[发明专利]具备仿生蜂窝结构的高阻尼地铁隧道内衬结构

说明书

本发明提供了具备仿生蜂窝结构的高阻尼地铁隧道内衬结构。所述高阻尼地铁隧道内衬结构以阻尼吸能层为中心的对称层状结构；阻尼吸能层的两侧由内到外均依次排布聚氨酯脲泡沫层、钢板和橡胶垫板。阻尼吸能层由多个颗粒阻尼器组成，每个颗粒阻尼器由蜂窝结构单元和填充在蜂窝结构单元空腔中的橡胶颗粒和SiC颗粒组成。蜂窝结构单元通过聚氨酯脲泡沫层与两侧的钢板垂直相连。所述的地铁隧道内衬结构设置于道床下侧，充分利用仿生蜂窝结构的高效减振性能，同时结合高环境适应性、高阻尼的喷涂聚氨酯脲泡沫材料，实现了多次重复使用后仍具备良好减震性能的技术效果。同时，所述的内衬结构制备方法简单、可快速成型，从而提升了生产效率，节约了成本。

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及轨道交通的减振和降噪，具体地说，涉及一种有利于降低地铁在隧道运行中产生的振动和噪声传导影响的仿生蜂窝结构。

背景技术

当今社会中，各种各样的振动和噪声层出不穷，避无可避。然而，这种环境的长期作用不仅影响人们的身心健康，还导致结构和设备因长期振动而导致疲劳破坏、精密仪器灵敏度下降。因此，控制振动、降低噪声已经成为迫切需要解决的课题。随着我国经济社会的发展，地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，在人们的工作生活中扮演了越来越重要的角色。地铁运行过程中带来的振动危害，不但会极大地影响隧道混凝土的寿命、降低隧道结构的整体安全性，而且对地铁沿线的居民或精密仪器的使用带来干扰。所以为了提高乘坐舒适度以及提高轨道及车辆的使用寿命，在轨道的减振降噪方面有越来越多的新技术出现。

目前，地铁中应用的减振降噪措施以道床减振为主，如浮置板道床减振和橡胶垫道床减振等。然而，这些技术具有以下缺陷：(1)损耗因子只有0.05～0.2左右，减振效果不明显；(2)使用寿命短；由于这些装置采用了弹簧和橡胶等材料，体积相对喷涂型阻尼材料来说较大，往往使用几年后，就会因为列车的不断冲击和材料的老化，使得减振效果明显下降；(3)也是最重要的一点：这些技术会造成道床结构的滑移和波浪形磨耗，这种现象会反过来增大结构的振动，对乘客和周边建筑的居民造成更大的影响，从而导致地铁部门不断接到群众投诉；严重的情况下常常会迫使相关单位大面积拆除钢轨道床，给工程造成难以估量的损失。为了解决上述问题，发明专利ZL201710033120.5公开了“用于地铁减振降噪的锯齿界面约束阻尼道床及其制备方法”。该专利所述的锯齿界面约束阻尼道床包括混凝土基层、约束层以及位于二者之间的中间层。所述中间层为由依次排布的阻尼材料层I、硬夹层和阻尼材料层II的组成的多层约束阻尼层。通过将道床约束界面设计成锯齿状，不但解决了道床相对滑移的隐患，而且增大结构的比表面积——剪切面积，更加充分发挥阻尼材料的非线性特点，利用阻尼材料的剪切耗能，损耗因子提高了0.2～0.4，减振效果也明显提高。

然而，当隧道结构在遭受不可预见的振动或冲击作用时，现有措施往往不能提供良好的防护效果，而且存在维护周期短、成本高、结构复杂和增加施工难度的问题。此外，长期的疲劳振动仍然对振动结构的耐久性存在较大的影响。发明专利申请201910695929.3公开了“一种适用于地铁隧道减振的橡胶-弹簧耦合结构”。该申请将所述的橡胶-弹簧耦合结构设置在地铁隧道混凝土结构与混凝土结构外部土体之间，基于橡胶本身结构的吸振性能及内置弹簧构建的二级能量耗散系统，使得隧道内部的振动、钢轨的磨耗得到显著改善。但问题在于：(1)内置的弹簧使得振动产生点冲击，使防护效果大打折扣；(2)所述的耦合结构在轨道下侧防护效果显著，但若用于隧道内衬则成本巨大，且大量弹簧的使用使得后期维护困难；(3)弹簧属于柔性材料，导致隧道结构的竖向刚度减小，同时造成钢轨的磨损。

综上可知，地铁隧道的减振降噪仍然是一个亟待解决的技术问题。

发明内容