Z形剛架半棚式明洞構造
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程，特別涉及一種能適應嚴重偏壓地形隧路結合帶防護危巖落 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造。
【背景技術】
[0002] 由于歷史經濟發(fā)展水平和技術條件限制，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構劣化，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、線路條件限制和設站支持地方經濟發(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，臨谷側有3?5m 土層覆蓋。
[0005] 若采用路基工程方案，靠山側刷坡高達59m，刷坡遠達73m，靠谷側需設置重力式 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，結合坡面危巖清除、加固和掛網攔 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，且結構自重大，投資高，與沿途自然景觀結 合較差。
[0007] 棚洞方案可與路基方案相結合，靠山側采用粧墻永久防護，靠谷側可采用剛架式 或墻式，并結合粧基托梁方式將外墻荷載傳遞到基巖，剛架式棚洞結構自重較小，由于施工 方便、對既有線干擾小，在既有線改造中大量采用，但結構剛度小，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構型式，其具有大幅減少開 挖土石方，并可與沿線景觀相結合，但是其結構異型，結構受力特性差，不美觀，可填土厚度 小，能承受落石荷載小，結構安全性差，且施工不方便，在鐵路隧道鮮有采用。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種Z形剛架半棚式明洞構造，以適應嚴重偏 壓地形隧路結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] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案如下：
[0011] 本發(fā)明的Z形剛架半棚式明洞構造，其特征是：包括設置于靠山側由仰拱段、邊墻 段和半幅拱頂段構成的半棚式明洞襯砌結構，設置于靠谷側由底縱梁、人字形異型曲柱和 頂縱梁、頂板構成的Z形剛架，以及設置于底縱梁下方的外側粧；所述底縱梁、頂縱梁沿線 路方向延伸，其上端與底縱梁固結的外側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；所述頂板與頂縱梁固結，其內 端與半幅拱頂段的拱頂固結。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是，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；結構美觀，對沿途景觀和植被破壞小，可與自然相協(xié)調；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是本發(fā)明Z形剛架半棚式明洞構造的斷面圖。
[0015] 圖中示出構件和對應的標記：內側粧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、下部外側柱21a、下部內側曲柱21b、上部曲柱21c、頂縱梁22、頂板 22a、挑檐23、外側粧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] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017] 參照圖1，本發(fā)明的Z形剛架半棚式明洞構造包括設置于靠山側由仰拱段11、邊墻 段12和半幅拱頂段13構成的半棚式明洞襯砌結構，設置于靠谷側由底縱梁20、人字形異 型曲柱21和頂縱梁22、頂板22a構成的Z形剛架，以及設置于底縱梁20下方的外側粧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固結的外側粧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。所述頂板22a與頂縱梁22固結，其內端與半幅拱頂段13的拱頂固結。
[0018] 本發(fā)明確定了一種介于單壓式明洞和全拱式棚洞之間的結構型式，靠谷側Z形剛 架的內輪廓與靠山側半棚式明洞襯砌結構一致，將單壓式明洞外墻適當內收，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 小帶來的結構不利。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由下部外側柱21a、下部內側曲柱21b和上部 曲柱21c構成，下部外側柱21a和下部內側曲柱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，下部外側柱21a、下部內側曲柱21b的下端分別固結于底縱梁 20的外側、內側，人字形異型曲柱21的內輪廓與半棚式明洞襯砌結構的內輪廓形成圓順銜 接。人字形異型曲柱21的寬度可結合基礎條件和底縱梁20設置情況確定，縱向厚度和間 距可結合高鐵車輛空氣動力效應和可能落石荷載大小經過綜合比較確定，柱間開孔還可作 為檢修通道和結構補強預留空間。
[0020] 參照圖1，所述頂縱梁22的外側壁橫向向外延伸形成挑檐23,挑檐23對下部結構 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外側形成約束。在擋塊35外側設置水溝縱向排水。
[0021] 參照圖1，所述靠山側沿線路方向間隔設置內側粧10,內側粧10與邊墻段12固結 為一體。
[0022] 以某山區(qū)高速鐵路為例，對基于本申請技術方案所設計的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XL 2m高，頂縱梁尺寸為1.5m寬XI. 5m高，擋塊尺寸為 0. 4m寬X 1. 0m高，挑檐高0. 5m，人字形異型曲柱位置對應位置設外側粧，粧截面尺寸為 2. OmX 2. Om，粧間距5m，粧長6m，按拱頂填土 1. 5m厚設計，計算縱向長度32m。主體結構均 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，結構和巖土物理力學參數(shù)見表1。
[0024] 表1結構和巖土的物理力學參數(shù)
[0025]
【主權項】
1. z形剛架半棚式明洞構造，其特征是：包括設置于靠山側由仰拱段（11)、邊墻段（12) 和半幅拱頂段（13)構成的半棚式明洞襯砌結構，設置于靠谷側由底縱梁（20)、人字形異型 曲柱（21)和頂縱梁（22)、頂板（22a)構成的Z形剛架，以及設置于底縱梁（20)下方的外側 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)固結的外側 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；所述頂板（22a)與頂縱梁（22)固結，其內端與半 幅拱頂段（13)的拱頂固結。
2. 如權利要求1所述的Z形剛架半棚式明洞構造，其特征是：所述人字形異型曲柱 (21)由下部外側柱（21a)、下部內側曲柱（21b)和上部曲柱（21c)構成，上部曲柱（21c)的 上端與頂縱梁（22)、頂板（22a)固結，下部外側柱（21a)、下部內側曲柱（21b)的下端分別 固結于底縱梁（20)的外側、內側，人字形異型曲柱（21)的內輪廓與半棚式明洞襯砌結構的 內輪廓形成圓順銜接。
3. 如權利要求2所述的Z形剛架半棚式明洞構造，其特征是：所述頂縱梁（22)的外側 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. 如權利要求1所述的Z形剛架半棚式明洞構造，其特征是：所述靠山側沿線路方向 間隔設置內側粧（10)，內側粧（10)與邊墻段（12)固結為一體。
【專利摘要】Z形剛架半棚式明洞構造，以適應嚴重偏壓地形隧路結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。包括設置于靠山側由仰拱段、邊墻段和半幅拱頂段構成的半棚式明洞襯砌結構，設置于靠谷側由底縱梁、人字形異型曲柱和頂縱梁、頂板構成的Z形剛架，以及設置于底縱梁下方的外側樁。所述底縱梁、頂縱梁沿線路方向延伸，其上端與底縱梁固結的外側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；所述頂板與頂縱梁固結，其內端與半幅拱頂段的拱頂固結。
【IPC分類】E01F7-04
【公開號】CN104594229
【申請?zhí)枴緾N201510029001
【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5月6日
【申請日】2015年1月21日