專利名稱：一種旅游條件下防古地下洞室頂板危石掉塊傷人的框架擋石網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可防旅游條件古洞室(包括石窟寺)頂板危石掉塊傷人的方法， 尤其涉及一種框架擋石網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
這里所述的可用于旅游的古洞室，包括屬于古人建造的與佛教有關(guān)的石窟寺、古地下采石場和古地下采礦場等。這些古地下洞室對于許多游客來說，是很有吸引力的，許多景區(qū)已成為旅游的熱點，其中有的景區(qū)已經(jīng)成為世界文化遺產(chǎn)，如敦煌石窟、云R石窟、龍門石窟和大足石窟等。由于古地下工程跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且歷史久遠，所以位于洞室表面各種裂縫以及由這些裂縫切割出來的危石掉塊問題比較嚴重。從旅游安全角度看，在古地下洞室的頂板上出現(xiàn)各種潛在危石和危石掉塊的現(xiàn)象是不可忽略的。例如，著名旅游景區(qū)浙江省龍游石窟的5號洞、浙江省遂昌唐代金窟以及安徽省的花山謎窟等處都發(fā)生過危石掉塊現(xiàn)象；另外，經(jīng)現(xiàn)場考察，世界文化遺產(chǎn)、著名旅游景區(qū)云R石窟3號洞的頂板也因水平巖層已經(jīng)部分脫落而存在著潛在的不穩(wěn)定塊體和潛在危石等問題。申請者認為，就古洞室旅游而言，危石掉塊對游客安全的威脅甚至大于洞室局部圍巖的失穩(wěn)問題，因為后者因其發(fā)生的規(guī)律性較強而容易被發(fā)現(xiàn)，也容易引起景區(qū)管理者的重視，能及時采用現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)和加固技術(shù)(例如，具有加固效果好且加固后露在外面的錨頭部位較小的錨桿加固技術(shù))加以監(jiān)測和加固。但所述的危石掉塊問題則不然，它的發(fā)生往往是隨機的，并因體積較小而容易被忽略，且也無法采用上述錨桿加固技術(shù)。當(dāng)洞室較高時，危石掉塊雖小，沖量卻很大，所以對游客安全的威脅仍然很大。問題的嚴重性還在于目前缺少對處于旅游條件下洞室頂板危石掉塊問題的有效加固手段。有些對于非旅游非文物保護的地下洞室來說效果很好的加固手段卻不能用于或不能大面積地用于旅游條件下洞室頂板危石掉塊的防治。另外，也由于缺乏相應(yīng)的有效監(jiān)測技術(shù)而使管理者處于難以避開危險區(qū)的被動狀態(tài)，使問題變得更加嚴重。顯然，在這種狀態(tài)下如何應(yīng)對旅游條件下古洞室頂板危石掉塊傷人的問題就變得十分突出。目前可用于旅游洞室頂板危石掉塊的現(xiàn)有技術(shù)有噴射混凝土和在頂板上直接掛網(wǎng)兩種，以下將這兩種技術(shù)用于危石掉塊問題治理時的效果及可能產(chǎn)生的問題作如下分析1.噴射混凝土技術(shù)及可能存在的問題由于噴射混凝土在強大的噴射力作用下可以用砂漿把圍巖中的裂縫填滿，把各個巖石粘在穩(wěn)定的圍巖上，并形成一塊有一定強度的噴射混土層與巖層的聯(lián)合體，所以該項技術(shù)在防現(xiàn)在地下工程頂板危石掉塊方面十分有效。但問題是所研究對象是有著文物價值和旅游價值的古洞室，由于噴射混凝土層可以掩蓋頂板使它整體或部分成為一個混凝土殼，而使旅游條件下古洞室(特別屬于不可移動文物的洞室)的景區(qū)遭到嚴重破壞，對其文物價值和旅游價值造成不可挽回的破壞。顯然，現(xiàn)有的噴射混凝土技術(shù)并不適用于古洞室頂板上的危石掉塊問題。2.在頂板上直接掛網(wǎng)技術(shù)及可能存在的問題為了防止洞室頂板危石掉塊傷人事故的發(fā)生，也可采用直接在可能發(fā)生危石掉塊處掛網(wǎng)擋石。這項技術(shù)盡管有效，但仍可造成以下3個問題第一，直接掛網(wǎng)需在頂板上安裝錨桿，對屬于文物的洞室造成了一定的破壞；第二，破壞了景觀；第三，當(dāng)危石掉塊裝滿掛網(wǎng)時，往往難以取出，并形成新的危險?？傊陧敯迳现苯訏炀W(wǎng)也不適用于古洞室頂板上的危石掉塊問題。鑒于上述兩項現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，本發(fā)明提出了框架擋石網(wǎng)防危石掉塊技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于在古洞室旅游中防頂板掉塊傷人問題的迫切需要，并考慮到迄今為止尚無專門防治技術(shù)這一點，本發(fā)明專利請求書提出了一種用于旅游條件下防古洞室頂板危石掉塊傷人的框架擋石網(wǎng)方法。該方法主要包括通過對洞室的工程地質(zhì)力學(xué)研究確定該洞室圍巖不穩(wěn)定區(qū)域或可能不穩(wěn)定區(qū)，并充分考慮旅游觀光的需求，確定洞室較安全的通道，作為旅游路線；在旅游路線所經(jīng)之處找出上方頂板產(chǎn)生有可能產(chǎn)生危石掉塊的部位，并按照旅游路線所經(jīng)之處的寬度分段設(shè)置不同規(guī)格用于支撐網(wǎng)框的立柱；利用縱、橫鋼絲繩在網(wǎng)框上編織擋石網(wǎng)；通過連接板、固定螺栓等將帶有擋石網(wǎng)的網(wǎng)框固定在立柱上；根據(jù)需要防護的游步道的長度及相關(guān)尺寸，將若干組立柱、網(wǎng)框、擋石網(wǎng)等連接起來，形成可方便游客在游步道中行進的防危石掉塊的框架擋石網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明是針對可能發(fā)生于旅游洞室頂板上的危石掉塊傷人問題而提出的一項專門保護技術(shù)，具有以下優(yōu)點(1)由于預(yù)先確定旅游安全通道，并在通道上劃分潛在危石掉塊區(qū)，所以僅將框架擋石網(wǎng)用在劃出的潛在危石掉塊區(qū)即可。對于肯定不存在危石掉塊問題的路段可以不布置框架擋石網(wǎng)，以節(jié)約經(jīng)費。簡言之，它們可靈活地僅布置在頂板可能發(fā)生危石掉塊的部位。(2)由于防銹處理的鋼絲繩或不銹鋼鋼絲繩制造的擋石網(wǎng)是根據(jù)可能發(fā)生危石掉塊的大小和高度決定采用單層網(wǎng)還是采用雙層網(wǎng)及其強度，所以它不僅在潮濕的地下洞室中不易生銹，安全可靠，而且節(jié)約經(jīng)費。(3)在可能發(fā)生危石掉塊的較長路段，允許采用長方形或非長方形框架擋石網(wǎng)，按照具體情況靈活地連接成符合既定旅游路線分布空間的安全通道。(4)對于底板不需要保護的洞室某些路段，支撐網(wǎng)框的立柱可以埋入底板，以求更高的穩(wěn)定性并節(jié)約經(jīng)費。對于底板因具有珍貴石雕等原因而需要保護的洞室的某些路段， 上述立柱的腳部借助于可拆除的底板墊加以保護。立柱也經(jīng)特殊設(shè)計而放置在底板墊上， 以避免立柱底面與受保護的底板之間的直接接觸。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖1是安裝于洞室中兩個相接的防頂板危石掉塊傷人的長方形框架擋石網(wǎng)示意圖；圖2是根據(jù)潛在危石掉塊的分布范圍布置框架擋石網(wǎng)示意圖；圖3是異形立柱示意圖；圖4是單層網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中附圖標記說明1-欄桿固定螺栓；2-立柱；3-存在潛在危石掉塊的洞室頂板；4-連接板；5-連接板固定螺栓；6-網(wǎng)框與支柱間的固定螺栓；7-洞室底板；8-1號網(wǎng)框左縱梁；9-橫向欄桿；10-縱向欄桿；11-擋石網(wǎng)的橫向鋼絲；12-網(wǎng)的縱向鋼絲；13-網(wǎng)框與支柱間的粘結(jié)砂漿；14-2號網(wǎng)框后橫梁；15-底板墊；16-1號網(wǎng)框前橫梁；17-1號網(wǎng)框右縱梁；18-擋石網(wǎng)； 19-1號網(wǎng)框后橫梁；20-2號網(wǎng)框前橫梁；21-2號網(wǎng)框右縱梁；22_2號網(wǎng)框左縱梁；23-存在潛在危石掉塊的頂板分布區(qū)與無潛在危石掉塊頂板分布區(qū)的分界線；24-不設(shè)框架擋石網(wǎng)的旅游路段；25-可以確定無潛在危石掉塊的頂板分布區(qū)；26-縱向柱頂翼；27-橫向柱頂翼；28-鋼絲的穿框彎頭；29-鋼絲穿孔；30-鋼絲頭、尾部的焊接；31-上層網(wǎng)縱向粗鋼絲；32-上層網(wǎng)橫向粗鋼絲；33-下層網(wǎng)縱向細鋼絲；34-下層網(wǎng)橫向細鋼絲。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。1.在實施本專利所述的框架擋石網(wǎng)方法之前，需要完成以下基礎(chǔ)工作針對相關(guān)洞室進行詳細的工程地質(zhì)和巖石力學(xué)研究，確定其中與旅游有關(guān)部分的洞室分布、洞室尺寸等工程條件，作出工程地質(zhì)條件評價，再借助于圍巖穩(wěn)定性分析劃出可能不穩(wěn)定區(qū)。在充分考慮文物保護原則和旅游需求的條件下，對于這些可能不穩(wěn)定區(qū)采用立柱支頂和錨噴技術(shù)等進行必要的加固，以確保整個被開發(fā)旅游洞室的穩(wěn)定。分析上述已經(jīng)確定的洞室圍巖不穩(wěn)定區(qū)域或可能不穩(wěn)定區(qū)，并充分考慮旅游觀光的需求，確定相關(guān)洞室較為安全的通道， 作為旅游路線。2.在旅游路線所經(jīng)之處找出上方頂板產(chǎn)生有可能產(chǎn)生危石掉塊的頂板3，并按照旅游路線所經(jīng)之處的寬度分段設(shè)置不同規(guī)格的立柱2;立柱2位于網(wǎng)框(8、14、16、17、 19-22)四個角的下部，用于支撐網(wǎng)框，要求在擋石網(wǎng)18及網(wǎng)框(8、14、16、17、19-22)受到危石掉塊沖擊時確保框架擋石網(wǎng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定。對于一組框架擋石網(wǎng)而言，通常采用4根立柱2。在具體實施中需考慮以下幾點(1)立柱2通常采用鋼筋混凝土制造，必要時也可采用鋼結(jié)構(gòu)，但需采取有效的防銹措施。(2)當(dāng)在洞室底板7需加保護的路段上架設(shè)框架擋石網(wǎng)時，在立柱2腳部與洞室底板7的交界面上增設(shè)底板墊15。底板墊15可采用厚5mm的PVC防滑軟板。一般情況下，立柱立在底板墊15之上，以免壓壞需要保護的洞室底板。在這種條件下，為保證框架擋石網(wǎng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，可考慮采用以下兩條措施第一，擴大立柱的柱腳；第二，在沿著旅游路線前進的方向上，采用連桿將處于同邊的立柱的柱腳連在一起。
(3)必要時可增大立柱的頭部，即采用異形柱頭(見圖3)，利用它的縱向柱頂翼沈和橫向柱頂翼27增加它與網(wǎng)框之間的接觸面，同時增加兩者之間的固定螺栓6。(4)當(dāng)在某些不需要保護底板的路段架設(shè)框架擋石網(wǎng)時，則采用挖孔將各立柱2 的柱腳埋入地下的穩(wěn)固措施。(5)對于兩個高度相近相鄰的框架擋石網(wǎng)，兩根分別來自相鄰的框架擋石網(wǎng)的相鄰立柱2可以合成1根立柱2，以節(jié)約經(jīng)費。3.根據(jù)防危石掉塊具體路段的現(xiàn)場條件，選定合適的擋石網(wǎng)18 ；按照圖1和圖4 所示的方式將縱、橫鋼絲繩(11、12、31-34)進行編織，并留出鋼絲的穿框彎頭觀；將編織好的網(wǎng)鋪設(shè)于網(wǎng)框上，將鋼絲的穿框彎頭觀穿過網(wǎng)框上的鋼絲穿孔四并將鋼絲的頭、尾部與網(wǎng)框焊接30起來。然后，通過連接板4、固定螺栓5、6以及粘結(jié)砂漿13等將帶有擋石網(wǎng)18 的網(wǎng)框的縱梁(8和17)、橫梁(16、19)固定在立柱2上；必要時也可采用與連接板4類似的構(gòu)件在網(wǎng)框的橫向方向(即與旅游路線前進方向相垂直的方向)上，將網(wǎng)框的橫梁與立柱連接起來。要求擋石網(wǎng)18和網(wǎng)框(8、14、16、17、19-2 能承受危石掉塊在最不利條件下的沖擊。為適應(yīng)洞室環(huán)境較潮濕的特點，擋石網(wǎng)可考慮采用防銹處理后的鋼絲繩或不銹鋼鋼絲繩制作，網(wǎng)框可以采用防銹處理后的鋼材或鋼筋混凝土制作。根據(jù)現(xiàn)場條件，擋石網(wǎng)18可選擇單層網(wǎng)(圖4)或是雙層網(wǎng)(圖幻。一般而言，當(dāng)估計潛在危石掉塊的塊度較均勻時， 可考慮采用單層網(wǎng)，但要求網(wǎng)眼尺寸小于危石掉塊的最小尺寸；當(dāng)塊度大小差異較大時，可考慮采用雙層網(wǎng)。在確定雙層網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸時可考慮以下幾點第一，對于潛在危石掉塊，按塊度分為兩類，即較大塊體類和較小塊體類，分類的結(jié)果使劃歸于同一類的掉塊塊度變得較為均勻；第二，網(wǎng)眼較大的網(wǎng)通常位于上面，它的網(wǎng)眼尺寸要求小于較大塊體類中的最小者的尺寸；第三，網(wǎng)眼較小的網(wǎng)則位于下面，要求它的網(wǎng)眼尺寸小于較小塊體類中的最小者的尺寸。4.上述立柱2、網(wǎng)框(8、14、16、17、19-22)、擋石網(wǎng)18連接起來之后便組成了一組框架擋石網(wǎng)，根據(jù)需要防護的游步道的長度及相關(guān)尺寸，將若干組上述擋石網(wǎng)連接起來，便形成可方便游客在游步道中行進的防危石掉塊的框架擋石網(wǎng)系統(tǒng)。5.為確保游客安全，作為配套技術(shù)，還采用欄桿9、10阻止游客走出旅游線規(guī)定的范圍。欄桿9、10包括順著旅游路線前進方向布置的縱向欄桿10和與旅游路線前進方向垂直的橫向欄桿9，是本發(fā)明所述的框架擋石網(wǎng)的配裝設(shè)備。設(shè)置它們的目的是防止游客誤出擋石網(wǎng)的保護區(qū)而受到危石掉塊的傷害。所以在不設(shè)置框架擋石網(wǎng)的區(qū)段也應(yīng)設(shè)置欄桿。另外，屬于自然條件下產(chǎn)生的地下洞穴(例如產(chǎn)生于灰?guī)r中的巖溶洞和產(chǎn)生于丹霞地貌區(qū)的洞穴等)也會產(chǎn)生危石掉塊現(xiàn)象。對于這類在旅游條件下可傷人的掉塊問題， 申請者提出的本項發(fā)明技術(shù)也同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種旅游條件下防古洞室頂板危石掉塊傷人的框架擋石網(wǎng)方法，該方法包括a通過對古洞室的工程地質(zhì)力學(xué)研究確定不穩(wěn)定區(qū)域，并充分考慮旅游觀光的需求，為所研究的洞室確定安全通道，作為旅游路線；b在旅游路線所經(jīng)之處找出上方頂板產(chǎn)生危石掉塊的部位，并按照旅游路線所經(jīng)之處的寬度分段設(shè)置不同規(guī)格的立柱，要求擋石網(wǎng)及網(wǎng)框受到危石掉塊沖擊時仍保持整體穩(wěn)定；c利用縱、橫鋼絲繩在網(wǎng)框上編織擋石網(wǎng)，并將鋼絲繩的頭部和尾部焊接于網(wǎng)框上；d通過連接板、固定螺栓將帶有擋石網(wǎng)的網(wǎng)框固定在立柱上，便形成了一組框架擋石網(wǎng)；e用螺栓將若干組框架擋石網(wǎng)連接起來，形成可方便游客在其中行進的防危石掉塊的框架擋石網(wǎng)系統(tǒng)；f為確保游客安全，作為配套技術(shù)，在框架擋石網(wǎng)的還采用欄桿阻止游客走出旅游路線所規(guī)定的范圍；g為保護某些有文物價值的古洞室底板，在框架擋石網(wǎng)下方游客行走的底板上鋪有可移動的對底板無任何傷害的底板墊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的擋石網(wǎng)可由防銹處理后的鋼絲繩或不銹鋼鋼絲繩按照縱橫交錯的方式編織而成，可采用單層或雙層網(wǎng)；當(dāng)某部位頂板將產(chǎn)生尺寸均勻的掉塊時，可采用單層網(wǎng)時，其網(wǎng)眼的尺寸小于任何從頂板上掉下來的危石；當(dāng)某部位頂板將產(chǎn)生尺寸相差大的掉塊時，可采用兩張規(guī)格不同的網(wǎng)疊和一起組成雙層網(wǎng)，其中網(wǎng)眼大、用粗鋼絲編織的強度高的網(wǎng)被設(shè)置在上一層的位置，主要承受較大的沖擊力，而用細鋼絲編織的網(wǎng)眼小的網(wǎng)則被設(shè)置在下一層的位置，主要用于防止尺寸小的掉塊穿網(wǎng)而過。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述網(wǎng)框由防銹處理的鋼材或鋼筋混凝土制作而成，由前、后橫梁和左、右縱梁組成；所述網(wǎng)框位于擋石網(wǎng)下部用于支撐擋石網(wǎng)；所述網(wǎng)框的四周設(shè)置鋼絲穿孔便于擋石網(wǎng)的編織；所述網(wǎng)框一般為長方形，但可根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置為任意四邊形，并且兩個相鄰網(wǎng)框的形狀和大小可以不相同。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的立柱由防銹處理后的鋼材或鋼筋混凝土制作而成；所述的一組框架擋石網(wǎng)一般有四根立柱，立柱置于所述網(wǎng)框四個角的下部； 對于兩組高度相近相鄰的框架擋石網(wǎng)，兩根分別來自相鄰的框架擋石網(wǎng)的相鄰立柱可以合成一根立柱，以節(jié)約成本；當(dāng)洞室底板不需要保護時，則采用挖孔將立柱的柱腳埋入地下的穩(wěn)固措施；當(dāng)在洞室底板需加保護的路段上架設(shè)框架擋石網(wǎng)時，則在立柱腳部與洞室底板的交界面上增設(shè)底板墊，此時需擴大立柱的柱腳并將柱腳連在一起，或者采用異形柱頭，利用它的縱向柱頂翼和橫向柱頂翼增加它與網(wǎng)框之間的接觸面。
5.如權(quán)利要求1、4所述的方法，其特征在于當(dāng)洞室底板需要保護時，專門設(shè)置所述底板墊；在游客行走游覽的條件下，所述底板墊不滑、不絆腳；所述底板墊不對洞室地板有任何污染和損害，并拆除方便，即“可逆”。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旅游條件下防古地下洞室頂板危石掉塊傷人的框架擋石網(wǎng)方法，該方法是通過以下步驟實現(xiàn)的確定待保護地下洞室的安全通道，作為旅游路線；在旅游路線所經(jīng)之處找出上方頂板有可能產(chǎn)生危石掉塊的部位，并分段設(shè)置不同規(guī)格的支撐網(wǎng)框的立柱；利用縱、橫鋼絲繩在網(wǎng)框上編織擋石網(wǎng)；通過連接板、固定螺栓等將帶有擋石網(wǎng)的網(wǎng)框固定在立柱上；將若干組立柱、網(wǎng)框、擋石網(wǎng)等連接起來，形成可方便游客在游步道中行進的防危石掉塊的框架擋石網(wǎng)系統(tǒng)。對于古地下洞室來說，上述擋石網(wǎng)技術(shù)可在不對洞室有損害的條件進行安裝、拆除、重建等。這說明本項技術(shù)是可逆的，符合文物保護的原則。
文檔編號E02D31/00GK102352635SQ201110165398
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者姜鍇, 張中儉, 李麗慧, 楊志法 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所