[發明專利]一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構

無效

• 申請號: 201110379913.5
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102493818A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 呂文志;余火忠;湯小明
• 申請（專利權）人: 中冶集團武漢勘察研究院有限公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/10
• 代理公司: 武漢金堂專利事務所 42212
• 代理人: 胡清堂

技術領域

?本發明涉及一種地下建筑技術領域，具體地說是一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構。

背景技術

我國部分省份廣泛分布有碳酸鹽巖，隧道或平硐穿越碳酸鹽巖地層時，不可避免的會遇到各種類型的巖溶溶洞。當溶洞高度大、寬度窄時，溶洞側壁面積大、網噴支護難度大、成本高、安全性差，溶洞側壁一般會放棄支護，尤其是溶洞較長且其走向與隧道或平硐一致時。破碎巖中的原生裂隙和施工擾動等因素可能造成巖石塌落，由于高度大，落石的沖擊能量高，會給隧道或平硐的施工和運營帶來一系列的困難，處理不當，會帶來極大的危害。

目前隧道或平硐遇到溶洞時，主要從溶洞頂板和主體結構兩方面處理。即對溶洞頂板采取噴錨網、錨索、主動網等方式進行防護，主體結構則設置剛性緩沖結構。但對于高窄溶洞，現有方式存在以下問題：

問題一：溶洞高度大，側壁面積大，頂板防護時需要設置大量臨時支架、而狹窄空間又增加了施工難度，故施工周期長，造價較高。

問題二：溶洞頂板網噴支護施工時可能誘發溶洞頂板巖塊掉落，施工過程中存在安全隱患，高窄溶洞網噴施工屬高空作業，也存在一定安全隱患。

問題三：主體結構設置剛性緩沖時，考慮頂板可能發生的巖塊墜落，按照被動受力考慮，使得主體結構過于厚重，不經濟。

問題四：主體結構設置剛性緩沖時，由于護拱與主體結構是剛性接觸，落石沖擊荷載在短時間內傳遞至主體結構，極易造成主體結構損傷與開裂，甚至破壞，影響運營安全。

問題五：在溶洞不作全高度回填狀態下，溶洞積水不可避免。對于高窄溶洞，其水頭產生的壓力很大，應對傳統防護結構進行排水設計。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種安全可靠、方便快捷的高窄溶洞防護結構，使其能消除施工期安全隱患，保證運營安全。

本發明一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構位于高窄溶洞1內，剛性的拱形防護罩4位于隧道或平硐結構主體2的上方，且剛性防護罩4與主體結構2之間設置有預留空間3，柔性的二元緩沖層位于剛性拱形防護罩4的上方，輔助排水排氣裝置7穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層5的層底。所述的柔性二元緩沖層為高彈材料緩沖層6，砂性土柔性緩沖層5，且高彈材料緩沖層6在上，砂性土柔性緩沖層5在下。

所述剛性防護罩優選為拱形，拱跨結構跨越溶洞，以便合理傳遞落石沖擊能。

所述剛性拱形防護罩的拱跨結構矢跨比優選為1/4~1/8。

所述剛性拱形防護罩材料優選為鋼筋混凝土或型鋼混凝土或纖維混凝土（混凝土強度不低于C25）。

所述剛性拱形防護罩應坐落在穩定巖石基礎上，最好利用硐壁作為外模板，以利充分接觸巖石基礎。

所述柔性二元緩沖層中的高彈材料優選為具有較強緩沖能力、抗腐蝕性、抗老化的彈性材料。

所述柔性二元緩沖層中的高彈材料緩沖層優選為圓管狀（Φ250mm~1000mm），且彼此緊扣成為結構體，不少于三層，以利充分消能。

所述柔性二元緩沖層中的砂性土緩沖層優選為具有較粗顆粒（0.25mm~2.00mm）、較好滲透性（滲透系數不小于0.001cm/s）、有一定級配（泰波公式系數n=0.35~0.45）的中粗砂（粒徑大于0.25mm的顆粒質量超過總質量50%）。

所述柔性二元緩沖層中的砂性土緩沖層應具有一定的厚度（2m~10m），以利充分消能，且能收集和疏導溶洞積水。

剛性防護罩與主體結構之間預留一定的空間（0.5m~1.5m），以隔離防護罩與主體結構，避免主體結構受沖擊破壞，且該預留空間可作為檢查和維護的通道。

排水裝置應穿透剛性防護罩，設置在弧形砂性土緩沖層層底，排水裝置應有過濾功能（濾管孔隙率不小于25%，外罩尼龍網目數不少于40），防止砂土流失。

該發明一種高窄溶洞的剛柔二重防護結構優點是：

優點一：由于不需要進行溶洞頂板與側壁網噴支護，而是采用了剛柔復合防護結構，從根本上解決了傳統噴錨網防護安全性差、防護不到位的缺陷，保障了主體結構的安全可靠。

優點二：剛性拱形防護罩為拱跨結構、外設柔性二元緩沖層，與傳統上只有剛性防護層相比，防護結構不致過厚而不經濟，但又能有效保障防護結構的安全可靠。

優點三：剛柔復合防護結構與主體結構之間預留一定空間，而不是剛性接觸，實現了防護結構與主體結構的分離、消減了危巖落石直接對主體結構的沖擊作用，也可以作為養護維修通道，方便對防護結構進行檢查和維修。