[发明专利]一种盾构隧道隔震用低模量高阻尼橡胶及其制备和应用

说明书

本发明属于橡胶材料领域和地铁盾构隧道工程领域，更具体地，涉及一种盾构隧道隔震用低模量高阻尼橡胶及其制备和应用。其结合盾构隧道本身的特点，对盾构隧道隔震层材料及结构进行针对性重新选择和设计，特别选择一种低模量高阻尼橡胶材料作为盾构隧道隔震层，设置于盾构隧道土体和隧道管片之间，该隔震橡胶层能够有效实现对盾构隧道等地下结构的隔震和高阻尼比，同时在一定程度上增强隧道的防水性能，尤其适用于城市地铁盾构隧道的隔震。

技术领域

本发明属于橡胶材料领域和地铁盾构隧道工程领域，更具体地，涉及一种盾构隧道隔震用低模量高阻尼橡胶及其制备和应用。

背景技术

随着国内地下空间的开发利用，我国已修建大量地铁隧道，且在建隧道里程仍在高速增长。盾构法具有机械化程度高、对周边环境影响小、施工安全快速等诸多优点，已经成为地铁隧道的主流施工方法。

我国地震带分布广泛，特别是已建地铁的众多大城市都位于不同的地震带上。例如，北京、天津等位于华北平原地震带上，广州、厦门等位于华南高烈度地震区，成都、昆明等位于青藏高原地震区。今后若干年内，我国还将处于地铁发展的高峰期，大量地铁盾构隧道不可避免地将会位于高烈度地震区甚至靠近地震断层，面临着严重的震害威胁。

同其它类型隧道相比，盾构隧道是用螺栓将预制管片拼装而成的装配式结构，管片之间存在大量接头，使其受力变形特征变得十分复杂。加之盾构隧道穿越的地层条件一般比较复杂，更容易在地震时受到土体的影响，这就加大了盾构隧道抗震设计的难度。

目前，国内外盾构隧道抗震方法主要有两种，第一是通过壁后注浆，提高围岩刚度，以减小盾构隧道的地震位移量；第二是设置柔性接头，提高管片变形能力。但是，壁后注浆质量难以保证，注浆压力不易控制；而设置柔性接头，在强地震作用下，可能导致盾构隧道管片的环间变形量过大。

市场上传统的对于建筑或桥梁的隔震，通常采用橡胶与钢板的叠合体材料，这种隔震材料不适用于盾构隧道的隔震；另一方面用于建筑或桥梁的传统橡胶隔震材料虽然具有一定的阻尼比，能够提供一定的地震耗能效果，但理论分析表明这种橡胶会导致盾构隧道隔震效果的下降。因此如何获得适用于盾构隧道的隔震层材料以提高盾构隧道的隔震效果，是目前迫切需要解决的技术难题。

另外，由于盾构隧道是一种装配式结构，其接头位置也是隧道防水的薄弱部位。在铁路隧道及公路隧道中，主要使用螺栓密封来进行螺栓孔的防水处理。所使用的密封用垫圈有遇水膨胀橡胶圈。但在实际在螺栓拧紧过程中，由于螺栓拧紧量过大或过小，遇水膨胀橡胶圈的性能不能完全发挥，且遇水膨胀材料的耐久性往往不能得到保证。因此，如何提高盾构隧道的防水性能是目前需要解决的另外一个技术难题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种盾构隧道隔震用低模量高阻尼橡胶及其制备和应用，其结合盾构隧道本身的特点，对盾构隧道隔震层材料及结构进行针对性重新选择和设计，特别选择一种低模量高阻尼橡胶材料作为盾构隧道隔震层，设置于盾构隧道土体和隧道管片之间，该隔震橡胶层能够有效实现对盾构隧道等地下结构较好的隔震效果和高阻尼比，同时在一定程度上增强隧道的防水性能，尤其适用于城市地铁盾构隧道的隔震。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于盾构隧道隔震的低模量高阻尼橡胶，其包括天然橡胶混炼胶和氯化丁基橡胶混炼胶，其剪切模量≤0.5MPa，阻尼系数在150％剪应变时≥10％。

优选地，所述橡胶其剪切模量为0.35MPa-0.45MPa，阻尼系数在150％剪应变时≥15％。

优选地，所述天然橡胶混炼胶为由天然橡胶生胶与第一配合剂混合后经混炼得到，所述第一配合剂包括活性氧化锌、促进剂、炭黑和硫磺中的一种或多种。

优选地，所述氯化丁基橡胶混炼胶为由氯化丁基橡胶生胶与第二配合剂混合后经混炼得到，所述第二配合剂包括石油树脂、活性氧化锌、促进剂、炭黑和硫磺中的一种或多种。