一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水利水电工程技术领域，具体是涉及一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构。
【背景技术】
[0002]为满足水利水电工程各项任务而设置的具有封闭断面的通道称为水工隧洞，且多数布置于岩体中，甚至跨越岩溶洞穴区域，此时应根据溶洞的位置、分布、规模、充填情况、围岩(岩壁)的稳定性及岩溶水量大小采取不同的工程处理措施设计。目前，在水工隧洞结构设计中，大多是采用粧基型式跨越溶洞。但是采用粧基型式跨越溶洞，当溶洞规模较大，底部深狭且充填物较多、地下水活动频繁时存在如下不足:
[0003](I)在属于隐蔽工程施工过程中可能会使粧身出现缩径、扩径、夹泥、离析、断粧等缺陷，质量控制难度大，从而对基础产生潜在危险；
[0004](2)对现场道路的通行标准有要求，施工难度高，受机械数量限制施工时间长；
[0005](3)溶洞中地下水活动频繁，充填物中的地下水等对粧基的形成及水工隧洞的永久运行都存在安全隐患；
[0006](4)在施工工程中会产生大量的泥浆垃圾，处理难度大，对环保要求高。
[0007]由于粧基型式跨越溶洞存在上述不足，因此，某些情况下，采用传统粧基型式跨越溶洞还不够理想，限制了其应用范围。
【实用新型内容】
[0008]为解决上述问题，本实用新型提供了一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构。
[0009]本实用新型是通过如下技术方案予以实现的。
[0010]一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，包括设置于溶洞内的溶洞充填物，所述溶洞内位于溶洞充填物上方设置有拱桥及钢管结构，所述拱桥由拱圈和拱座组成，所述拱圈两端通过拱座固定在溶洞两边的岩体上；所述钢管结构由位于拱圈上方的压力钢管组成，在压力钢管外侧设置有钢管外包混凝土。
[0011]所述拱圈顶部设置有腹腔。
[0012]所述拱圈两端位于拱座处设置有拱座固结灌浆管。
[0013]所述压力钢管贯穿于溶洞及岩体，并在压力钢管两端分别设置与钢管外包混凝土联结的水工隧洞混凝土。
[0014]所述腹腔为腹腔混凝土结构。
[0015]所述腹腔设置为空腔结构。
[0016]所述压力钢管穿过溶洞段为钢衬钢筋混凝土衬砌。
[0017]所述钢管外包混凝土的厚度为60cm。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]与现有技术相比，本实用新型巧妙地借助了桥梁空间布置的优越性，并恰当地和水工隧洞有机结合，避免了溶洞底部水流的处理，不仅结构简单、受力明确，施工可操作性强，而且能缩短工期和提高工程安全性；对溶洞规模较大，跨度在15?60m左右，底部深狭且充填物较多、地下水活动频繁时，在水工隧洞结构设计中采用该拱桥型式跨越溶洞是一种较佳选择；具有较好的工程效益和社会效益，可在水利水电工程技术领域广泛推广应用。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的纵向剖面结构示意图；
[0021]图2为图1的A-A剖面结构示意图。
[0022]图中:1_拱座，2-拱座固结灌浆管，3-拱圈，4-腹腔，5-压力钢管，6_钢管外包混凝土，7-水工隧洞混凝土，8-岩体，9-溶洞充填物，10-溶洞，11-压力钢管起始端，12-压力钢管末端。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0024]如图1、图2所示，本实用新型所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，包括设置于溶洞10内的溶洞充填物9，所述溶洞10内位于溶洞充填物9上方设置有拱桥及钢管结构，所述拱桥由拱圈3和拱座I组成，所述拱圈3两端通过拱座I固定在溶洞10两边的岩体8上；所述钢管结构由位于拱圈3上方的压力钢管5组成，在压力钢管5外侧设置有钢管外包混凝土 6。
[0025]所述拱圈3顶部设置有腹腔4。
[0026]所述拱圈3两端位于拱座I处设置有拱座固结灌浆管2。用于进行拱座固结灌浆施工，以改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能。
[0027]所述压力钢管5贯穿于溶洞10及岩体8，并在压力钢管5两端分别设置与钢管外包混凝土 6联结的水工隧洞混凝土 7。如图1所示，在压力钢管起始端11外侧和压力钢管末端12外侧均为水工隧洞混凝土 7。
[0028]所述腹腔4为腹腔混凝土结构。
[0029]所述腹腔4设置为空腔结构。这样可以减少拱圈3承受的竖向荷载。
[0030]所述压力钢管5穿过溶洞10段为钢衬钢筋混凝土衬砌。
[0031]所述钢管外包混凝土 6的厚度为60cm，根据钢管管径的大小可以调整外包混凝土的厚度，但不小于30cm。
[0032]所述拱桥式水工隧洞结构混凝土强度等级宜采用C25，与上下游钢筋混凝土水工隧洞连接处设置永久缝，缝内布置止水铜片，以便适应拱桥结构基础变位及隧洞结构受力、温度变化等引起的变形。
[0033]在上述技术方案中，当隧洞作用水头较小时，顶部采用钢筋混凝土隧洞结构。溶洞10的跨度一般在15?60m左右，拱桥两端坐落在溶洞两边稳定岩体8上，拱桥应选择较小的失高比以减小拱座的开挖量，如果拱桥跨度较大时，拱圈3顶部的腹腔也可设置为空腔以较小拱圈承受的竖向荷载。隧洞过溶洞段为钢衬钢筋混凝土衬砌，钢板承受全部内水压，钢管外包混凝土不承受内水压只起保护作用，厚度约60cm。
[0034]如图1、图2所示，本实用新型所述钢筋混凝土拱桥式水工隧洞的施工步骤如下:
[0035](I)拱座I施工:在岩体8上施工拱座1，使拱桥两端通过拱座I坐落在稳定岩体8上；
[0036](2)拱座固结灌浆:所述拱座固结灌浆在拱座I混凝土达到设计强度后进行，其灌浆压力为0.5MPa左右；
[0037](3)拱圈3施工:所述拱桥拱圈3的弧度，在满足施工要求的条件下，视水头高低、管道直径大小、最大跨度和两端拱座基础岩石而定，在满足条件的情况下矢跨比取较小值；
[0038](4)腹腔4施工:所述腹腔4采用混凝土结构，当拱桥跨度较大时腹腔4可设置为空腔结构，以较小拱圈3承受的竖向荷载；
[0039](5)压力钢管5安装及钢管外包混凝土 6施工:压力钢管5承受全部内水压，钢管外包混凝土 6不承受内水压只起保护作用，厚度约60cm。
[0040]本实用新型在设计时，可根据拱座1、拱圈3及顶部压力钢管5各种计算工况和荷载组合，由承受径向荷载的压力钢管5和承受竖向荷载的拱座1、拱圈3联合承载，按结构力学法或有限元法进行拱桥式水工隧洞结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态分析计算，确定拱桥式水工隧洞钢板厚度、拱圈参数、拱桥结构配筋、拱脚压强复核及拱座地基承载力验算等。
[0041]本实用新型在实施中的其它要求如下:
[0042](I)工程勘察一般采用物探手段如电磁波层析成像(CT成像)或钻孔录像等探测方法充分了解水工隧洞所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，为设计和施工提供依据；同时采取稳妥的一期开挖支护措施，保证施工顺利进行；
[0043](2)当溶洞规模较大，跨度在15?60m左右，底部深狭且充填物较多、地下水活动频繁不适宜采用粧基跨越溶洞时，采用本实用新型拱桥式水工隧洞结构跨越溶洞；
[0044](3)拱圈浇混凝土前底部铺1cm的砂浆垫层，拱圈底部铺砂浆垫层之前，对溶洞充填物黄色粘土夹少量碎块石适当碾压，减少施工期的拱圈变形；
[0045](4)拱圈施工时混凝土对称均匀下料；拱座固结灌浆压力为0.5Mpa，拱座两端面灌浆压力适当减小；
[0046](5)钢管安装时，应设置足够的临时支撑，防止钢管施工期变形，外包混凝土达到设计强度的75%以上才能拆除内支撑。
[0047]本实用新型已应用于贵州南盘江天生桥二级水电站和北盘江善泥坡水电站等工程跨越溶洞的拱桥式水工隧洞处理方案，采用此种结构布置，避免了溶洞底部水流的处理，不仅结构简单、受力明确，施工可操作性强，而且能缩短工期和提高工程安全性，取得了良好的效果。
【主权项】
1.一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:包括设置于溶洞(10)内的溶洞充填物(9)，所述溶洞(10)内位于溶洞充填物(9)上方设置有拱桥及钢管结构，所述拱桥由拱圈(3)和拱座(I)组成，所述拱圈(3)两端通过拱座(I)固定在溶洞(10)两边的岩体(8)上；所述钢管结构由位于拱圈(3)上方的压力钢管(5)组成，在压力钢管(5)外侧设置有钢管外包混凝土(6)。
2.根据权利要求1所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述拱圈⑶顶部设置有腹腔⑷。
3.根据权利要求1所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述拱圈(3)两端位于拱座(I)处设置有拱座固结灌浆管(2)。
4.根据权利要求1所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述压力钢管(5)贯穿于溶洞(10)及岩体(8)，并在压力钢管(5)两端分别设置与钢管外包混凝土(6)联结的水工隧洞混凝土(7)。
5.根据权利要求2所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述腹腔(4)为腹腔混凝土结构。
6.根据权利要求5所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述腹腔(4)设置为空腔结构。
7.根据权利要求4所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述压力钢管(5)穿过溶洞(10)段为钢衬钢筋混凝土衬砌。
8.根据权利要求1所述的一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，其特征在于:所述钢管外包混凝土(6)的厚度为60cm。
【专利摘要】本实用新型公开了一种跨越溶洞的拱桥式水工隧洞结构，包括设置于溶洞内的溶洞充填物，所述溶洞内位于溶洞充填物上方设置有拱桥及钢管结构，所述拱桥由拱圈和拱座组成，所述拱圈两端通过拱座固定在溶洞两边的岩体上；所述钢管结构由位于拱圈上方的压力钢管组成，在压力钢管外侧设置有钢管外包混凝土；所述拱圈顶部设置有腹腔；所述压力钢管两端分别设置与钢管外包混凝土联结的水工隧洞混凝土。本实用新型借助了桥梁空间布置的优越性，并恰当地和水工隧洞有机结合，避免了溶洞底部水流的处理，不仅结构简单、受力明确，施工可操作性强，而且能缩短工期和提高工程安全性；具有较好的工程效益和社会效益，可在水利水电工程技术领域广泛推广应用。
【IPC分类】E02B9-06
【公开号】CN204282319
【申请号】CN201420706271
【发明人】罗玉霞, 白学翠
【申请人】中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月21日