[发明专利]一种隧道轴向减震吸能装置及具有该装置的隧道衬砌结构

说明书

本发明涉及一种隧道轴向减震吸能装置及具有该装置的隧道衬砌结构，隧道轴向减震吸能装置包括：用于连接吸能本体与沿隧道轴向被分割为相邻的衬砌主体结构的两个连接件；其中，所述吸能本体被设置为沿隧道径向呈刚性，沿隧道轴向可产生用以吸收轴向能量的相对位移。本发明提供的隧道轴向减震吸能装置，由于隧道径向方向的刚性特性而不损害隧道衬砌整体承受静载的能力；轴向上使隧道具有一定的柔性，能够提高隧道轴向拉压变形的抗震能力，并能够吸收地震所产生的相位衍生应力和相对变位，具有良好的抗减震效果，从而保证了地震过程中隧道衬砌结构的安全；且装置安装方便，易替换。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种隧道轴向减震吸能装置及具有该装置的隧道衬砌结构。

背景技术

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。然而，这种传统的观点被近几十年来的几次大地震证明是片面的，如1995年日本阪神大地震，1999年台湾集集地震，2008年四川汶川地震，2016年熊本地震。近年来隧道抗震设计中一般采用隔层抗震方法，而此方法无法很好地防止隧道轴向震害的发生；在隧道轴向设计中采用的伸缩缝设计是为防止衬砌由于气候温度变化(热胀、冷缩)，使结构产生裂缝或破坏而沿衬砌施工缝方向的适当部位设置的一条构造缝，而上述隧道伸缩缝仅可以使得隧道能够承受轴向方向上的滑动，对于如地震波等能量的吸散起不到任何作用，即伸缩缝无法吸收能量，无法起到很好的减震作用。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种隧道轴向减震吸能装置及具有该装置的隧道衬砌结构。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道轴向减震吸能装置，包括：

用于连接吸能本体与沿隧道轴向被分割为相邻的衬砌主体结构的两个连接件；其中，所述吸能本体被设置为沿隧道径向呈刚性，沿隧道轴向可产生用以吸收轴向能量的相对位移。

在隧道轴向承受地震波等能量作用时，通过吸能本体可以吸收轴向方向上传播的能量，减缓对隧道衬砌的破坏；与此同时，在隧道径向方向上近乎刚性，能够承受围岩所施加的径向压力，保证隧道衬砌的完整性。此处的吸能本体被设置为沿隧道径向呈刚性，是指刚度为衬砌主体结构刚度的0.8-1.5倍。

所述吸能本体由刚性材料层和弹性材料层叠置而成；所述连接件包括吸能本体连接板和主体结构连接板；所述吸能本体连接板用于沿隧道侧壁平行布置且法线指向隧道的径向，其内侧连接所述吸能本体；所述主体结构连接板与所述吸能本体连接板刚性连接，用于与相邻的所述衬砌主体结构固定连接。

所述吸能本体由刚性材料层和弹性材料层沿隧道径向叠置而成，这种结构由于弹性材料层的柔性特性使得其沿隧道轴向具有一定的柔性，而在垂直于层叠方向上近乎刚性，配合连接件相应的结构设计，能够实现轴向减震吸能装置的相应性能。

所述弹性材料层为橡胶层，所述刚性材料层为钢板；橡胶和钢板的材料工艺成熟，取材方便，成本低廉。

所述吸能本体为板状部件，其设有垂直于隧道轴向的用以实现长度位移储备的弯折；两个所述连接件为平面部件，对置固定于所述板状部件的两侧。当隧道发生轴向位移时，板状部件在弯折处发生拉伸，以此实现轴向的减震吸能。板状部件的弯折部位会使其在隧道径向上具有相应的刚性，能够承受围岩所施加的径向压力，保证隧道衬砌的完整性。

所述板状部件呈弹簧板型。

所述连接板由钢筋混凝土制备而成。成本低廉，制备方便。

一种隧道轴向减震吸能装置，包括：用于设置在沿隧道轴向被分割为相邻的两衬砌主体结构之间的吸能本体，所述吸能本体被设置为沿隧道径向呈刚性，沿隧道轴向可产生用以吸收轴向能量的相对位移；