專利名稱：一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種地下建筑技術領域，具體地說是一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構。
背景技術：
我國部分省份廣泛分布有碳酸鹽巖，隧道或平硐穿越碳酸鹽巖地層時，不可避免的會遇到各種類型的巖溶溶洞。當溶洞高度大、寬度窄時，溶洞側壁面積大、網(wǎng)噴支護難度大、成本高、安全性差，溶洞側壁一般會放棄支護，尤其是溶洞較長且其走向與隧道或平硐一致時。破碎巖中的原生裂隙和施工擾動等因素可能造成巖石塌落，由于高度大，落石的沖擊能量高，會給隧道或平硐的施工和運營帶來一系列的困難，處理不當，會帶來極大的危害。目前隧道或平硐遇到溶洞時，主要從溶洞頂板和主體結構兩方面處理。即對溶洞頂板采取噴錨網(wǎng)、錨索、主動網(wǎng)等方式進行防護，主體結構則設置剛性緩沖結構。但對于高窄溶洞，現(xiàn)有方式存在以下問題
問題一溶洞高度大，側壁面積大，頂板防護時需要設置大量臨時支架、而狹窄空間又增加了施工難度，故施工周期長，造價較高。問題二溶洞頂板網(wǎng)噴支護施工時可能誘發(fā)溶洞頂板巖塊掉落，施工過程中存在安全隱患，高窄溶洞網(wǎng)噴施工屬高空作業(yè)，也存在一定安全隱患。問題三主體結構設置剛性緩沖時，考慮頂板可能發(fā)生的巖塊墜落，按照被動受力考慮，使得主體結構過于厚重，不經(jīng)濟。問題四主體結構設置剛性緩沖時，由于護拱與主體結構是剛性接觸，落石沖擊荷載在短時間內(nèi)傳遞至主體結構，極易造成主體結構損傷與開裂，甚至破壞，影響運營安全。問題五在溶洞不作全高度回填狀態(tài)下，溶洞積水不可避免。對于高窄溶洞，其水頭產(chǎn)生的壓力很大，應對傳統(tǒng)防護結構進行排水設計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種安全可靠、方便快捷的高窄溶洞防護結構，使其能消除施工期安全隱患，保證運營安全。本發(fā)明一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構位于高窄溶洞1內(nèi)，剛性的拱形防護罩 4位于隧道或平硐結構主體2的上方，且剛性防護罩4與主體結構2之間設置有預留空間 3，柔性的二元緩沖層位于剛性拱形防護罩4的上方，輔助排水排氣裝置7穿透剛性防護罩， 設置在弧形砂性土緩沖層5的層底。所述的柔性二元緩沖層為高彈材料緩沖層6，砂性土柔性緩沖層5，且高彈材料緩沖層6在上，砂性土柔性緩沖層5在下。所述剛性防護罩優(yōu)選為拱形，拱跨結構跨越溶洞，以便合理傳遞落石沖擊能。所述剛性拱形防護罩的拱跨結構矢跨比優(yōu)選為1/^1/8。所述剛性拱形防護罩材料優(yōu)選為鋼筋混凝土或型鋼混凝土或纖維混凝土 (混凝土強度不低于C25)。所述剛性拱形防護罩應坐落在穩(wěn)定巖石基礎上，最好利用硐壁作為外模板，以利充分接觸巖石基礎。所述柔性二元緩沖層中的高彈材料優(yōu)選為具有較強緩沖能力、抗腐蝕性、抗老化的彈性材料。所述柔性二元緩沖層中的高彈材料緩沖層優(yōu)選為圓管狀(Φ250πιπΓ 000πιπι)，且彼此緊扣成為結構體，不少于三層，以利充分消能。所述柔性二元緩沖層中的砂性土緩沖層優(yōu)選為具有較粗顆粒(0. 25mnT2. 00mm)、 較好滲透性(滲透系數(shù)不小于0. OOlcm/s)、有一定級配(泰波公式系數(shù)n=0. 35、. 45)的中粗砂(粒徑大于0. 25mm的顆粒質量超過總質量50%)。所述柔性二元緩沖層中的砂性土緩沖層應具有一定的厚度(2nTl0m)，以利充分消能，且能收集和疏導溶洞積水。剛性防護罩與主體結構之間預留一定的空間(0. 5nTl. 5m),以隔離防護罩與主體結構，避免主體結構受沖擊破壞，且該預留空間可作為檢查和維護的通道。排水裝置應穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層層底，排水裝置應有過濾功能(濾管孔隙率不小于25%，外罩尼龍網(wǎng)目數(shù)不少于40)，防止砂土流失。該發(fā)明一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構優(yōu)點是
優(yōu)點一由于不需要進行溶洞頂板與側壁網(wǎng)噴支護，而是采用了剛柔復合防護結構，從根本上解決了傳統(tǒng)噴錨網(wǎng)防護安全性差、防護不到位的缺陷，保障了主體結構的安全可靠。優(yōu)點二 剛性拱形防護罩為拱跨結構、外設柔性二元緩沖層，與傳統(tǒng)上只有剛性防護層相比，防護結構不致過厚而不經(jīng)濟，但又能有效保障防護結構的安全可靠。優(yōu)點三剛柔復合防護結構與主體結構之間預留一定空間，而不是剛性接觸，實現(xiàn)了防護結構與主體結構的分離、消減了危巖落石直接對主體結構的沖擊作用，也可以作為養(yǎng)護維修通道，方便對防護結構進行檢查和維修。優(yōu)點四砂性土緩沖層內(nèi)埋置排水裝置，快速消散溶洞內(nèi)積水，消減了高窄溶洞內(nèi)高水頭對防護層的壓力，有效保障了防護結構的安全可靠。優(yōu)點五本發(fā)明特別適用于高窄溶洞防護，也可用于邊仰坡較陡、存在危巖落石地段的明洞結構防護，在溶洞走向與主體結構一致或相近時優(yōu)勢更加明顯。


圖1是本實施例橫斷面示意圖。圖2是圖1的縱斷面示意圖。圖中所示構建、部位名稱及對應的標記溶洞壁1、主體結構2、預留空間3、拱形剛性防護罩4、砂性土柔性緩沖層5、高彈材料柔性緩沖層6、排水裝置7。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的特征做進一步詳細說明
根椐圖1和圖2所示，本發(fā)明一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構位于高窄溶洞1內(nèi)，剛性的拱形防護罩4位于隧道或平硐結構主體2的上方，且剛性防護罩4與主體結構2之間設置有預留空間3，柔性的二元緩沖層位于剛性拱形防護罩4的上方，輔助排水排氣裝置7 穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層5的層底。所述的柔性二元緩沖層為高彈材料緩沖層6，砂性土柔性緩沖層5，且高彈材料緩沖層6在上，砂性土柔性緩沖層5在下。一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構是這樣實現(xiàn)的首先清理溶洞壁1上的危石、 表層覆蓋物，并進行必要的溶洞壁臨時防護，保證防護結構施工期安全。清理拱形剛性防護罩4基腳，根據(jù)溶洞規(guī)模、主體結構2寬度、落石大小與落距等確定防護罩基腳凈距，基腳應位于穩(wěn)定危巖中，且以該穩(wěn)定圍巖為基腳外模板。根據(jù)溶洞規(guī)模、主體結構寬度、落石大小與高度等確定拱形剛性防護罩4拱厚、拱高、拱跨，一般使得矢跨比在1/Γ1/8之間，剛性防護罩材料選用鋼筋混凝土、型鋼混凝土或纖維混凝土。溶洞走向與主體結構一致或相近，溶洞段較長時，拱形剛性防護罩4可分段制模、 分段澆灌混凝土、分段養(yǎng)生，混凝土采用常規(guī)塌落度即可。溶洞段較短時，也可采用塌落度 18cm以上的流態(tài)自密實混凝土泵送入模。剛性防護罩上預埋通氣管道、排水通道7，且需留洞口作為后續(xù)施工人員與材料通道。剛性防護罩4達到一定齡期后，即可施作砂性土柔性緩沖層5，其厚度一般取 ，落石質量或落距巨大時，應根據(jù)沖擊能優(yōu)選確定，不宜超過10m，級配中粗砂。溶洞段
較長時，可采用高壓風攜帶干砂，尾氣從通氣管道排出。吹砂前，完成排水裝置安裝與鋪設。修整砂性土緩沖層5后，從預留洞口中運送圓管狀高彈材料6，不少于三層彼此鏈接后，即可形成高彈材料緩沖層6。應注意選用較好緩沖能力、抗腐蝕性及抗老化好的彈性材料。在剛柔二重防護結構保護下，進行主體結構2施工。注意在防護結構和主體結構2 之間預留一定的空間3，實現(xiàn)防護結構與主體結構的分離，也可作防護結構檢修通道，排水裝置也安裝在該預留空間中。
權利要求
1.一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構，其特征在于在高窄溶洞⑴內(nèi)，剛性的拱形防護罩⑷位于隧道或平硐結構主體⑵的上方，且剛性防護罩⑷與主體結構⑵之間設置有預留空間⑶，柔性的二元緩沖層位于剛性拱形防護罩⑷的上方，輔助排水排氣裝置(7)穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層ω的層底。
2.根椐權利要求1所述的一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構，其特征在于所述的柔性二元緩沖層為高彈材料緩沖層(6)和砂性土柔性緩沖層(5)；其高彈材料緩沖層(6)在上，砂性土柔性緩沖層⑶在下。
3.根椐權利要求1所述的一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構，其特征在于所述剛性防護罩優(yōu)選為拱形，拱跨結構跨越溶洞，所述剛性拱形防護罩的拱跨結構矢跨比優(yōu)選為 1/4 1/8。
4.根椐權利要求1所述的一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構，其特征在于所述剛性拱形防護罩材料優(yōu)選為鋼筋混凝土或型鋼混凝土或纖維混凝土。
5.根椐權利要求1所述的一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構，其特征在于所述柔性二元緩沖層中的高彈材料優(yōu)選為具有較強緩沖能力、抗腐蝕性、抗老化的彈性材料，形狀優(yōu)選為圓管狀，且彼此緊扣成為結構體，不少于三層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高窄溶洞隧道或平硐防護結構。在高窄溶洞⑴內(nèi)，剛性的拱形防護罩⑷位于隧道或平硐結構主體⑵的上方，且剛性防護罩⑷與主體結構⑵之間設置有預留空間⑶，柔性的二元緩沖層位于剛性拱形防護罩⑷的上方，輔助排水排氣裝置⑺穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層⑸的層底。其優(yōu)點在于能實現(xiàn)對高窄溶洞的剛柔二重防護，能快速通過施工瓶頸地段，減少危巖落石對工程造成嚴重危害，又能保障隧道或平硐主體結構施工及長期運營的安全性、耐久性和可靠性。
文檔編號E21D11/10GK102493818SQ20111037991
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者余火忠, 呂文志, 湯小明 申請人:中冶集團武漢勘察研究院有限公司