[發明專利]一種盾構隧道隔震用低模量高阻尼橡膠及其制備和應用

有效

• 申請號: 202010705998.0
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111718523B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 魏威;袁涌;陳健;資道銘;李琛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08L23/28;C08L57/02;C08L95/00;C08K13/02;C08K3/04;E21D11/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 彭翠;曹葆青

本發明屬于橡膠材料領域和地鐵盾構隧道工程領域，更具體地，涉及一種盾構隧道隔震用低模量高阻尼橡膠及其制備和應用。其結合盾構隧道本身的特點，對盾構隧道隔震層材料及結構進行針對性重新選擇和設計，特別選擇一種低模量高阻尼橡膠材料作為盾構隧道隔震層，設置于盾構隧道土體和隧道管片之間，該隔震橡膠層能夠有效實現對盾構隧道等地下結構的隔震和高阻尼比，同時在一定程度上增強隧道的防水性能，尤其適用于城市地鐵盾構隧道的隔震。

技術領域

本發明屬于橡膠材料領域和地鐵盾構隧道工程領域，更具體地，涉及一種盾構隧道隔震用低模量高阻尼橡膠及其制備和應用。

背景技術

隨著國內地下空間的開發利用，我國已修建大量地鐵隧道，且在建隧道里程仍在高速增長。盾構法具有機械化程度高、對周邊環境影響小、施工安全快速等諸多優點，已經成為地鐵隧道的主流施工方法。

我國地震帶分布廣泛，特別是已建地鐵的眾多大城市都位于不同的地震帶上。例如，北京、天津等位于華北平原地震帶上，廣州、廈門等位于華南高烈度地震區，成都、昆明等位于青藏高原地震區。今后若干年內，我國還將處于地鐵發展的高峰期，大量地鐵盾構隧道不可避免地將會位于高烈度地震區甚至靠近地震斷層，面臨著嚴重的震害威脅。

同其它類型隧道相比，盾構隧道是用螺栓將預制管片拼裝而成的裝配式結構，管片之間存在大量接頭，使其受力變形特征變得十分復雜。加之盾構隧道穿越的地層條件一般比較復雜，更容易在地震時受到土體的影響，這就加大了盾構隧道抗震設計的難度。

目前，國內外盾構隧道抗震方法主要有兩種，第一是通過壁后注漿，提高圍巖剛度，以減小盾構隧道的地震位移量；第二是設置柔性接頭，提高管片變形能力。但是，壁后注漿質量難以保證，注漿壓力不易控制；而設置柔性接頭，在強地震作用下，可能導致盾構隧道管片的環間變形量過大。

市場上傳統的對于建筑或橋梁的隔震，通常采用橡膠與鋼板的疊合體材料，這種隔震材料不適用于盾構隧道的隔震；另一方面用于建筑或橋梁的傳統橡膠隔震材料雖然具有一定的阻尼比，能夠提供一定的地震耗能效果，但理論分析表明這種橡膠會導致盾構隧道隔震效果的下降。因此如何獲得適用于盾構隧道的隔震層材料以提高盾構隧道的隔震效果，是目前迫切需要解決的技術難題。

另外，由于盾構隧道是一種裝配式結構，其接頭位置也是隧道防水的薄弱部位。在鐵路隧道及公路隧道中，主要使用螺栓密封來進行螺栓孔的防水處理。所使用的密封用墊圈有遇水膨脹橡膠圈。但在實際在螺栓擰緊過程中，由于螺栓擰緊量過大或過小，遇水膨脹橡膠圈的性能不能完全發揮，且遇水膨脹材料的耐久性往往不能得到保證。因此，如何提高盾構隧道的防水性能是目前需要解決的另外一個技術難題。

發明內容

針對現有技術的缺陷或改進需求，本發明提供了一種盾構隧道隔震用低模量高阻尼橡膠及其制備和應用，其結合盾構隧道本身的特點，對盾構隧道隔震層材料及結構進行針對性重新選擇和設計，特別選擇一種低模量高阻尼橡膠材料作為盾構隧道隔震層，設置于盾構隧道土體和隧道管片之間，該隔震橡膠層能夠有效實現對盾構隧道等地下結構較好的隔震效果和高阻尼比，同時在一定程度上增強隧道的防水性能，尤其適用于城市地鐵盾構隧道的隔震。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于盾構隧道隔震的低模量高阻尼橡膠，其包括天然橡膠混煉膠和氯化丁基橡膠混煉膠，其剪切模量≤0.5MPa，阻尼系數在150％剪應變時≥10％。

優選地，所述橡膠其剪切模量為0.35MPa-0.45MPa，阻尼系數在150％剪應變時≥15％。

優選地，所述天然橡膠混煉膠為由天然橡膠生膠與第一配合劑混合后經混煉得到，所述第一配合劑包括活性氧化鋅、促進劑、炭黑和硫磺中的一種或多種。

優選地，所述氯化丁基橡膠混煉膠為由氯化丁基橡膠生膠與第二配合劑混合后經混煉得到，所述第二配合劑包括石油樹脂、活性氧化鋅、促進劑、炭黑和硫磺中的一種或多種。