拱形棚洞结构及施工方法与流程

本发明属于隧道建筑结构技术领域，涉及一种拱形棚洞结构及施工方法，特别是一种永临结合的拱形棚洞结构及施工方法。

背景技术：

崩塌落石是一种常见的地质灾害，是山区三大地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流)之一。近年来，随着我国经济的迅猛发展，山区城镇化进程和基础设施建设迅速加快，为了节省投资、减小线路长度，线路往往布置在沟谷、沿河、傍山地形地段，形成了大量的高陡边坡，引发频繁的崩塌落石地质灾害，尤其在铁路、公路建设等方面更为突出。为了防止崩塌落石对线路运营安全的影响，在高陡边坡隧道洞口及半路堑段，多采用清除危石，设置主、被动网拦截等综合处理措施。

但是考虑到上述工程措施的安全局限性以及结合彻底整治与不留安全隐患的要求，越来越多的隧道采取设置棚洞的方式，以抵御崩塌落石对运营线路的危害。棚洞由内墙、顶梁及外侧支撑结构三部分组成，顶梁一般为平板型预制钢筋砼简支结构，适用于坍方量较少或少量落石地段。常规棚洞施工顺序为先开挖并施作棚洞基础，然后浇筑内墙和外侧支撑结构，待支撑结构达到强度后在其顶部架设顶梁，最后顶部回填土石。

但是，目前常规棚洞结构存在以下缺点：1、设置棚洞地段均为崩塌落石发育地段，棚洞施工需自下而上，强度达标后逐层施作，结构较复杂，施工速度慢，对道路交通的影响较大，且棚洞施工期间安全风险大；2、棚洞为外侧支撑结构间隔设置的框架结构，且顶梁一般为平板型，结构受力性能和抗冲击能力较差；3、棚洞顶梁一般为预制简支结构，棚洞抗震性能较差，在高烈度地区适用性差。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构强度高的拱形棚洞结构。

还提出了一种施工安全性高的拱形棚洞结构的施工方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

拱形棚洞结构，包括设于线路一侧的第一基础、设于线路另一侧的第二基础以及呈拱形的内部防护组件，所述内部防护组件的一端固定在第一基础上，其另一端固定在第二基础上，所述内部防护组件的内侧设有一端固定在第一基础上的拱形二衬砼，所述拱形二衬砼的另一端固定在第二基础上，所述内部防护组件的外侧设有回填层，所述回填层的外部设有外部防护组件。

线路为公路或铁路，拱形棚洞结构架设在线路上方，用于抵御崩塌落石，提高行车安全性。第一基础和第二基础可保证拱形棚洞结构的稳定性，内部防护组件可快速施工而成，减少对道路交通的影响，并能作为拱形二衬砼的外模，保证施工拱形二衬砼时的安全性，同时与内部防护组件共同受力，优化棚洞结构受力性能和抗冲击能力，提高棚洞结构的抗震性能。

在上述的拱形棚洞结构中，所述内部防护组件包括若干沿线路的长度方向依次设置且呈拱形的型钢钢架、固连在型钢钢架外侧的钢筋网以及固连在钢筋网内侧的喷砼层，所述型钢钢架位于喷砼层内，所述型钢钢架的一端锚入第一基础内，其另一端锚入第二基础内。型钢钢架可根据棚洞断面型式分块加工好，现场拼装，可以缩短工期，提高施工效率。型钢钢架可采用工字钢或h型钢，工字钢或h型钢环向连接可以焊接亦可采用螺栓连接。拱形二衬砼主筋的一端锚入第一基础内，拱形二衬砼主筋的另一端锚入第二基础内。

在上述的拱形棚洞结构中，所述第一基础呈条状且沿线路的长度方向延伸；所述第二基础呈条状且沿线路的长度方向延伸。当线路地面地质条件较好时，可设置条形基础，条形基础沿线路的长度方向延伸，条形基础的上表面与线路底面平齐。

在上述的拱形棚洞结构中，所述第一基础包括第一桩基和固连在第一桩基顶部的第一钢筋砼承台；所述第二基础包括第二桩基和固连在第二桩基顶部的第二钢筋砼承台。当线路地面的地质条件较差时，沿线路的长度方向设置桩基，桩基施工工艺可采用人工挖孔桩或钻孔桩，桩基的断面型式一般采用方形或圆形，通常情况下钻孔桩为圆形，人工挖孔桩为方形，在桩基的顶端设置钢筋砼承台，型钢钢架的一端锚入第一钢筋砼承台内，其另一端锚入第二钢筋砼承台内，拱形二衬砼主筋的一端锚入第一钢筋砼承台内，拱形二衬砼主筋的另一端锚入第二钢筋砼承台内。

在上述的拱形棚洞结构中，所述拱形二衬砼的外侧设有防水板。常用的隧道防水板根据外型特征可分为平板型和凸壳型，根据与拱形二衬砼的粘性可分为自粘性和非自粘性。防水板能够防止水流对拱形二衬砼的危害，对拱形二衬砼具有保护作用。

在上述的拱形棚洞结构中，所述外部防护组件包括依次设于回填层上方的填料层、顶部钢筋砼板和碎石土层，所述填料层、顶部钢筋砼板和碎石土层由下往上逐层设置。棚洞结构拱顶以下夯填土石形成回填层，棚洞结构拱顶以上依次用填料层、顶部钢筋砼板和碎石土层分层回填，有利于排水。填料层起缓冲作用；顶部钢筋砼板为封闭层；碎石土层也对落石起一定缓冲作用。

填料层采用聚苯乙烯泡沫(eps)塑料板材，即由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材。其每立方米体积内含有300-600万个独立密闭气泡，内含空气的体积为98％以上，具有质量轻、吸水率低、耐水、耐老化、耐低温、易加工、价廉质优等优点。棚洞顶采用轻质的eps塑料板材每立方米仅20kg，供料便捷，即使车辆无法通行的地段，人工搬运也非常容易实现，可明显降低施工风险和难度，可在一定程度上加快进度，缩短工期。

在上述的拱形棚洞结构中，所述回填层的侧方设有侧部钢筋砼板，所述填料层、顶部钢筋砼板和碎石土层的端部抵靠在侧部钢筋砼板靠近回填层的一侧。侧部钢筋砼板一方面可稳固回填边坡，另一方面使得排水顺畅。

拱形棚洞结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、分别在线路的两侧施工第一基础和第二基础；

步骤二、在线路的上方施工内部防护组件：沿线路的长度方向依次设置成拱形的型钢钢架，将型钢钢架的一端锚入第一基础内，将型钢钢架的另一端锚入第二基础内；在型钢钢架的外侧施工钢筋网，并使钢筋网与型钢钢架固连；通过喷砼的方式在钢筋网的内侧形成包裹住型钢钢架的喷砼层；

喷砼层可在几小时后固化，与型钢钢架和钢筋网连为一体形成内部防护组件，保证道路行车与拱形二衬砼施工的安全，同时可作为拱形二衬砼的外模，方便拱形二衬砼的施工，最后又能与内部防护组件共同抵抗落石的冲击；

步骤三、在内部防护组件的内侧施工防水板；

步骤四、以内部防护组件作为外模，施工拱形二衬砼；

步骤五、静置一段时间，待拱形二衬砼达到强度后，在拱形二衬砼的拱顶以下位置对称夯填回填层；

步骤六、在回填层的上表面由下往上依次施工填料层、顶部钢筋砼板和碎石土层；

步骤七、在回填层的侧方设置侧部钢筋砼板。

为方便拱形棚洞结构的施工，棚洞结构的边墙一般为直墙。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：可利用内部防护组件快速形成拱形支护体系，减小对道路交通的影响，降低棚洞施工期间的安全风险；拱拱形二衬砼和内部防护组件共同受力，优化棚洞结构受力性能和抗冲击能力，提高棚洞结构的抗震性能，使拱形棚洞结构具有良好的稳定性和安全性。

附图说明

图1是实施例一提供的拱形棚洞结构的结构示意图。

图2是实施例二提供的拱形棚洞结构的结构示意图。

图3是本发明提供的内部防护组件的纵剖面示意图。

图4是本发明提供的内部防护组件的平面示意图。

图中，1、第一基础；11、第一桩基；12、第一钢筋砼承台；2、第二基础；21、第二桩基；22、第二钢筋砼承台；3、内部防护组件；31、型钢钢架；32、钢筋网；33、喷砼层；4、拱形二衬砼；5、回填层；6、填料层；7、顶部钢筋砼板；8、碎石土层；9、侧部钢筋砼板；a、线路。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明中，横向指线路a的宽度方向，纵向指线路a的长度方向。

实施例一

如图1所示的拱形棚洞结构，包括设于线路a一侧的第一基础1、设于线路a另一侧的第二基础2以及呈拱形的内部防护组件3，本实施例中，线路a地面地质条件较好，第一基础1呈条状且沿线路a的长度方向延伸，第二基础2呈条状且沿线路a的长度方向延伸。

其中，内部防护组件3的一端固定在第一基础1上，其另一端固定在第二基础2上，内部防护组件3的内侧设有一端固定在第一基础1上的拱形二衬砼4，拱形二衬砼4的另一端固定在第二基础2上，拱形二衬砼4的外侧设有防水板，防水板能够防止水流对拱形二衬砼4的危害，对拱形二衬砼4具有保护作用。内部防护组件3的外侧设有回填层5，回填层5的外部设有外部防护组件。

线路a为公路或铁路，拱形棚洞结构架设在线路a上方，用于抵御崩塌落石，提高行车安全性。第一基础1和第二基础2可保证拱形棚洞结构的稳定性，内部防护组件3可快速施工而成，减少对道路交通的影响，并能作为拱形二衬砼4的外模，保证施工拱形二衬砼4时的安全性，同时与内部防护组件3共同受力，优化棚洞结构受力性能和抗冲击能力，提高棚洞结构的抗震性能。

如图3和图4所示，内部防护组件3包括若干沿线路a的长度方向依次设置且呈拱形的型钢钢架31、固连在型钢钢架31外侧的钢筋网32以及固连在钢筋网32内侧的喷砼层33，型钢钢架31位于喷砼层33内，如图1所示，型钢钢架31的一端锚入第一基础1内，其另一端锚入第二基础2内。型钢钢架31可根据棚洞断面型式分块加工好，现场拼装，可以缩短工期，提高施工效率。型钢钢架31可采用工字钢或h型钢，工字钢或h型钢环向连接可以焊接亦可采用螺栓连接。拱形二衬砼4主筋的一端锚入第一基础1内，拱形二衬砼4主筋的另一端锚入第二基础2内。

如图1所示，外部防护组件包括依次设于回填层5上方的填料层6、顶部钢筋砼板7和碎石土层8，填料层6、顶部钢筋砼板7和碎石土层8由下往上逐层设置。棚洞结构拱顶以下夯填土石形成回填层5，棚洞结构拱顶以上依次用填料层6、顶部钢筋砼板7和碎石土层8分层回填，有利于排水。填料层6起缓冲作用；顶部钢筋砼板7为封闭层；碎石土层8也对落石起一定缓冲作用。

填料层6采用聚苯乙烯泡沫(eps)塑料板材，即由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材。其每立方米体积内含有300-600万个独立密闭气泡，内含空气的体积为98％以上，具有质量轻、吸水率低、耐水、耐老化、耐低温、易加工、价廉质优等优点。棚洞顶采用轻质的eps塑料板材每立方米仅20kg，供料便捷，即使车辆无法通行的地段，人工搬运也非常容易实现，可明显降低施工风险和难度，可在一定程度上加快进度，缩短工期。

如图1所示，回填层5的侧方设有侧部钢筋砼板9，填料层6、顶部钢筋砼板7和碎石土层8的端部抵靠在侧部钢筋砼板9靠近回填层5的一侧。侧部钢筋砼板9一方面可稳固回填边坡，另一方面使得排水顺畅。

为方便拱形棚洞结构的施工，棚洞结构的边墙一般为直墙。

一种拱形棚洞结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、分别在线路a的两侧施工第一基础1和第二基础2。

步骤二、在线路a的上方施工内部防护组件3：沿线路a的长度方向依次设置成拱形的型钢钢架31，将型钢钢架31的一端锚入第一基础1内，将型钢钢架31的另一端锚入第二基础2内；在型钢钢架31的外侧施工钢筋网32，并使钢筋网32与型钢钢架31固连；通过喷砼的方式在钢筋网32的内侧形成包裹住型钢钢架31的喷砼层33。

喷砼层33可在几小时后固化，与型钢钢架31和钢筋网32连为一体形成内部防护组件3，保证道路行车与拱形二衬砼4施工的安全，同时可作为拱形二衬砼4的外模，方便拱形二衬砼4的施工，最后又能与内部防护组件3共同抵抗落石的冲击。

步骤三、在内部防护组件3的内侧施工防水板。

步骤四、以内部防护组件3作为外模，施工拱形二衬砼4。

步骤五、静置一段时间，待拱形二衬砼4达到强度后，在拱形二衬砼4的拱顶以下位置对称夯填回填层5。

步骤六、在回填层5的上表面由下往上依次施工填料层6、顶部钢筋砼板7和碎石土层8。

步骤七、在回填层5的侧方设置侧部钢筋砼板9。

本拱形棚洞结构可利用内部防护组件3快速形成拱形支护体系，减小对道路交通的影响，降低棚洞施工期间的安全风险；拱拱形二衬砼4和内部防护组件3共同受力，优化棚洞结构受力性能和抗冲击能力，提高棚洞结构的抗震性能，使拱形棚洞结构具有良好的稳定性和安全性。

实施例二

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，线路a地面的地质条件较差，如图2所示，第一基础1包括第一桩基11和固连在第一桩基11顶部的第一钢筋砼承台12，第二基础2包括第二桩基21和固连在第二桩基21顶部的第二钢筋砼承台22。沿线路a的长度方向设置桩基，桩基施工工艺可采用人工挖孔桩或钻孔桩，桩基的断面型式一般采用方形或圆形，通常情况下钻孔桩为圆形，人工挖孔桩为方形，在桩基的顶端设置钢筋砼承台，型钢钢架31的一端锚入第一钢筋砼承台12内，其另一端锚入第二钢筋砼承台22内，拱形二衬砼4主筋的一端锚入第一钢筋砼承台12内，拱形二衬砼4主筋的另一端锚入第二钢筋砼承台22内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。