专利名称：一种旅游条件下防古地下洞室顶板危石掉块伤人的框架挡石网方法
技术领域：
本发明涉及一种可防旅游条件古洞室(包括石窟寺)顶板危石掉块伤人的方法， 尤其涉及一种框架挡石网方法。
背景技术：
这里所述的可用于旅游的古洞室，包括属于古人建造的与佛教有关的石窟寺、古地下采石场和古地下采矿场等。这些古地下洞室对于许多游客来说，是很有吸引力的，许多景区已成为旅游的热点，其中有的景区已经成为世界文化遗产，如敦煌石窟、云R石窟、龙门石窟和大足石窟等。由于古地下工程跨度大、结构复杂且历史久远，所以位于洞室表面各种裂缝以及由这些裂缝切割出来的危石掉块问题比较严重。从旅游安全角度看，在古地下洞室的顶板上出现各种潜在危石和危石掉块的现象是不可忽略的。例如，著名旅游景区浙江省龙游石窟的5号洞、浙江省遂昌唐代金窟以及安徽省的花山谜窟等处都发生过危石掉块现象；另外，经现场考察，世界文化遗产、著名旅游景区云R石窟3号洞的顶板也因水平岩层已经部分脱落而存在着潜在的不稳定块体和潜在危石等问题。申请者认为，就古洞室旅游而言，危石掉块对游客安全的威胁甚至大于洞室局部围岩的失稳问题，因为后者因其发生的规律性较强而容易被发现，也容易引起景区管理者的重视，能及时采用现有监测技术和加固技术(例如，具有加固效果好且加固后露在外面的锚头部位较小的锚杆加固技术)加以监测和加固。但所述的危石掉块问题则不然，它的发生往往是随机的，并因体积较小而容易被忽略，且也无法采用上述锚杆加固技术。当洞室较高时，危石掉块虽小，冲量却很大，所以对游客安全的威胁仍然很大。问题的严重性还在于目前缺少对处于旅游条件下洞室顶板危石掉块问题的有效加固手段。有些对于非旅游非文物保护的地下洞室来说效果很好的加固手段却不能用于或不能大面积地用于旅游条件下洞室顶板危石掉块的防治。另外，也由于缺乏相应的有效监测技术而使管理者处于难以避开危险区的被动状态，使问题变得更加严重。显然，在这种状态下如何应对旅游条件下古洞室顶板危石掉块伤人的问题就变得十分突出。目前可用于旅游洞室顶板危石掉块的现有技术有喷射混凝土和在顶板上直接挂网两种，以下将这两种技术用于危石掉块问题治理时的效果及可能产生的问题作如下分析1.喷射混凝土技术及可能存在的问题由于喷射混凝土在强大的喷射力作用下可以用砂浆把围岩中的裂缝填满，把各个岩石粘在稳定的围岩上，并形成一块有一定强度的喷射混土层与岩层的联合体，所以该项技术在防现在地下工程顶板危石掉块方面十分有效。但问题是所研究对象是有着文物价值和旅游价值的古洞室，由于喷射混凝土层可以掩盖顶板使它整体或部分成为一个混凝土壳，而使旅游条件下古洞室(特别属于不可移动文物的洞室)的景区遭到严重破坏，对其文物价值和旅游价值造成不可挽回的破坏。显然，现有的喷射混凝土技术并不适用于古洞室顶板上的危石掉块问题。2.在顶板上直接挂网技术及可能存在的问题为了防止洞室顶板危石掉块伤人事故的发生，也可采用直接在可能发生危石掉块处挂网挡石。这项技术尽管有效，但仍可造成以下3个问题第一，直接挂网需在顶板上安装锚杆，对属于文物的洞室造成了一定的破坏；第二，破坏了景观；第三，当危石掉块装满挂网时，往往难以取出，并形成新的危险。总之，在顶板上直接挂网也不适用于古洞室顶板上的危石掉块问题。鉴于上述两项现有技术的种种不足，本发明提出了框架挡石网防危石掉块技术。
发明内容
鉴于在古洞室旅游中防顶板掉块伤人问题的迫切需要，并考虑到迄今为止尚无专门防治技术这一点，本发明专利请求书提出了一种用于旅游条件下防古洞室顶板危石掉块伤人的框架挡石网方法。该方法主要包括通过对洞室的工程地质力学研究确定该洞室围岩不稳定区域或可能不稳定区，并充分考虑旅游观光的需求，确定洞室较安全的通道，作为旅游路线；在旅游路线所经之处找出上方顶板产生有可能产生危石掉块的部位，并按照旅游路线所经之处的宽度分段设置不同规格用于支撑网框的立柱；利用纵、横钢丝绳在网框上编织挡石网；通过连接板、固定螺栓等将带有挡石网的网框固定在立柱上；根据需要防护的游步道的长度及相关尺寸，将若干组立柱、网框、挡石网等连接起来，形成可方便游客在游步道中行进的防危石掉块的框架挡石网系统。本发明是针对可能发生于旅游洞室顶板上的危石掉块伤人问题而提出的一项专门保护技术，具有以下优点(1)由于预先确定旅游安全通道，并在通道上划分潜在危石掉块区，所以仅将框架挡石网用在划出的潜在危石掉块区即可。对于肯定不存在危石掉块问题的路段可以不布置框架挡石网，以节约经费。简言之，它们可灵活地仅布置在顶板可能发生危石掉块的部位。(2)由于防锈处理的钢丝绳或不锈钢钢丝绳制造的挡石网是根据可能发生危石掉块的大小和高度决定采用单层网还是采用双层网及其强度，所以它不仅在潮湿的地下洞室中不易生锈，安全可靠，而且节约经费。(3)在可能发生危石掉块的较长路段，允许采用长方形或非长方形框架挡石网，按照具体情况灵活地连接成符合既定旅游路线分布空间的安全通道。(4)对于底板不需要保护的洞室某些路段，支撑网框的立柱可以埋入底板，以求更高的稳定性并节约经费。对于底板因具有珍贵石雕等原因而需要保护的洞室的某些路段， 上述立柱的脚部借助于可拆除的底板垫加以保护。立柱也经特殊设计而放置在底板垫上， 以避免立柱底面与受保护的底板之间的直接接触。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1是安装于洞室中两个相接的防顶板危石掉块伤人的长方形框架挡石网示意图；图2是根据潜在危石掉块的分布范围布置框架挡石网示意图；图3是异形立柱示意图；图4是单层网结构示意图；图5是双层网结构示意图。其中附图标记说明1-栏杆固定螺栓；2-立柱；3-存在潜在危石掉块的洞室顶板；4-连接板；5-连接板固定螺栓；6-网框与支柱间的固定螺栓；7-洞室底板；8-1号网框左纵梁；9-横向栏杆；10-纵向栏杆；11-挡石网的横向钢丝；12-网的纵向钢丝；13-网框与支柱间的粘结砂浆；14-2号网框后横梁；15-底板垫；16-1号网框前横梁；17-1号网框右纵梁；18-挡石网； 19-1号网框后横梁；20-2号网框前横梁；21-2号网框右纵梁；22_2号网框左纵梁；23-存在潜在危石掉块的顶板分布区与无潜在危石掉块顶板分布区的分界线；24-不设框架挡石网的旅游路段；25-可以确定无潜在危石掉块的顶板分布区；26-纵向柱顶翼；27-横向柱顶翼；28-钢丝的穿框弯头；29-钢丝穿孔；30-钢丝头、尾部的焊接；31-上层网纵向粗钢丝；32-上层网横向粗钢丝；33-下层网纵向细钢丝；34-下层网横向细钢丝。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。1.在实施本专利所述的框架挡石网方法之前，需要完成以下基础工作针对相关洞室进行详细的工程地质和岩石力学研究，确定其中与旅游有关部分的洞室分布、洞室尺寸等工程条件，作出工程地质条件评价，再借助于围岩稳定性分析划出可能不稳定区。在充分考虑文物保护原则和旅游需求的条件下，对于这些可能不稳定区采用立柱支顶和锚喷技术等进行必要的加固，以确保整个被开发旅游洞室的稳定。分析上述已经确定的洞室围岩不稳定区域或可能不稳定区，并充分考虑旅游观光的需求，确定相关洞室较为安全的通道， 作为旅游路线。2.在旅游路线所经之处找出上方顶板产生有可能产生危石掉块的顶板3，并按照旅游路线所经之处的宽度分段设置不同规格的立柱2;立柱2位于网框(8、14、16、17、 19-22)四个角的下部，用于支撑网框，要求在挡石网18及网框(8、14、16、17、19-22)受到危石掉块冲击时确保框架挡石网系统的整体稳定。对于一组框架挡石网而言，通常采用4根立柱2。在具体实施中需考虑以下几点(1)立柱2通常采用钢筋混凝土制造，必要时也可采用钢结构，但需采取有效的防锈措施。(2)当在洞室底板7需加保护的路段上架设框架挡石网时，在立柱2脚部与洞室底板7的交界面上增设底板垫15。底板垫15可采用厚5mm的PVC防滑软板。一般情况下，立柱立在底板垫15之上，以免压坏需要保护的洞室底板。在这种条件下，为保证框架挡石网结构的稳定，可考虑采用以下两条措施第一，扩大立柱的柱脚；第二，在沿着旅游路线前进的方向上，采用连杆将处于同边的立柱的柱脚连在一起。
(3)必要时可增大立柱的头部，即采用异形柱头(见图3)，利用它的纵向柱顶翼沈和横向柱顶翼27增加它与网框之间的接触面，同时增加两者之间的固定螺栓6。(4)当在某些不需要保护底板的路段架设框架挡石网时，则采用挖孔将各立柱2 的柱脚埋入地下的稳固措施。(5)对于两个高度相近相邻的框架挡石网，两根分别来自相邻的框架挡石网的相邻立柱2可以合成1根立柱2，以节约经费。3.根据防危石掉块具体路段的现场条件，选定合适的挡石网18 ；按照图1和图4 所示的方式将纵、横钢丝绳(11、12、31-34)进行编织，并留出钢丝的穿框弯头观；将编织好的网铺设于网框上，将钢丝的穿框弯头观穿过网框上的钢丝穿孔四并将钢丝的头、尾部与网框焊接30起来。然后，通过连接板4、固定螺栓5、6以及粘结砂浆13等将带有挡石网18 的网框的纵梁(8和17)、横梁(16、19)固定在立柱2上；必要时也可采用与连接板4类似的构件在网框的横向方向(即与旅游路线前进方向相垂直的方向)上，将网框的横梁与立柱连接起来。要求挡石网18和网框(8、14、16、17、19-2 能承受危石掉块在最不利条件下的冲击。为适应洞室环境较潮湿的特点，挡石网可考虑采用防锈处理后的钢丝绳或不锈钢钢丝绳制作，网框可以采用防锈处理后的钢材或钢筋混凝土制作。根据现场条件，挡石网18可选择单层网(图4)或是双层网(图幻。一般而言，当估计潜在危石掉块的块度较均勻时， 可考虑采用单层网，但要求网眼尺寸小于危石掉块的最小尺寸；当块度大小差异较大时，可考虑采用双层网。在确定双层网网眼尺寸时可考虑以下几点第一，对于潜在危石掉块，按块度分为两类，即较大块体类和较小块体类，分类的结果使划归于同一类的掉块块度变得较为均勻；第二，网眼较大的网通常位于上面，它的网眼尺寸要求小于较大块体类中的最小者的尺寸；第三，网眼较小的网则位于下面，要求它的网眼尺寸小于较小块体类中的最小者的尺寸。4.上述立柱2、网框(8、14、16、17、19-22)、挡石网18连接起来之后便组成了一组框架挡石网，根据需要防护的游步道的长度及相关尺寸，将若干组上述挡石网连接起来，便形成可方便游客在游步道中行进的防危石掉块的框架挡石网系统。5.为确保游客安全，作为配套技术，还采用栏杆9、10阻止游客走出旅游线规定的范围。栏杆9、10包括顺着旅游路线前进方向布置的纵向栏杆10和与旅游路线前进方向垂直的横向栏杆9，是本发明所述的框架挡石网的配装设备。设置它们的目的是防止游客误出挡石网的保护区而受到危石掉块的伤害。所以在不设置框架挡石网的区段也应设置栏杆。另外，属于自然条件下产生的地下洞穴(例如产生于灰岩中的岩溶洞和产生于丹霞地貌区的洞穴等)也会产生危石掉块现象。对于这类在旅游条件下可伤人的掉块问题， 申请者提出的本项发明技术也同样适用。
权利要求
1.一种旅游条件下防古洞室顶板危石掉块伤人的框架挡石网方法，该方法包括a通过对古洞室的工程地质力学研究确定不稳定区域，并充分考虑旅游观光的需求，为所研究的洞室确定安全通道，作为旅游路线；b在旅游路线所经之处找出上方顶板产生危石掉块的部位，并按照旅游路线所经之处的宽度分段设置不同规格的立柱，要求挡石网及网框受到危石掉块冲击时仍保持整体稳定；c利用纵、横钢丝绳在网框上编织挡石网，并将钢丝绳的头部和尾部焊接于网框上；d通过连接板、固定螺栓将带有挡石网的网框固定在立柱上，便形成了一组框架挡石网；e用螺栓将若干组框架挡石网连接起来，形成可方便游客在其中行进的防危石掉块的框架挡石网系统；f为确保游客安全，作为配套技术，在框架挡石网的还采用栏杆阻止游客走出旅游路线所规定的范围；g为保护某些有文物价值的古洞室底板，在框架挡石网下方游客行走的底板上铺有可移动的对底板无任何伤害的底板垫。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的挡石网可由防锈处理后的钢丝绳或不锈钢钢丝绳按照纵横交错的方式编织而成，可采用单层或双层网；当某部位顶板将产生尺寸均勻的掉块时，可采用单层网时，其网眼的尺寸小于任何从顶板上掉下来的危石；当某部位顶板将产生尺寸相差大的掉块时，可采用两张规格不同的网叠和一起组成双层网，其中网眼大、用粗钢丝编织的强度高的网被设置在上一层的位置，主要承受较大的冲击力，而用细钢丝编织的网眼小的网则被设置在下一层的位置，主要用于防止尺寸小的掉块穿网而过。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述网框由防锈处理的钢材或钢筋混凝土制作而成，由前、后横梁和左、右纵梁组成；所述网框位于挡石网下部用于支撑挡石网；所述网框的四周设置钢丝穿孔便于挡石网的编织；所述网框一般为长方形，但可根据现场情况设置为任意四边形，并且两个相邻网框的形状和大小可以不相同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的立柱由防锈处理后的钢材或钢筋混凝土制作而成；所述的一组框架挡石网一般有四根立柱，立柱置于所述网框四个角的下部； 对于两组高度相近相邻的框架挡石网，两根分别来自相邻的框架挡石网的相邻立柱可以合成一根立柱，以节约成本；当洞室底板不需要保护时，则采用挖孔将立柱的柱脚埋入地下的稳固措施；当在洞室底板需加保护的路段上架设框架挡石网时，则在立柱脚部与洞室底板的交界面上增设底板垫，此时需扩大立柱的柱脚并将柱脚连在一起，或者采用异形柱头，利用它的纵向柱顶翼和横向柱顶翼增加它与网框之间的接触面。
5.如权利要求1、4所述的方法，其特征在于当洞室底板需要保护时，专门设置所述底板垫；在游客行走游览的条件下，所述底板垫不滑、不绊脚；所述底板垫不对洞室地板有任何污染和损害，并拆除方便，即“可逆”。
全文摘要
本发明公开了一种旅游条件下防古地下洞室顶板危石掉块伤人的框架挡石网方法，该方法是通过以下步骤实现的确定待保护地下洞室的安全通道，作为旅游路线；在旅游路线所经之处找出上方顶板有可能产生危石掉块的部位，并分段设置不同规格的支撑网框的立柱；利用纵、横钢丝绳在网框上编织挡石网；通过连接板、固定螺栓等将带有挡石网的网框固定在立柱上；将若干组立柱、网框、挡石网等连接起来，形成可方便游客在游步道中行进的防危石掉块的框架挡石网系统。对于古地下洞室来说，上述挡石网技术可在不对洞室有损害的条件进行安装、拆除、重建等。这说明本项技术是可逆的，符合文物保护的原则。
文档编号E02D31/00GK102352635SQ201110165398
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者姜锴, 张中俭, 李丽慧, 杨志法 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所