[發明專利]高烈度地震活動斷層區域的盾構隧道縱向接頭結構

有效

• 申請號: 202110683159.8
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113503168B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張中杰;張廣超;楊波;王春凱;胡穩;殷文濤
• 申請（專利權）人: 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08;E21F17/00
• 代理公司: 上海知義律師事務所 31304
• 代理人: 劉峰

本發明公開了高烈度地震活動斷層區域的盾構隧道縱向接頭結構，包括若干螺桿；每一鋼筋混凝土管片設置螺桿的位置從外向內均依次包括連通的錐形螺栓孔、螺栓手孔和螺栓安裝導洞；每一錐形螺栓孔均為一端孔徑大于另一端孔徑的錐形孔；每一錐形螺栓孔孔徑較大的一端的孔徑均為孔徑較小的一端的孔徑的2倍以上；每一錐形螺栓孔與相應的螺桿之間均設有錐形橡膠套管；每一螺桿的兩端，位于相應的螺栓手孔內的部分均通過螺母進行緊固，并均設有墊圈組；每一墊圈組均包括橡膠墊圈、彈簧，以及分別設置于彈簧兩端，夾持彈簧的兩片剛墊圈。本發明的應用令盾構隧道襯砌結構可以較好地適應地層變形，滿足盾構隧道在易產生地層不均勻變形區域建設中的需求。

技術領域

本發明涉及盾構隧道建造技術領域，特別涉及高烈度地震活動斷層區域的盾構隧道縱向接頭結構。

背景技術

近年來城市軌道交通建設如火如荼，在城市地鐵建設中盾構隧道是一種廣泛應用的隧道結構形式。伴隨著城市地鐵的快速發展，盾構隧道建設中暴露出了一些新的難題。其中，盾構隧道在穿越活動斷層等產生局部地層不均勻沉降的區域時，因為相鄰襯砌環間的錯位、拉伸變形及地震荷載的作用而導致縱向連接螺栓及管片發生局部破壞的情況時有發生。

本領域相關技術的現狀：

常規的盾構隧道在管片縱向接頭部位設置有縱向螺栓孔，采用鋼螺栓實現相鄰襯砌環的縱向連接，螺栓兩端采用螺母旋緊，螺母內側設置鋼墊片，螺栓孔孔徑一般比螺栓直徑略大(約4～6mm)。當相鄰的襯砌環伴隨地層的變形而產生拉伸或錯動時，往往造成縱向連接螺栓被拉斷或被螺栓孔剪斷以及混凝土管片的局部破壞。上述問題不僅降低了結構本身的安全性，而且由于進一步造成止水帶錯動或擠壓力不足令盾構隧道產生嚴重的滲漏水問題。

針對上述問題,已有的解決辦法主要可分成三類：柔性注漿法、柔性管片法和柔性接頭法。

柔性注漿法采用橡膠或輕質水泥漿等柔性材料作為盾構隧道的壁后注漿材料，柔性注漿材料可通過自身變形降低地層變形對盾構隧道結構影響。但該方法材料成本較高，同時要求盾構隧道施工過程中具有較大的超挖范圍，增大了施工難度，且對于地層變形較大的情況，尤其是拉伸變形，效果有限。

柔性管片法一般采用鋼管片或鋼板與混凝土結合的混合式管片，管片內置彈簧或阻尼材料，允許管片伴隨地層產生一定量的變形，但該種管片造價較高，生產工藝復雜，且剪切變形效果較差。

柔性接頭法一般采用在傳統螺栓的基礎上增設彈簧或在管片接縫位置采用具有一定變形能力的記憶合金板代替螺栓作為連接件。該方法操作相對簡單、造價低廉，但現有的做法很難同時滿足襯砌結構在拉伸和剪切方向的變形。

在現有技術中，盾構隧道襯砌結構在縱向上的不平衡力主要依靠縱向接頭進行傳遞。但是在高烈度地震區，及活動斷層存在的區域，地層相對位移和地震荷載產生的作用力極其復雜，往往使縱向接頭承受很大的剪力與拉力。

現有的盾構隧道管片襯砌的縱向接頭抗剪及抗拉變形能力有限，在地震時容易造成接頭螺栓及襯砌結構的破壞。

如，1995年日本阪神地震導致了大量的盾構隧道縱向接頭的顯著損壞，令隧道無法正常使用。

2008年汶川大地中，成都地鐵有多個區間盾構隧道縱向接頭發生較大錯臺，縱向接頭附近發生管片開裂。

由此可見，在高烈度地震區的盾構法隧道中，縱向接頭是盾構隧道管片襯砌最薄弱的環節，其抗震能力有待于提高。

因此，如何同時有效地滿足襯盾構隧道砌結構在拉伸和剪切方向的變形成為本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明提供高烈度地震活動斷層區域的盾構隧道縱向接頭結構，實現的目的是令盾構隧道襯砌結構可以較好地適應地層變形，滿足盾構隧道在易產生地層不均勻變形區域建設中的需求，提高盾構隧道的安全、耐久性、經濟性。