【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)設(shè)計地鐵隧道工程領(lǐng)域，尤其涉及一種地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系及優(yōu)化設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
1、城市軌道交通工程作為我國交通領(lǐng)域的重點民生工程，隨著現(xiàn)代化城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張和人口居住密度的顯著增長，可利用的地面土地資源日益緊張，致使處于城市地下的地鐵工程得到了長足有效的發(fā)展。地鐵具有運載能力大、速度快、運行準(zhǔn)時和安全可靠等優(yōu)勢，在城市立體空間交通體系建設(shè)和緩解城市交通擁堵等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，地鐵在建設(shè)過程中會不可避免地在垂直方向上與地面建筑結(jié)構(gòu)設(shè)施發(fā)生重合或臨近，這導(dǎo)致地鐵運營過程中產(chǎn)生的振動噪聲影響愈發(fā)嚴(yán)重，隨之帶來了一系列亟需解決的問題。
2、首先，地鐵運營過程產(chǎn)生的振動通過周圍介質(zhì)土層漸進(jìn)傳播至上地面建筑結(jié)構(gòu)，從而誘發(fā)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生二次振動，進(jìn)而導(dǎo)致建筑地基的不均勻沉降、疲勞開裂損傷甚至倒塌，嚴(yán)重縮短精密儀器設(shè)備的功能精度和使用壽命；其次，地鐵的長期振動作用使得周邊淺埋土層的累積變形嚴(yán)重超標(biāo)，致使隧道襯砌結(jié)構(gòu)后期出現(xiàn)滲漏，久而久之，發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，導(dǎo)致地面大面積不同程度沉降、隧道結(jié)構(gòu)變形破壞；再次，地鐵長期反復(fù)的低頻振動頻率與人體主要器官自振頻率高度重合，會對居民身心健康造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重?fù)p害；然后，既有的地鐵道床、軌枕多為普通水泥混凝土制備而成，屬于剛性結(jié)構(gòu)體系，對于振動響應(yīng)不具備衰減作用，此外，水泥在制備、運輸和施工過程產(chǎn)生大量的環(huán)境污染、溫室氣體，不符合交通領(lǐng)域生態(tài)環(huán)保可持續(xù)發(fā)展理念；最后，傳統(tǒng)地鐵減振降噪措施中的黏彈性阻尼材料、扣件和浮置板或多或少存在整體性差、易老化、服役性差和
3、鑒于此，有必要提供一種新的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系及其施工方法，以解決或至少改善上述技術(shù)缺陷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的主要目的是提供一種地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系及其設(shè)計方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)地鐵隧道減振降噪效果差且不環(huán)保的技術(shù)問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專利技術(shù)的一個方面，本專利技術(shù)提供一種地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，包括減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)和隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔振墻、改性土層、減振樁、地基和道床，所述隔振墻扦插入所述地基內(nèi)部構(gòu)成兩側(cè)邊界，所述改性土層設(shè)置于所述隔振墻和所述地基構(gòu)成的凹槽頂部，所述減振樁從上往下依次穿過所述改性土層和所述地基，且所述減振樁的底部與所述隔振墻的底部齊平設(shè)置，所述道床設(shè)置在改性土層頂部；所述隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔聲屏障層和減振壁，所述減振壁設(shè)置在隔聲屏障層上表面。
3、所述減振樁包括改性橡膠包覆層、支撐管和攪拌樁，所述改性橡膠包覆層套設(shè)于所述支撐管的外表面，所述攪拌樁設(shè)置于所述支撐管的內(nèi)部，由混凝土攪拌混合而成；所述改性土層為地基表面土層內(nèi)注射注漿膠凝材料攪拌混合施工而成。
4、所述隔振墻、減振樁、道床和高分子混凝土減振壁均采用混凝土材料制備而成；所述混凝土材料包括以重量分?jǐn)?shù)計的如下組分：粒化高爐礦渣微粉642～875份、粉煤灰275～375份、硅灰92～125份、粗骨料1326～1807份、細(xì)骨料1014～1382份、改性發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒2～6份、堿激發(fā)劑404～550份、高性能減水劑25～34份、拌合水242～330份。這樣拌合構(gòu)成擬聲子晶體混凝土三元結(jié)構(gòu)體。
5、所述粗骨料粒徑為15～25mm，為玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r的一種或多種組合，其中優(yōu)選玄武巖；所述細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為1.5～2.5，為河砂、機(jī)制砂、再生混凝土細(xì)骨料的一種或多種組合。
6、所述聚苯乙烯高分子顆粒由發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒和改性劑制備而成；發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒粒徑為1.5～3.0mm；所述改性劑摻量占比為1％～3％，為三乙醇胺、聚乙烯醇、瓜爾膠醚的一種或多種組合。
7、所述堿激發(fā)劑為堿金屬氫氧化物、堿式硅酸鹽、堿式碳酸鹽、堿式硫酸鹽的一種或多種組合，其中優(yōu)選堿金屬氫氧化物和堿式硅酸鹽復(fù)合堿激發(fā)劑；所述高性能減水劑為高性能聚羧酸系減水劑。
8、上述地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法，所述的高分子地聚物混凝土為擬聲子晶體混凝土三元結(jié)構(gòu)體，各參數(shù)滿足以下條件：
9、
10、
11、其中hf為有效減振頻率帶寬，為擬聲子晶體混凝土三元結(jié)構(gòu)體的充填率；
12、n為擬聲子晶體聚合體中散射體的數(shù)目，ri為晶胞散射體的半徑，a為擬聲子晶體晶格常數(shù)；
13、因此，各性能參數(shù)直接影響混凝土的強(qiáng)度、減振性能以及帶隙分布情況；因此、需要首先控制高分子地聚物混凝土充填率再控制各晶胞本身的大小或者級配，以滿足晶格常數(shù)與充填率的最佳耦合，因此，建議晶胞散射體最大粒徑ri小于0.03m，以便于控制骨料的級配。
14、上述地鐵隧道用減振降噪結(jié)構(gòu)體系的施工方法，包括以下步驟：
15、步驟一：測量放線，初次平整場地，向地基表層下一定深度范圍內(nèi)的土體注射注漿材料并利用攪拌機(jī)充分拌合攪拌，待拌合土體達(dá)到凝結(jié)后結(jié)束攪拌，利用壓力機(jī)將凝結(jié)后的地基表層拌合土體壓密平整，確保地基表面土層整體高差不大于10mm；
16、步驟二：根據(jù)設(shè)計圖紙中所定的隔振墻、減振樁走向、埋深和布點位置，開挖預(yù)埋隔振墻、減振樁的土石方；
17、步驟三：將改性橡膠包覆層包裹固定在支撐管的外表面，吊裝預(yù)制的隔振墻和支撐管分別放入開挖后的相應(yīng)位置處，將制備好的混凝土材料澆筑入支撐管內(nèi)形成減振樁；吊裝預(yù)制的一體式道床放置在地基表層對應(yīng)位置上構(gòu)成減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)；
18、步驟四：根據(jù)隔振墻設(shè)點方位，吊裝隔聲屏障層放置在地基表層對應(yīng)位置上，然后吊裝減振壁緊貼放置在隔聲屏障層上方構(gòu)成隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)。
19、這樣通過隔振墻、減振樁、改性土層和隔聲屏障構(gòu)成一個減振降噪的整體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)地鐵軌道交通的高效減振降噪體系。
20、上述方案中，地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系包括減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)和隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)；減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔振墻、改性土層、減振樁、地基和道床；隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔聲屏障層和減振壁。本地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系采用物化性能優(yōu)異、長效性能穩(wěn)定、低碳環(huán)保的作為減振結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合聲學(xué)超材料作為隔聲降噪結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)地鐵工程的高效低頻減振降噪和長效運維性，具備工藝簡單、后期維修費用低和生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點。
21、本專利技術(shù)主要具有以下有益效果：
22、一、本專利技術(shù)采用混凝土材料，其中粗骨料、改性發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒和地聚物砂漿的彈性常數(shù)和質(zhì)量密度差異顯著，在制備過程中改性發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒可懸浮包裹在粗骨料散射體表面形成晶胞，并嵌入地聚物砂漿基體中構(gòu)成三組元局域共振型聲子晶體結(jié)構(gòu)，其能夠生成寬頻低頻帶隙，可有效抑制阻隔地鐵運營過程中振動產(chǎn)生的低頻彈性波傳播，從而顯著減少低頻振動的影響。由于單一晶胞的聲子晶體三元結(jié)構(gòu)的減振帶隙只有一個，擬聲子晶體由多個晶胞組成，減振帶隙的數(shù)目與擬聲子晶體重晶胞數(shù)目相當(dāng)，要本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種地鐵隧道用低頻減振結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，包括減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)和隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔振墻、改性土層、減振樁、地基和道床，所述隔振墻扦插入所述地基內(nèi)部構(gòu)成兩側(cè)邊界，所述改性土層設(shè)置于所述隔振墻和所述地基構(gòu)成的凹槽頂部，所述減振樁從上往下依次穿過所述改性土層和所述地基，且所述減振樁的底部與所述隔振墻的底部齊平設(shè)置，所述道床設(shè)置在改性土層頂部；所述的隔振墻、減振樁、地基和道床的材質(zhì)均為高分子地聚物混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵隧道用低頻減振結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述減振樁包括改性橡膠包覆層、支撐管和攪拌樁，所述改性橡膠包覆層套設(shè)于所述支撐管的外表面，所述攪拌樁設(shè)置于所述支撐管的內(nèi)部，由混凝土攪拌混合而成；所述改性土層為地基表面土層內(nèi)注射注漿膠凝材料攪拌混合施工而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述高分子地聚物混凝土材料包括以重量分?jǐn)?shù)計的如下組分：粒化高爐礦渣微粉642～875份、粉煤灰275～375份、硅灰92～125份、粗骨料1326～1807份、細(xì)骨料
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述粗骨料粒徑為15～25mm，為玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r的一種或多種組合；所述細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為1.5～2.5，為河砂、機(jī)制砂、再生混凝土細(xì)骨料的一種或多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述聚苯乙烯高分子顆粒由發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒和改性劑制備而成；發(fā)泡聚苯乙烯高分子顆粒粒徑為1.5～3.0mm；所述改性劑摻量占比為1％～3％，為三乙醇胺、聚乙烯醇、瓜爾膠醚的一種或多種組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述堿激發(fā)劑為堿金屬氫氧化物、堿式硅酸鹽、堿式碳酸鹽、堿式硫酸鹽的一種或多種組合，其中優(yōu)選堿金屬氫氧化物和堿式硅酸鹽復(fù)合堿激發(fā)劑；所述高性能減水劑為高性能聚羧酸系減水劑。
7.權(quán)利要求1或3所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法，其特征在于，所述的高分子地聚物混凝土為擬聲子晶體混凝土三元結(jié)構(gòu)體，各參數(shù)滿足以下條件：
8.權(quán)利要求1所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種地鐵隧道用低頻減振結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，包括減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)和隔聲減振復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述減振隔振地基道床復(fù)合結(jié)構(gòu)包括隔振墻、改性土層、減振樁、地基和道床，所述隔振墻扦插入所述地基內(nèi)部構(gòu)成兩側(cè)邊界，所述改性土層設(shè)置于所述隔振墻和所述地基構(gòu)成的凹槽頂部，所述減振樁從上往下依次穿過所述改性土層和所述地基，且所述減振樁的底部與所述隔振墻的底部齊平設(shè)置，所述道床設(shè)置在改性土層頂部；所述的隔振墻、減振樁、地基和道床的材質(zhì)均為高分子地聚物混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵隧道用低頻減振結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述減振樁包括改性橡膠包覆層、支撐管和攪拌樁，所述改性橡膠包覆層套設(shè)于所述支撐管的外表面，所述攪拌樁設(shè)置于所述支撐管的內(nèi)部，由混凝土攪拌混合而成；所述改性土層為地基表面土層內(nèi)注射注漿膠凝材料攪拌混合施工而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的地鐵隧道用低頻減振降噪結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述高分子地聚物混凝土材料包括以重量分?jǐn)?shù)計的如下組分：粒化高爐礦渣微粉642～875份、粉煤灰275～375份、硅灰92～125份、粗骨料1326～1807份、細(xì)骨料1014～1382份、聚苯乙烯高分子顆粒2～6份、堿激發(fā)劑404～550份、高性能減...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：繆林昌，章本本，佘才高，王霆，王健，張靜，耿天霜，
申請(專利權(quán))人：南京地鐵集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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