用于增强隧道抗震能力的构件

摘要

本发明公开一种用于增强隧道抗震能力的构件，属于隧道抗震技术领域，本发明的装置包括：防水层，铺设在隧道围岩表面，防水层表面还依次铺设减震层，减震层外面修建二次衬砌层，减震组件，设于二次衬砌层两对向设置的平面上，减震组件包括：与二次衬砌层两对向平面连接的第一板体，第一板体一侧面通过第一连接支撑件与二次衬砌层平面固定连接，第一连接支撑件与第一板体连接面之间通过紧固件连接有连接板体，二次衬砌层的一侧平面上至少连接有两块第一板体，相邻的第一板体之间通过第二连接支撑件连接。本发明可实现提高隧道整体强度和抗震、隔音性能，且对隧道轴向具有吸能效果，有效避免地震或其他震动对隧道造成的损坏。

权利要求

1.用于增强隧道抗震能力的构件，包括：防水层(20)，铺设在隧道围岩表面，所述防水层(20)表面还依次铺设减震层(50)，所述减震层(50)外面修建二次衬砌层(30)，所述二次衬砌层(30)横截面呈倒U字型，减震组件(60)，设于二次衬砌层(30)两对向设置的平面上，其中，所述减震组件(60)包括：与二次衬砌层(30)两对向平面连接的第一板体(61)，所述第一板体(61)一侧面通过第一连接支撑件(64)与二次衬砌层(30)平面固定连接，所述第一连接支撑件(64)与第一板体(61)连接面之间通过紧固件连接有连接板体(63)，所述二次衬砌层(30)的一侧平面上至少连接有两块第一板体(61)，相邻的所述第一板体(61)之间通过第二连接支撑件(65)连接；

所述第一板体(61)上方还设有折弯的第二板体(62)，所述第二板体(62)通过连接板体(63)与第一板体(61)固定连接，所述第二板体(62)侧面之间通过第二连接支撑件(65)连接；

所述第二连接支撑件(65)包括：

基体(651)，所述基体(651)为柱状，其中心处设有柱状内腔(652)，所述基体(651)两端面连接圆板状的固定板(654)，

形变环(656)，设于内腔(652)内，所述形变环(656)为环形，所述基体(651)两端的固定板(654)中心处均插接有一固定轴(653)进入内腔(652)内与形变环(656)连接，加强板(655) ，为圆环状，中部具有圆形开孔，孔径大于内腔(652)孔径，所述加强板(655)嵌入基体(651)内，所述加强板(655)轴线与基体(651)轴线同轴设置。

2.根据权利要求1所述的用于增强隧道抗震能力的构件，其特征在于：所述第一连接支撑件(64)包括：

第一支撑板(641)，所述第一支撑板(641)与二次衬砌层(30)平面固定连接，第二支撑板(644) ，与连接板体(63)固定连接，所述第一支撑板(641)与第二支撑板(644)之间通过第二弹性件(643)连接，所述第二弹性件(643)中部设有第一凸台(642)，所述第一凸台(642)为圆柱状且与第一支撑板(641)表面固定连接，其中，所述连接板体(63)上至少连接有两个第一连接支撑件(64)。

3.根据权利要求1所述的用于增强隧道抗震能力的构件，其特征在于：所述连接板体(63)由内板(631)与外板(632)组成，所述内板(631)选用金属材质，所述外板(632)选用橡胶材质，所述内板(631)与外板(632)之间采用胶接方式连接固定。

4.根据权利要求1所述的用于增强隧道抗震能力的构件，其特征在于：所述减震层(50)内布设有支撑组件(51) ，所述支撑组件(51)在减震层(50)内相邻设置，且所述支撑组件(51)以水平排布方式设置在减震层(50)内，其截面与圆形相似。

5.根据权利要求4所述的用于增强隧道抗震能力的构件，其特征在于：所述支撑组件(51)包括：

支撑柱体(55)，为空心圆柱体，所述支撑柱体(55)轴线与地面平行设置，第四支撑板(54)，绕支撑柱体(55)外柱面设置，所述第四支撑板(54)数量为4个，相互之间夹角为90°，

所述第四支撑板(54)通过第一弹性件(53)与第三支撑板(52)一端连接，所述第三支撑板(52)另一端连接半球状的连接板(57)，所述连接板(57)之间连接有弧形护板(56)，所述弧形护板(56)通过连接板(57)连接后其截面与圆形相似。

6.根据权利要求1‑5任一权利要求所述的用于增强隧道抗震能力的构件，其特征在于：所述第一板体(61)为矩形板体，所述第一板体(61)表面均布有流通槽体(611)，所述流通槽体(611)为双头半圆槽。

说明书

用于增强隧道抗震能力的构件

技术领域

[0001] 本发明属于隧道抗震技术领域，具体涉及一种用于增强隧道抗震能力的构件。

背景技术

[0002] 随着城市化程度的不断提高，城市规模的不断扩大，城市交通问题日益成为制约城市发展的障碍，因此开发地下空间来解决城市的交通问题无疑显得越来越重要了，而地
下隧道无疑是最主要的解决手段之一，越来越多的地方进行了隧道建设，建设区域的扩展，
使隧道面临更多、更复杂的建设条件，尤其是高抗震区域，由于通道的稀缺，隧道不可选择
线路使其无法避让糟糕的地质，地震作用在这些复杂的条件更加明显，隧道的抗震问题是
需要解决的重要难题。

[0003] 在地震作用下尤其是在强震作用下，地下隧道结构的抗震设计分析已经成为地震工程中一个十分重要的问题。而目前国内外现有的抗震设计规范中关于这方面的抗震设计
条文大都十分简略，难以适应强震区地下隧道建造的发展。这就使得地下隧道结构抗震设
计的研究成为十分必要的工作。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种增强隧道抗震能力的构件，提高隧道整体强度和抗震、隔音性能，且对隧道轴向具有吸能效果，有效避免地震或其他震动对隧道造成的损坏。

[0005] 本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：用于增强隧道抗震能力的构件，包括：

[0006] 防水层，铺设在隧道围岩表面，防水层表面还依次铺设减震层，减震层外面修建二次衬砌层，二次衬砌层横截面呈倒U字型，

[0007] 减震组件，设于二次衬砌层两对向设置的平面上，

[0008] 其中，减震组件包括：与二次衬砌层两对向平面连接的第一板体，第一板体一侧面通过第一连接支撑件与二次衬砌层平面固定连接，第一连接支撑件与第一板体连接面之间
通过紧固件连接有连接板体，二次衬砌层的一侧平面上至少连接有两块第一板体，相邻的
第一板体之间通过第二连接支撑件连接。

[0009] 本发明在隧道围岩即结构土层表面通过铺设防水层的措施来避免水体渗透隧道结构内，并进一步铺设减震层对隧道起到减震作用，在铺设减震层后再铺设二次衬砌层实
现隧道整体结构增强，并采用倒U字型结构设计提高隧道的承压能力，进一步在二次衬砌层
两对应平面内设置减震组件结合减震层形成复合抗震方案。这样在隧道周围结构受到震动
响应后发生共振破坏时，先通过减震层来吸收震动引起的循环往复的载荷，降低二次衬砌
层形变的几率，防止隧道坍塌，还通过二次衬砌层内侧的减震组件对传递至二次衬砌层的
震动力分化，具体的，由第一连接支撑件将震动力传递至第一板体对震动力分化，若存在二
次衬砌层轴向方向的震动通过第二连接支撑件传递并减弱震动力，以此实现复合抗震，同
时通过设置防水层、减震层、二次衬砌层的方式可加强隧道的隔音效果。

[0010] 可选的，第一连接支撑件包括：

[0011] 第一支撑板，第一支撑板与二次衬砌层平面固定连接，

[0012] 第二支撑板，与连接板体固定连接，第一支撑板与第二支撑板之间通过第二弹性件连接，第二弹性件中部设有第一凸台，第一凸台为圆柱状且与第一支撑板表面固定连接，

[0013] 其中，连接板体上至少连接有两个第一连接支撑件，第一支撑板板和第二支撑板为矩形板，通过在连接板体上设置至少两个第一连接支撑件的方式来提高第一板体与二次
衬砌层对应平面的连接稳定性，通过在第一支撑板与第二支撑板之间由第二弹簧件来连接
的方式利用弹簧特性对传递至二次衬砌层上的震动力吸收并消耗其能量，在设置第二弹簧
件的同时通过设置第一凸台保证第二弹簧件的安装位置精准性，以及第二弹簧件在形变过
程中的方向稳定。

[0014] 可选的，第一板体上方还设有折弯的第二板体，第二板体通过连接板体与第一板体固定连接，第二板体侧面之间通过第二连接支撑件连接。选择第一板体和第二板体与二
次衬砌层平面连接方式一则可对二次衬砌层受到的震动分化，另外第一板体和第二板体可
在隧道发生坍塌或损坏过程对隧道内物体、人起到保护作用，具体的，在隧道发生坍塌时由
于第一板体设于隧道两对应平面且其上方设置折弯的第二板体，对向设置的第一板体和第
二板体可抵挡隧道落下的碎石等物体，且第一板体、第二板体在坍塌过程中可形成三角状
堆叠几率较高，有益于为物体或人员提供庇护空间。

[0015] 可选的，连接板体由内板与外板组成，内板选用金属材质，外板选用橡胶材质，内板与外板之间采用胶接方式连接固定。通过选择两种材质不同的内板和外板的方式作为连
接板体可提高连接板体的缓冲吸振性能，特别是物体撞击第一板体或第二板体时，部分撞
击形成的冲击力可由连接板体吸收，减弱撞击形成的冲击对二次衬砌层的破坏。

[0016] 可选的，第二连接支撑件包括：

[0017] 基体，基体为柱状，其中心处设有柱状内腔，基体两端面连接圆板状的固定板，

[0018] 形变环，设于内腔内，形变环为环形，基体两端的固定板中心处均插接有一固定轴进入内腔内与形变环连接，

[0019] 加强板，为圆环状，中部具有圆形开孔，孔径大于内腔孔径，加强板嵌入基体内，加强板轴线与基体轴线同轴设置。加强板沿基体轴线方向均布设置。第一板体侧面设有与固
定轴连接的装配孔。

[0020] 对于隧道内轴向方向上的振动，通过将第一板体分隔设置，并由第二连接支撑件将各分隔设置的第一板体之间相互连接的方式来提高第一板体轴向方向上的震动影响，相
比较于采用一体式的第一板体结构形式来说，分隔设置的第一板体可放置震动过程中断裂
或者在长时间使用过程中板体上产生裂痕的出现，通过第二连接支撑件两端部的固定轴与
第一板体侧面的装配孔连接，实现两第一板体之间的连接，在出现震动状态下由第二连接
支撑件对轴向方向的部分震动能量吸收，降低二次衬砌层受力影响，具体的：固定轴将受力
传递至形变环上，通过行变环的形变对震动能量消耗，为控制形变环的形变范围通过设置
内腔对形变环的形变起到限定作用，在固定轴将受力传递至形变环的过程中固定板受力挤
压由橡胶材质制成的基体，基体受力形变消耗震动能量，并通过金属加强板来控制基体的
形变量，且设置多个加强板可有效防止基体过载破坏。

[0021] 可选的，减震层内布设有支撑组件，支撑组件在减震层内相邻设置，且支撑组件以水平排布方式设置在减震层内，其截面与圆形相似。通过在减震层内设置支撑组件的方式
来使减震层内设有若干相邻设置的支撑组件的方式对震动能量起到吸收作用，同时，支撑
组件的设置用于形成一层类似隔空层起到隔音效果。

[0022] 可选的，支撑组件包括：

[0023] 支撑柱体，为空心圆柱体，支撑柱体轴线与地面平行设置，

[0024] 第二支撑板，绕支撑柱体外柱面设置，第二支撑板数量为4个，相互之间夹角为90°，

[0025] 第二支撑板通过第一弹性件与第一支撑板一端连接，第一支撑板另一端连接半球状的连接板，连接板之间连接有弧形护板，弧形护板通过连接板连接后其截面与圆形相似。
第一支撑板和第二支撑板截面为T型，第一支撑板和第二支撑板的T型竖直段分别与连接
板、支撑柱体连接，平行段之间通过至少两个第一弹性件连接。通过设置的支撑组件在减震
层内对震动能量起到吸收作用，当减震层受到震动时其能量传递至支撑组件处，连接板将
震动能量传递至第一弹性件，再有第二支撑板将震动能量传递至支撑柱体，而通过环绕设
置的支撑柱体的方式形成多角度接收震动能量，形成自身调节支撑组件的特点，在震动过
后第一弹性件形变恢复使连接板恢复其弧形结构，将若干连接板构成类似管状结构的支撑
组件可在减震层内形成一层隔空层，利用支撑组件对声波阻拦或降低声波传递能量，形成
隔音效果。

[0026] 可选的，第一板体为矩形板体，第一板体表面均布有流通槽体，流通槽体为双头半圆槽。通过将第一板体设置成矩形板体的方式可有效扩大，第一板体与二次衬砌层的覆盖
面，并在第一板体表面设置流通槽的方式有利于声波通过流通槽至第一板体后侧，降低隧
道内的噪音量。

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明在隧道围岩即结构土层表面通过铺设防水层的措施来避免水体渗透隧道结构内，并进一步铺设减震层对隧道起到减震作
用，在铺设减震层后再铺设二次衬砌层实现隧道整体结构增强，并采用倒U字型结构设计提
高隧道的承压能力，进一步在二次衬砌层两对应平面内设置减震组件结合减震层形成复合
抗震方案。这样在隧道周围结构受到震动响应后发生共振破坏时，先通过减震层来吸收震
动引起的循环往复的载荷，降低二次衬砌层形变的几率，防止隧道坍塌，还通过二次衬砌层
内侧的减震组件对传递至二次衬砌层的震动力分化，具体的，由第一连接支撑件将震动力
传递至第一板体对震动力分化，若存在二次衬砌层轴向方向的震动通过第二连接支撑件传
递并减弱震动力，以此实现复合抗震，同时通过设置防水层减震层、二次衬砌层的方式可加
强隧道的隔音效果。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1是使用本发明用于增强隧道抗震能力的构件隧道纵向截面剖视图；

[0030] 图2是使用本发明用于增强隧道抗震能力的构件隧道横向截面剖视图；

[0031] 图3是减震层局部横向截面剖视图；

[0032] 图4是支撑组件示意图；

[0033] 图5是减震组件示意图；

[0034] 图6是连接板体示意图；

[0035] 图7是图5中a部放大示意图；

[0036] 图8是第二连接支撑件剖视图。

[0037] 附图标记说明：10‑结构土层；20‑防水层、30‑二次衬砌层；40‑结构底层；50‑减震层；51‑支撑组件；52‑第一支撑板；53‑第一弹性件；54‑第二支撑板；55‑支撑柱体；56‑护板；
57‑连接板；60‑减震组件；61‑第一板体；611‑流通槽体；62‑第二板体；63‑连接板体；631‑内
板；632‑外板；64‑第一连接支撑件；641‑第一支撑板；642‑第一凸台；643‑第二弹性件；644‑
第二支撑板；65‑第二连接支撑件；651‑基体；652‑内腔；653‑固定轴；654‑固定板；655‑加强
板；656‑形变环。

具体实施方式

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 实施例1：

[0040] 参见图1‑8所示，用于增强隧道抗震能力的构件，包括：

[0041] 防水层20，铺设在隧道围岩表面，防水层20表面还依次铺设减震层50，减震层50外面修建二次衬砌层30，二次衬砌层30横截面呈倒U字型，

[0042] 减震组件60，设于二次衬砌层30两对向设置的平面上，

[0043] 其中，减震组件60包括：与二次衬砌层30两对向平面连接的第一板体61，第一板体61一侧面通过第一连接支撑件64与二次衬砌层30平面固定连接，第一连接支撑件64与第一
板体61连接面之间通过紧固件连接有连接板体63，二次衬砌层30的一侧平面上至少连接有
两块第一板体61，相邻的第一板体61之间通过第二连接支撑件65连接。

[0044] 本发明在隧道围岩即结构土层10表面通过铺设防水层20的措施来避免水体渗透隧道结构内，并进一步铺设减震层50对隧道起到减震作用，在铺设减震层50后再铺设二次
衬砌层30实现隧道整体结构增强，并采用倒U字型结构设计提高隧道的承压能力，进一步在
二次衬砌层30两对应平面内设置减震组件60结合减震层50形成复合抗震方案。这样在隧道
周围结构受到震动响应后发生共振破坏时，先通过减震层50来吸收震动引起的循环往复的
载荷，降低二次衬砌层30形变的几率，防止隧道坍塌，还通过二次衬砌层30内侧的减震组件
60对传递至二次衬砌层30的震动力分化，具体的，由第一连接支撑件64将震动力传递至第
一板体61对震动力分化，若存在二次衬砌层30轴向方向的震动通过第二连接支撑件65传递
并减弱震动力，以此实现复合抗震，同时通过设置防水层20、减震层50、二次衬砌层30的方
式可加强隧道的隔音效果。

[0045] 可选的，第一连接支撑件64包括：

[0046] 第一支撑板641，第一支撑板641与二次衬砌层30平面固定连接，

[0047] 第二支撑板644，与连接板体63固定连接，第一支撑板641与第二支撑板644之间通过第二弹性件643连接，第二弹性件643中部设有第一凸台642，第一凸台642为圆柱状且与
第一支撑板641表面固定连接，

[0048] 其中，连接板体63上至少连接有两个第一连接支撑件64，第一支撑板板641和第二支撑板644为矩形板，通过在连接板体63上设置至少两个第一连接支撑件64的方式来提高
第一板体61与二次衬砌层30对应平面的连接稳定性，通过在第一支撑板641与第二支撑板
644之间由第二弹簧件643来连接的方式利用弹簧特性对传递至二次衬砌层30上的震动力
吸收并消耗其能量，在设置第二弹簧件643的同时通过设置第一凸台642保证第二弹簧件
643的安装位置精准性，以及第二弹簧件643在形变过程中的方向稳定。

[0049] 可选的，第一板体61上方还设有折弯的第二板体62，第二板体62通过连接板体63与第一板体61固定连接，第二板体62侧面之间通过第二连接支撑件65连接。选择第一板体
61和第二板体62与二次衬砌层30平面连接方式一则可对二次衬砌层30受到的震动分化，另
外第一板体61和第二板体62可在隧道发生坍塌或损坏过程对隧道内物体、人起到保护作
用，具体的，在隧道发生坍塌时由于第一板体61设于隧道两对应平面且其上方设置折弯的
第二板体62，对向设置的第一板体61和第二板体62可抵挡隧道落下的碎石等物体，且第一
板体61、第二板体62在坍塌过程中可形成三角状堆叠几率较高，有益于为物体或人员提供
庇护空间。

[0050] 可选的，连接板体63由内板631与外板632组成，内板631选用金属材质，外板632选用橡胶材质，内板631与外板632之间采用胶接方式连接固定。通过选择两种材质不同的内
板631和外板632的方式作为连接板体63可提高连接板体63的缓冲吸振性能，特别是物体撞
击第一板体61或第二板体62时，部分撞击形成的冲击力可由连接板体63吸收，减弱撞击形
成的冲击对二次衬砌层30的破坏。

[0051] 可选的，第二连接支撑件65包括：

[0052] 基体651，基体651为柱状，其中心处设有柱状内腔652，基体651两端面连接圆板状的固定板654，

[0053] 形变环656，设于内腔652内，形变环656为环形，基体651两端的固定板654中心处均插接有一固定轴653进入内腔652内与形变环656连接，

[0054] 加强板655，为圆环状，中部具有圆形开孔，孔径大于内腔652孔径，加强板655嵌入基体651内，加强板655轴线与基体651轴线同轴设置。加强板655沿基体651轴线方向均布设
置。第一板体61侧面设有与固定轴653连接的装配孔。

[0055] 对于隧道内轴向方向上的振动，通过将第一板体61分隔设置，并由第二连接支撑件65将各分隔设置的第一板体61之间相互连接的方式来提高第一板体61轴向方向上的震
动影响，相比较于采用一体式的第一板体61结构形式来说，分隔设置的第一板体61可放置
震动过程中断裂或者在长时间使用过程中板体上产生裂痕的出现，通过第二连接支撑件65
两端部的固定轴653与第一板体61侧面的装配孔连接，实现两第一板体61之间的连接，在出
现震动状态下由第二连接支撑件65对轴向方向的部分震动能量吸收，降低二次衬砌层30受
力影响，具体的：固定轴653将受力传递至形变环656上，通过行变环656的形变对震动能量
消耗，为控制形变环656的形变范围通过设置内腔652对形变环656的形变起到限定作用，在
固定轴653将受力传递至形变环656的过程中固定板654受力挤压由橡胶材质制成的基体
651，基体651受力形变消耗震动能量，并通过金属加强板655来控制基体651的形变量，且设
置多个加强板655可有效防止基体651过载破坏。

[0056] 可选的，减震层50内布设有支撑组件51，支撑组件51在减震层50内相邻设置，且支撑组件51以水平排布方式设置在减震层50内，其截面与圆形相似。通过在减震层50内设置
支撑组件51的方式来使减震层50内设有若干相邻设置的支撑组件51的方式对震动能量起
到吸收作用，同时，支撑组件51的设置用于形成一层类似隔空层起到隔音效果。

[0057] 可选的，支撑组件51包括：

[0058] 支撑柱体55，为空心圆柱体，支撑柱体55轴线与地面平行设置，

[0059] 第二支撑板54，绕支撑柱体55外柱面设置，第二支撑板54数量为4个，相互之间夹角为90°，

[0060] 第二支撑板54通过第一弹性件53与第一支撑板52一端连接，第一支撑板52另一端连接半球状的连接板57，连接板57之间连接有弧形护板56，弧形护板56通过连接板57连接
后其截面与圆形相似。第一支撑板52和第二支撑板54截面为T型，第一支撑板52和第二支撑
板54的T型竖直段分别与连接板57、支撑柱体55连接，平行段之间通过至少两个第一弹性件
53连接。通过设置的支撑组件51在减震层50内对震动能量起到吸收作用，当减震层50受到
震动时其能量传递至支撑组件51处，连接板57将震动能量传递至第一弹性件53，再有第二
支撑板54将震动能量传递至支撑柱体55，而通过环绕设置的支撑柱体55的方式形成多角度
接收震动能量，形成自身调节支撑组件51的特点，在震动过后第一弹性件53形变恢复使连
接板57恢复其弧形结构，将若干连接板57构成类似管状结构的支撑组件51可在减震层50内
形成一层隔空层，利用支撑组件51对声波阻拦或降低声波传递能量，形成隔音效果。

[0061] 可选的，第一板体61为矩形板体，第一板体61表面均布有流通槽体611，流通槽体611为双头半圆槽。通过将第一板体61设置成矩形板体的方式可有效扩大，第一板体61与二
次衬砌层30的覆盖面，并在第一板体61表面设置流通槽611的方式有利于声波通过流通槽
611至第一板体61后侧，降低隧道内的噪音量。

[0062] 实施例2：

[0063] 本发明的用于增强隧道抗震能力的构件在减震过程中：隧道周围结构受到震动响应后发生共振破坏时，先通过减震层50来吸收震动引起的循环往复的载荷，降低二次衬砌
层30形变的几率，防止隧道坍塌，还通过二次衬砌层30内侧的减震组件60对传递至二次衬
砌层30的震动力分化。

[0064] 模拟震动测试：

[0065] 在土槽箱内模拟建造使用本发明构件的隧道，并逐级模拟5级地震、6级地震、7级地震，检测隧道情况，结构如下表所示：

[0066]

[0067] 通过模拟后可见通过本发明的构件可有效降低隧道在地震中的受损情况。

[0068] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。