专利名称：一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚的制作方法
技术领域：
本发明技术涉及高寒多年冻土地区隧道洞口施工中，用于隔热保温的钢桁架弧棚，特别是钢桁架弧棚的结构。
背景技术：
目前我国在海拨超过4300米以上高寒冻土地区修建5公里左右的大跨度双线公路隧道尚属首次，冻土施工有许多世界性难题亟待解决。根据已建成并投入运行的青藏铁路隧道洞口施工经验，主要是在洞口搭设简易遮阳棚(钢管支架结构上覆军用棉被、土工布、彩条布)起到夏季防冻土热融、冬季洞内防寒保温的作用，简要的说就是对隧道洞口冻土采用措施进行“控温”，外界温度高时冻土不致融化，外界温度低时衬砌砼不致冻伤。公路隧道设计洞口开挖后，边坡顶跨度大，采用满堂支架搭设简易遮阳棚已经不现实。因此设计大跨度钢桁架弧棚结构，以满足双线公路隧道洞口施工已经势在必行。
发明内容
本发明技术要解决的技术问题是:提供一种安全可靠、受力合理、安装简便的用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，以克服高寒多年冻土隧道洞口施工的夏季隔热难、冬季保温难问题，确保高寒地区隧道洞口顺利施工。本发明所采用的技术方案为:一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，包括主桁架结构、支撑联系结构和屋面结构。主桁架结构两端为支撑联系结构，相邻主桁架结构之间为屋面结构。主桁架结构由七榀呈倒三角形的钢管桁架、十六根桁架拉杆和屋面檩条构成。钢管桁架上部的两根1#钢管以及下部的一根2#钢管排列成倒等腰三角形；1#钢管之间通过4#钢管连接，1#钢管和2#钢管之间通过3#钢管和5#钢管连接，4#钢管与3#钢管构成倒等腰三角形；钢管桁架的矢跨比为4:35。主桁架结构由七榀呈倒三角形的钢管桁架构成，每榀钢管桁架上部包括两根1#钢管、下部包括一根2#钢管排列成倒等腰三角形、1#钢管之间以及1#与2#钢管间均采用钢管相互焊接，组成每榀钢管桁架。每榀钢管桁架矢跨比为4:35。屋面檩条采用方钢管作为檩条。支撑联系结构由十四根钢管立柱、八根立柱拉杆、基础和八十四根钢丝绳组成。支撑联系结构采用钢管立柱作为钢管桁架的立柱支撑，钢管立柱用钢管制作；第二、三榀和第五、六榀钢管立柱之间由圆钢拉杆呈剪刀撑连接紧固；每根钢管立柱有六道钢丝绳，钢丝绳另一端分别连接在钢管桁架和钢丝绳基础上，钢丝绳中间设花篮螺栓连接并张拉紧固。屋面结构采用彩钢瓦覆盖。高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚的安装和主要工作原理介绍如下:
1、受力原理钢管桁架采用矢跨比4:35的悬链线，钢管桁架组拼后通过钢管立柱用钢丝绳斜拉受力。2、弧棚安装操作流程:
2.1基础施工
根据基础平面布置图采用全站仪精确放线，必须保证立柱基础顶面钢板底座的平面位置准确，顶面钢板高度用水准仪抄平，控制两侧钢管立柱同高，以确保钢丝绳张拉后能对称受力。2.2两侧钢管立柱安装及加固
将钢管立柱吊装就位，把钢管立柱的底部钢板与立柱基础顶面钢板底座用螺栓螺母连接。对应第二、三·榀和第五、六榀的钢管桁架的钢管立柱之间，分别采用八根立柱拉杆呈剪刀撑，以确保结构整体受力稳固可靠。2.3第一榀钢管桁架安装
采用起重机在洞口现场人工配合拼焊，先架设靠近洞口的第一榀钢管桁架，以便在洞门仰坡顶搭设临时钢管支撑。用两台20t以上吊车同时起吊，人工牵引至设计位置，立即与立柱基础顶面钢板底座、钢管立柱焊接牢固。2.4钢丝绳安装和张拉
在钢管桁架安装过程中和安装后钢丝绳未受力前，起重机上的钢丝绳始终不得拆掉，以防止钢桁架横向发生倾覆，确保吊装施工安全。每根钢管立柱有六道钢丝绳，钢丝绳的另一端分别连接在钢管桁架和钢丝绳基础上，钢丝绳中间连接有花篮螺栓。张拉钢丝绳至设计应力后，绳端至少用3道绳卡锁住，以保证安全。2.5转至第2.3步，第二榀……第七榀钢管桁架安装和加固
钢管桁架安装顺序始终由洞内向洞口方向。第一榀钢管桁架安装就位后，立即安装第二榀钢管桁架，并立即安装相邻钢管桁架之间的剪刀撑拉杆纵向联系，确保整体受力。重复上述步骤直至第七榀钢管桁架安装完成。然后，在钢管桁架之间进行屋面檩条安装，相邻屋面檩条之间用C型钢穿带螺栓螺帽连接紧密。最后，拧紧花篮螺栓，即拉紧桁架拉杆。2.6屋面结构铺设
在主桁架结构上彩钢瓦铺设屋面。至此全部完成。后期安排专人定时检查，发现连接部位有裂纹时进行补焊，发现螺栓螺帽、绳卡松动时要重新拧紧，以保证施工安全。本发明在实际使用中，具有如下技术优势:
(I)通过在洞口搭设遮阳棚，避免了冻土开挖后直接暴露于阳光下发生冻融，减缓了冻土的融化速度，为洞口边仰坡开挖支护、洞口大管棚超前支护、挂洞门施工争取了时间，顺利实现了进洞。因此解决了高寒冻土隧道以往在夏季高温时段无法进行洞口工程施工的难题。(2)通过在钢桁架弧棚外部铺设军用棉被、土工布、彩条布和在洞口搭设保温门帘及设置活动彩钢门(方便施工车辆、人员进出)等保温措施，解决了高寒冻土隧道以往在冬季严寒时段(零下20 30°C)无法进行洞口衬砌施工的难题。(3) —次安装，多种功效，实现“空调”作用。夏季降温隔热，冬季防寒保温，全年防风、防雨、防雪。
(4)解决了 4300m以上冻土地区隧道全年施工问题，确保了隧道总体工期目标。
图1为本发明的总体布置 图2为本发明的使用示意 图3为本发明的钢管桁架局部图。
具体实施例方式一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，包括主桁架结构1、支撑联系结构2和屋面结构3。主桁架结构I两端为支撑联系结构2，相邻主桁架结构I之间为屋面结构3。如图1中全部钢管桁架1-1之间都有屋面檩条1-3和屋面结构3，为了便于看清楚其钢桁架弧棚的结构，所以有的钢管桁架1-1之间没有画屋面檩条1-3和屋面结构3。主桁架结构I由七榀呈倒三角形的钢管桁架1-1、十六根桁架拉杆1-2和屋面檩条1-3构成。钢管祐1架1_1上部由两根Φ 76mmX 2.5mm的1#钢管1-1-1、下部由一根Φ 89mmX 2.5mm的2#钢管1-1-2排列成顶宽600mm、高800mm的倒等腰三角形。1#钢管1_1_1之间用4#钢管1-1-4焊接在一起，1#钢管1-1-1和2#钢管1-1-2之间用3#钢管1-1-3和5#钢管1-1-5焊接在一起，4#钢管1-1-4与3#钢管1-1-3构成倒等腰三角形。整体焊接成桁架结构。等腰3#钢管1-1-3、底边4#钢管1-1-4和斜拉5#钢管1-1-5都采用Φ 50mmX2.0mm的钢管制作。每榀钢管桁架1-1的矢跨比为4:35。在第二、三榀和第五、六榀的钢管桁架1-1之间，分别采用八根桁架拉杆1-2呈剪刀撑，桁架拉杆1-2采用Φ20的圆钢制作，桁架拉杆
1-2上面有花篮螺栓，用于拉紧桁架拉杆1-2。屋面檩条1-3采用40mmX80mmX2mm方钢管制作，水平间距986mm。支撑联系结构2主要由十四根钢管立柱2-1、八根立柱拉杆2-2、基础2_3和八十四根钢丝绳2-4组成。钢管立柱2-1，采用Φ159πιπιΧ3.0πιπι钢管制作，在钢管立柱2-1的一端，焊接带Φ 24圆钢螺栓孔的底部钢板。对应第二、三榀和第五、六榀的钢管桁架1-1的钢管立柱2-1之间，分别采用八根立柱拉杆2-2呈剪刀撑，立柱拉杆2-2采用Φ 20的圆钢制作。基础2-3包括十四个立柱基础2-3-1和二十八个钢丝绳基础2-3-2，立柱基础2_3_1采用长120cmX宽120cmX高150cm的C30砼基础，立柱基础2_3_1的顶面埋设长52cmX宽52cmX厚22mm钢板底座，预埋Φ 24圆钢螺栓穿过其钢板底座上的预留孔，长80cm。钢管立柱2-1的底部钢板与立柱基础2-3-1的顶面钢板底座均用螺栓连接后焊接，钢管立柱
2-1的周边用4块梯形筋板与钢管立柱2-1的底部钢板焊接，以保证连接牢固。钢丝绳基础2-3-2采用长IOOcmX宽IOOcmX高80cm的C30砼基础，钢丝绳基础2_3_2的顶面埋设长30cmX宽30cmX厚16mm钢板底座，预埋Φ 16圆钢螺栓穿过其钢板底座上的预留孔，长50cm。其钢板底座中部焊接16mm厚半圆形钢板(侧面用L形筋帮焊牢固)中心穿孔与斜拉钢丝绳2-4连接，扣绳张拉到位后用绳卡锁住。钢丝绳2-4采用绳I X 19-15的钢丝绳。钢管桁架1-1采用两组(每组两根钢丝绳2-4)钢丝绳2-4与钢管立柱2-1连接，与钢管桁架
1-1连接的全部钢丝绳2-4和水平面呈38.6°夹角。钢丝绳2-4—端连接在钢管立柱2-1上的两块半圆形钢板扣件的螺栓上，另一端分别连接在钢管桁架1-1和钢丝绳基础2-3-2上。屋面结构3采用彩钢瓦，覆盖在主桁架结构I上。
权利要求
1.一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，主桁架结构(I)两端为支撑联系结构(2)，相邻主桁架结构(I)之间为屋面结构(3)，其特征在于:主桁架结构(I)包括七榀截面呈倒三角形的钢管桁架(1-1 )、十六根桁架拉杆(1-2)和屋面檩条(1-3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，其特征在于:钢管桁架(1-1)上部的两根1#钢管(1-1-1)以及下部的一根2#钢管(1-1-2)排列成倒等腰三角形；1#钢管(1-1-1)之间通过4#钢管(1-1-4)连接，1#钢管(1-1-1)和2#钢管(1-1-2)之间通过3#钢管(1-1-3)和5#钢管(1-1-5)连接，4#钢管(1-1-4)与3#钢管(1-1-3)构成倒等腰三角形；钢管桁架(1-1)的矢跨比为4:35。
3.根据权利要求1所述的一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，其特征在于:支撑联系结构(2)主要由十四根钢管立柱(2-1)、八根立柱拉杆(2-2)、基础(2-3)和八十四根钢丝绳(2-4)组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，其特征在于:屋面结构(3)采用彩钢瓦。
全文摘要
本发明公开了一种用于高寒多年冻土隧道洞口的钢桁架弧棚，包括主桁架结构(1)、支撑联系结构(2)和屋面结构(3)。钢管桁架(1-1)上部由两根1#钢管(1-1-1)、下部由一根2#钢管(1-1-2)排列成倒等腰三角形。钢管桁架(1-1)的矢跨比为4:35。支撑联系结构(2)由十四根钢管立柱(2-1)、八根立柱拉杆(2-2)、基础(2-3)和八十四根钢丝绳(2-4)组成。本发明一次安装，多种功效，实现“空调”作用，夏季隔热，冬季防寒保温，全年防风、防雨、防雪，实现了海拔4300m以上多年冻土地区高寒隧道全年均可施工。
文档编号E04C3/40GK103114672SQ20131007362
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者蔡明玖, 林治国, 彭红运, 白腾飞 申请人:中铁五局(集团)有限公司, 中铁五局集团第五工程有限责任公司