专利名称：一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地下建筑技术领域，具体地说是一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构。
背景技术：
我国部分省份广泛分布有碳酸盐岩，隧道或平硐穿越碳酸盐岩地层时，不可避免的会遇到各种类型的岩溶溶洞。当溶洞高度大、宽度窄时，溶洞侧壁面积大、网喷支护难度大、成本高、安全性差，溶洞侧壁一般会放弃支护，尤其是溶洞较长且其走向与隧道或平硐一致时。破碎岩中的原生裂隙和施工扰动等因素可能造成岩石塌落，由于高度大，落石的冲击能量高，会给隧道或平硐的施工和运营带来一系列的困难，处理不当，会带来极大的危害。目前隧道或平硐遇到溶洞时，主要从溶洞顶板和主体结构两方面处理。即对溶洞顶板采取喷锚网、锚索、主动网等方式进行防护，主体结构则设置刚性缓冲结构。但对于高窄溶洞，现有方式存在以下问题
问题一溶洞高度大，侧壁面积大，顶板防护时需要设置大量临时支架、而狭窄空间又增加了施工难度，故施工周期长，造价较高。问题二溶洞顶板网喷支护施工时可能诱发溶洞顶板岩块掉落，施工过程中存在安全隐患，高窄溶洞网喷施工属高空作业，也存在一定安全隐患。问题三主体结构设置刚性缓冲时，考虑顶板可能发生的岩块坠落，按照被动受力考虑，使得主体结构过于厚重，不经济。问题四主体结构设置刚性缓冲时，由于护拱与主体结构是刚性接触，落石冲击荷载在短时间内传递至主体结构，极易造成主体结构损伤与开裂，甚至破坏，影响运营安全。问题五在溶洞不作全高度回填状态下，溶洞积水不可避免。对于高窄溶洞，其水头产生的压力很大，应对传统防护结构进行排水设计。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种安全可靠、方便快捷的高窄溶洞防护结构，使其能消除施工期安全隐患，保证运营安全。本发明一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构位于高窄溶洞1内，刚性的拱形防护罩 4位于隧道或平硐结构主体2的上方，且刚性防护罩4与主体结构2之间设置有预留空间 3，柔性的二元缓冲层位于刚性拱形防护罩4的上方，辅助排水排气装置7穿透刚性防护罩， 设置在弧形砂性土缓冲层5的层底。所述的柔性二元缓冲层为高弹材料缓冲层6，砂性土柔性缓冲层5，且高弹材料缓冲层6在上，砂性土柔性缓冲层5在下。所述刚性防护罩优选为拱形，拱跨结构跨越溶洞，以便合理传递落石冲击能。所述刚性拱形防护罩的拱跨结构矢跨比优选为1/^1/8。所述刚性拱形防护罩材料优选为钢筋混凝土或型钢混凝土或纤维混凝土 (混凝土强度不低于C25)。所述刚性拱形防护罩应坐落在稳定岩石基础上，最好利用硐壁作为外模板，以利充分接触岩石基础。所述柔性二元缓冲层中的高弹材料优选为具有较强缓冲能力、抗腐蚀性、抗老化的弹性材料。所述柔性二元缓冲层中的高弹材料缓冲层优选为圆管状(Φ250πιπΓ 000πιπι)，且彼此紧扣成为结构体，不少于三层，以利充分消能。所述柔性二元缓冲层中的砂性土缓冲层优选为具有较粗颗粒(0. 25mnT2. 00mm)、 较好渗透性(渗透系数不小于0. OOlcm/s)、有一定级配(泰波公式系数n=0. 35、. 45)的中粗砂(粒径大于0. 25mm的颗粒质量超过总质量50%)。所述柔性二元缓冲层中的砂性土缓冲层应具有一定的厚度(2nTl0m)，以利充分消能，且能收集和疏导溶洞积水。刚性防护罩与主体结构之间预留一定的空间(0. 5nTl. 5m),以隔离防护罩与主体结构，避免主体结构受冲击破坏，且该预留空间可作为检查和维护的通道。排水装置应穿透刚性防护罩，设置在弧形砂性土缓冲层层底，排水装置应有过滤功能(滤管孔隙率不小于25%，外罩尼龙网目数不少于40)，防止砂土流失。该发明一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构优点是
优点一由于不需要进行溶洞顶板与侧壁网喷支护，而是采用了刚柔复合防护结构，从根本上解决了传统喷锚网防护安全性差、防护不到位的缺陷，保障了主体结构的安全可靠。优点二 刚性拱形防护罩为拱跨结构、外设柔性二元缓冲层，与传统上只有刚性防护层相比，防护结构不致过厚而不经济，但又能有效保障防护结构的安全可靠。优点三刚柔复合防护结构与主体结构之间预留一定空间，而不是刚性接触，实现了防护结构与主体结构的分离、消减了危岩落石直接对主体结构的冲击作用，也可以作为养护维修通道，方便对防护结构进行检查和维修。优点四砂性土缓冲层内埋置排水装置，快速消散溶洞内积水，消减了高窄溶洞内高水头对防护层的压力，有效保障了防护结构的安全可靠。优点五本发明特别适用于高窄溶洞防护，也可用于边仰坡较陡、存在危岩落石地段的明洞结构防护，在溶洞走向与主体结构一致或相近时优势更加明显。
图1是本实施例横断面示意图。图2是图1的纵断面示意图。图中所示构建、部位名称及对应的标记溶洞壁1、主体结构2、预留空间3、拱形刚性防护罩4、砂性土柔性缓冲层5、高弹材料柔性缓冲层6、排水装置7。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的特征做进一步详细说明
根椐图1和图2所示，本发明一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构位于高窄溶洞1内，刚性的拱形防护罩4位于隧道或平硐结构主体2的上方，且刚性防护罩4与主体结构2之间设置有预留空间3，柔性的二元缓冲层位于刚性拱形防护罩4的上方，辅助排水排气装置7 穿透刚性防护罩，设置在弧形砂性土缓冲层5的层底。所述的柔性二元缓冲层为高弹材料缓冲层6，砂性土柔性缓冲层5，且高弹材料缓冲层6在上，砂性土柔性缓冲层5在下。一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构是这样实現的首先清理溶洞壁1上的危石、 表层覆盖物，并进行必要的溶洞壁临时防护，保证防护结构施工期安全。清理拱形刚性防护罩4基脚，根据溶洞规模、主体结构2宽度、落石大小与落距等确定防护罩基脚净距，基脚应位于稳定危岩中，且以该稳定围岩为基脚外模板。根据溶洞规模、主体结构宽度、落石大小与高度等确定拱形刚性防护罩4拱厚、拱高、拱跨，一般使得矢跨比在1/Γ1/8之间，刚性防护罩材料选用钢筋混凝土、型钢混凝土或纤维混凝土。溶洞走向与主体结构一致或相近，溶洞段较长时，拱形刚性防护罩4可分段制模、 分段浇灌混凝土、分段养生，混凝土采用常规塌落度即可。溶洞段较短时，也可采用塌落度 18cm以上的流态自密实混凝土泵送入模。刚性防护罩上预埋通气管道、排水通道7，且需留洞口作为后续施工人员与材料通道。刚性防护罩4达到一定龄期后，即可施作砂性土柔性缓冲层5，其厚度一般取 ，落石质量或落距巨大时，应根据冲击能优选确定，不宜超过10m，级配中粗砂。溶洞段
较长时，可采用高压风携带干砂，尾气从通气管道排出。吹砂前，完成排水装置安装与铺设。修整砂性土缓冲层5后，从预留洞口中运送圆管状高弹材料6，不少于三层彼此链接后，即可形成高弹材料缓冲层6。应注意选用较好缓冲能力、抗腐蚀性及抗老化好的弹性材料。在刚柔二重防护结构保护下，进行主体结构2施工。注意在防护结构和主体结构2 之间预留一定的空间3，实现防护结构与主体结构的分离，也可作防护结构检修通道，排水装置也安装在该预留空间中。
权利要求
1.一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构，其特征在于在高窄溶洞⑴内，刚性的拱形防护罩⑷位于隧道或平硐结构主体⑵的上方，且刚性防护罩⑷与主体结构⑵之间设置有预留空间⑶，柔性的二元缓冲层位于刚性拱形防护罩⑷的上方，辅助排水排气装置(7)穿透刚性防护罩，设置在弧形砂性土缓冲层ω的层底。
2.根椐权利要求1所述的一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构，其特征在于所述的柔性二元缓冲层为高弹材料缓冲层(6)和砂性土柔性缓冲层(5)；其高弹材料缓冲层(6)在上，砂性土柔性缓冲层⑶在下。
3.根椐权利要求1所述的一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构，其特征在于所述刚性防护罩优选为拱形，拱跨结构跨越溶洞，所述刚性拱形防护罩的拱跨结构矢跨比优选为 1/4 1/8。
4.根椐权利要求1所述的一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构，其特征在于所述刚性拱形防护罩材料优选为钢筋混凝土或型钢混凝土或纤维混凝土。
5.根椐权利要求1所述的一种高窄溶洞的刚柔二重防护结构，其特征在于所述柔性二元缓冲层中的高弹材料优选为具有较强缓冲能力、抗腐蚀性、抗老化的弹性材料，形状优选为圆管状，且彼此紧扣成为结构体，不少于三层。
全文摘要
本发明涉及一种高窄溶洞隧道或平硐防护结构。在高窄溶洞⑴内，刚性的拱形防护罩⑷位于隧道或平硐结构主体⑵的上方，且刚性防护罩⑷与主体结构⑵之间设置有预留空间⑶，柔性的二元缓冲层位于刚性拱形防护罩⑷的上方，辅助排水排气装置⑺穿透刚性防护罩，设置在弧形砂性土缓冲层⑸的层底。其优点在于能实现对高窄溶洞的刚柔二重防护，能快速通过施工瓶颈地段，减少危岩落石对工程造成严重危害，又能保障隧道或平硐主体结构施工及长期运营的安全性、耐久性和可靠性。
文档编号E21D11/10GK102493818SQ20111037991
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者余火忠, 吕文志, 汤小明 申请人:中冶集团武汉勘察研究院有限公司