Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及土木工程，特別涉及一種能適應嚴重偏壓地形隧路結(jié)合帶防護危 巖落石的需要，并有效減少對線路沿途景觀和植被破壞的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于歷史經(jīng)濟發(fā)展水平和技術(shù)條件限制，許多既有鐵路傍山修建，存在大量高邊 坡，加之長時間風化剝蝕和結(jié)構(gòu)劣化，造成大量危巖、落石、邊坡塌方、甚至泥石流等災害， 嚴重影響既有線運營安全和損害經(jīng)濟發(fā)展，同時也帶來大量的既有線改造工程，大幅增加 鐵路養(yǎng)護成本。隨著高速鐵路的高速發(fā)展和沿江鐵路的大量規(guī)劃，傍山鐵路的數(shù)量將會大 量增加，路基高邊坡的也會大量出現(xiàn)，危巖落石嚴重危及高速運行列車的安全，產(chǎn)生更具破 壞性的后果。加之目前工程環(huán)保要求逐漸提高，且工程美學和大自然和諧發(fā)展也成為了時 代新的發(fā)展要求，因此嚴重偏壓地形隧路結(jié)合帶的工程方案研宄成為了一個新的熱點。
[0003] 目前，在嚴重偏壓地形地段為防止落石威脅，常采用的工程措施包括路基工程、明 洞、棚洞或者異型環(huán)保式棚洞。
[0004] 以某山區(qū)高速鐵路為例，由于地形、地質(zhì)、線路條件限制和設站支持地方經(jīng)濟發(fā)展 的需要，長距離傍山修建，該段橫坡陡峭，地形嚴重偏壓，基巖為泥巖夾砂巖，線路上方有危 巖落石，臨谷側(cè)有3~5m土層覆蓋。
[0005] 若采用路基工程方案，靠山側(cè)刷坡高達59m，刷坡遠達73m，靠谷側(cè)需設置重力式 擋墻或粧板墻支護，嚴重破壞沿線植被和景觀，路基開挖土石方量很大，且路基支擋工程量 大，且上方落石存在嚴重安全隱患，威脅列車運營安全，且養(yǎng)護費用高。
[0006] 若采用明洞方案，則可大幅減小開挖土石方量，結(jié)合坡面危巖清除、加固和掛網(wǎng)攔 截等措施，相比路基工程方案，可大幅提高列車運營安全，但單壓式明洞臨谷側(cè)基礎寬度 大，厚邊墻下需設置強的基礎以保證體系穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)自重大，投資高，與沿途自然景觀結(jié) 合較差。
[0007] 棚洞方案可與路基方案相結(jié)合，靠山側(cè)采用粧墻永久防護，靠谷側(cè)可采用剛架式 或墻式，并結(jié)合粧基托梁方式將外墻荷載傳遞到基巖，剛架式棚洞結(jié)構(gòu)自重較小，由于施工 方便、對既有線干擾小，在既有線改造中大量采用，但結(jié)構(gòu)剛度小，受力特性差，能承受落石 荷載??；墻式棚洞外墻自重大，會大幅增加外墻下部基礎的投資，且能承受落石荷載也小。
[0008] 異型環(huán)保式棚洞是近年來公路隧道采用較多的一種結(jié)構(gòu)型式，其具有大幅減少開 挖土石方，并可與沿線景觀相結(jié)合，但是其結(jié)構(gòu)異型，結(jié)構(gòu)受力特性差，不美觀，可填土厚度 小，能承受落石荷載小，結(jié)構(gòu)安全性差，且施工不方便，在鐵路隧道鮮有采用。 【實用新型內(nèi)容】
[0009] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，以適應嚴 重偏壓地形隧路結(jié)合帶防護危巖落石的需要，有效減少對線路沿途景觀和植被破壞。
[0010] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0011] 本實用新型的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，其特征是：包括設置于靠山側(cè)由仰拱段、 邊墻段和半幅拱頂段構(gòu)成的半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)，設置于靠谷側(cè)由底縱梁、人字形異型曲 柱和頂縱梁、頂板構(gòu)成的Z形剛架，以及設置于底縱梁下方的外側(cè)粧；所述底縱梁、頂縱梁 沿線路方向延伸，其上端與底縱梁固結(jié)的外側(cè)粧沿線路方向間隔設置；所述人字形異型曲 柱沿線路方向間隔設置，其上端、下端分別與頂縱梁、底縱梁固結(jié)；所述頂板與頂縱梁固結(jié)， 其內(nèi)端與半幅拱頂段的拱頂固結(jié)。
[0012] 本實用新型的有益效果是，Z形剛架半棚式明洞具有開挖小，能承受落石荷載較 大，受力特性較好；結(jié)構(gòu)美觀，對沿途景觀和植被破壞小，可與自然相協(xié)調(diào)；可利用模板臺 車配合普通模板施工等優(yōu)點，
【附圖說明】
[0013] 本說明書包括如下一幅附圖：
[0014] 圖1是本實用新型Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造的斷面圖。
[0015] 圖中示出構(gòu)件和對應的標記：內(nèi)側(cè)粧10、仰拱段11、邊墻段12、拱頂段13 ;底縱梁 20、人字形異型曲柱21、下部外側(cè)柱21a、下部內(nèi)側(cè)曲柱21b、上部曲柱21c、頂縱梁22、頂板 22a、挑檐23、外側(cè)粧24 ;防水層30、砂礫石過濾層31、夯填土石層32、粘土隔水層33、回填 種植土層34、擋塊35、衆(zhòng)砌片石層36。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0017] 參照圖1，本實用新型的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造包括設置于靠山側(cè)由仰拱段11、 邊墻段12和半幅拱頂段13構(gòu)成的半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)，設置于靠谷側(cè)由底縱梁20、人字形 異型曲柱21和頂縱梁22、頂板22a構(gòu)成的Z形剛架，以及設置于底縱梁20下方的外側(cè)粧 24。所述底縱梁20、頂縱梁22沿線路方向延伸，其上端與底縱梁20固結(jié)的外側(cè)粧24沿線 路方向間隔設置。所述人字形異型曲柱21沿線路方向間隔設置，其上端、下端分別與頂縱 梁22、底縱梁20固結(jié)。所述頂板22a與頂縱梁22固結(jié)，其內(nèi)端與半幅拱頂段13的拱頂固 結(jié)。
[0018] 本實用新型確定了一種介于單壓式明洞和全拱式棚洞之間的結(jié)構(gòu)型式，靠谷側(cè)Z 形剛架的內(nèi)輪廓與靠山側(cè)半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)一致，將單壓式明洞外墻適當內(nèi)收，以便減 少圬工和有稍好的基礎條件，同時作為外墻的Z形剛架柱頂有較大的尺寸，以適應縱向尺 寸減小帶來的結(jié)構(gòu)不利。外墻Z形剛架柱底采用擴大基礎方式，且在Z形剛架柱底開洞成 人字形，既增大了柱底慣性矩，又減小了圬工和自重。
[0019] 參照圖1，所述人字形異型曲柱21由下部外側(cè)柱21a、下部內(nèi)側(cè)曲柱21b和上部 曲柱21c構(gòu)成，下部外側(cè)柱21a和下部內(nèi)側(cè)曲柱21b形成柱間開孔。上部曲柱21c的上端 與頂縱梁22、頂板22a固結(jié)，下部外側(cè)柱21a、下部內(nèi)側(cè)曲柱21b的下端分別固結(jié)于底縱梁 20的外側(cè)、內(nèi)側(cè)，人字形異型曲柱21的內(nèi)輪廓與半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓形成圓順銜 接。人字形異型曲柱21的寬度可結(jié)合基礎條件和底縱梁20設置情況確定，縱向厚度和間 距可結(jié)合高鐵車輛空氣動力效應和可能落石荷載大小經(jīng)過綜合比較確定，柱間開孔還可作 為檢修通道和結(jié)構(gòu)補強預留空間。
[0020] 參照圖1，所述頂縱梁22的外側(cè)壁橫向向外延伸形成挑檐23,挑檐23對下部結(jié)構(gòu) 進行保護。頂縱梁22的上壁豎向向上延伸形成擋塊35,擋塊35對夯填土石層32、粘土隔 水層33和回填種植土層34外側(cè)形成約束。在擋塊35外側(cè)設置水溝縱向排水。
[0021] 參照圖1，所述靠山側(cè)沿線路方向間隔設置內(nèi)側(cè)粧10,內(nèi)側(cè)粧10與邊墻段12固結(jié) 為一體。
[0022] 以某山區(qū)高速鐵路為例，對基于本申請技術(shù)方案所設計的Z形剛架半棚式明洞的 安全性分析如下：
[0023] 拱部、頂板和仰拱厚0.8m，靠山側(cè)邊墻厚1. 2m，人字形異型曲柱厚2m，縱向間 距5m，底縱梁尺寸為3. 6m寬X1.2m高，頂縱梁尺寸為1.5m寬X1.5m高，擋塊尺寸為 0.4m寬XI.Om高，挑檐高0.5m，人字形異型曲柱位置對應位置設外側(cè)粧，粧截面尺寸為 2.OmX2.0m，粧間距5m，粧長6m，按拱頂填土I. 5m厚設計，計算縱向長度32m。主體結(jié)構(gòu)均 采用C35鋼筋砼，仰拱填充和溝槽采用C20砼。對該工程采用MIDAS/GTS進行三維數(shù)值模 擬分析，結(jié)構(gòu)和巖土物理力學參數(shù)見表1。
[0024] 表1結(jié)構(gòu)和巖土的物理力學參數(shù)
[0025]
【主權(quán)項】
1. Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，其特征是：包括設置于靠山側(cè)由仰拱段（11)、邊墻段（12) 和半幅拱頂段（13)構(gòu)成的半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)，設置于靠谷側(cè)由底縱梁（20)、人字形異型 曲柱（21)和頂縱梁（22)、頂板（22a)構(gòu)成的Z形剛架，以及設置于底縱梁（20)下方的外側(cè) 粧（24);所述底縱梁（20)、頂縱梁（22)沿線路方向延伸，其上端與底縱梁（20)固結(jié)的外側(cè) 粧（24)沿線路方向間隔設置；所述人字形異型曲柱（21)沿線路方向間隔設置，其上端、下 端分別與頂縱梁（22)、底縱梁（20)固結(jié)；所述頂板（22a)與頂縱梁（22)固結(jié)，其內(nèi)端與半 幅拱頂段（13)的拱頂固結(jié)。
2. 如權(quán)利要求1所述的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，其特征是：所述人字形異型曲柱 (21)由下部外側(cè)柱（21a)、下部內(nèi)側(cè)曲柱（21b)和上部曲柱（21c)構(gòu)成，上部曲柱（21c)的 上端與頂縱梁（22)、頂板（22a)固結(jié)，下部外側(cè)柱（21a)、下部內(nèi)側(cè)曲柱（21b)的下端分別 固結(jié)于底縱梁（20)的外側(cè)、內(nèi)側(cè)，人字形異型曲柱（21)的內(nèi)輪廓與半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)的 內(nèi)輪廓形成圓順銜接。
3. 如權(quán)利要求2所述的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，其特征是：所述頂縱梁（22)的外側(cè) 壁橫向向外延伸形成挑檐（23)，頂縱梁（22)的上壁豎向向上延伸形成擋塊（35)。
4. 如權(quán)利要求1所述的Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，其特征是：所述靠山側(cè)沿線路方向 間隔設置內(nèi)側(cè)粧（10)，內(nèi)側(cè)粧（10)與邊墻段（12)固結(jié)為一體。
【專利摘要】Z形剛架半棚式明洞構(gòu)造，以適應嚴重偏壓地形隧路結(jié)合帶防護危巖落石的需要，有效減少對線路沿途景觀和植被破壞。包括設置于靠山側(cè)由仰拱段、邊墻段和半幅拱頂段構(gòu)成的半棚式明洞襯砌結(jié)構(gòu)，設置于靠谷側(cè)由底縱梁、人字形異型曲柱和頂縱梁、頂板構(gòu)成的Z形剛架，以及設置于底縱梁下方的外側(cè)樁。所述底縱梁、頂縱梁沿線路方向延伸，其上端與底縱梁固結(jié)的外側(cè)樁沿線路方向間隔設置。所述人字形異型曲柱沿線路方向間隔設置，其上端、下端分別與頂縱梁、底縱梁固結(jié)；所述頂板與頂縱梁固結(jié)，其內(nèi)端與半幅拱頂段的拱頂固結(jié)。
【IPC分類】E01F7-04
【公開號】CN204530520
【申請?zhí)枴緾N201520039921
【發(fā)明人】余大龍, 張涵, 楊建民, 陶偉民, 李煜川, 楊波, 王磊, 陳朗, 馬婷婷
【申請人】中鐵二院工程集團有限責任公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月21日