外套管6是一段高强空心钢管，所述的活塞体为圆形钢板，其直径与钢套筒的内径相匹配；所述的钢套筒底部与衬砌主体结构接触，所述的活塞体与衬砌主体结构接触并固定连接。
31.本实施例中让压装置多组让压装置按照一定角度间隔在隧道衬砌横截面内呈环向分布。每个衬砌主体结构通过让压装置与相邻衬砌主体结构进行拼接形成隧道高强让压抗震衬砌。
32.本实施例中，让压结构包括所述的外套管为一段高强空心钢管；所述的外套管包括的变径段601和等径段602，所述变径段的外径不变，内径由钢套筒封闭一侧向开口一侧逐渐收缩；外套管等径段的外径和内径都保持不变；其等径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其等径段与钢套筒底部接触；所述的内套管为一段空心钢管，内套管与活塞体固连；内套管外径大于外套管的内径；所述内套管靠近外套管一侧设置有缩口段，与外套管变径段接触后有利于内套管启动塑性变形，防止卡死。
33.本实施例中，所述内套管长度与外套管相匹配，所述的内套管长度与活塞体厚度相匹配，有利于充分塑性变形，有足够的让压长度。
34.所述的钢套筒底部与衬砌主体结构接触，所述的活塞体与衬砌主体结构接触。让压装置与衬砌主体结构直接连接，让压装置与衬砌单元在隧道衬砌横截面内呈环向分布。相邻的隧道衬砌单元通过让压装置连接成为一个环向的完整截面的隧道衬砌单元，不同完整截面的隧道衬砌单元连接成为隧道高强让压抗震衬砌。隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，所述的内套管开启塑性变形，并吸收能量。
35.实施例4：参见图2和图4，本实施例采用装配式衬砌，适用于隧道环向让压抗震。所述外套管6为一段空心钢管，其包括由钢套筒开口至封闭方向依次设置的粗径段603、变径段601和细径段604；其变径段的最大外径与粗径段的外径相匹配，其变径段的最小外径与细径段的外径相匹配；其粗径段的外径和内径都保持不变，其细径段的外径和内径都保持不变；其粗径段的外径与钢套筒的内径相匹配；其细径段与钢套筒底部接。
36.所述的内套管4为实心圆钢，内套管与活塞体在活塞体中心处固连；内套管直径大于所述的外套管的细径段的内径；所述内套管长度与外套管相匹配，所述的内套管长度与活塞体厚度相匹配，有利于充分塑性变形，有足够的让压长度。
37.隧道高强让压抗震衬砌受到冲击时，冲击力传递给让压装置，所述的外套管开启
塑性变形，并吸收能量。
38.本实施例的让压装置与实施例3中让压装置安装位置基本一致，在此不再赘述。
39.以上所述仅为本技术的优选实例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
40.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
41.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
42.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
43.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。