CN111411985A - 一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道及地下工程领域，具体涉及一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构及施工方法。桥梁承载结构包括桥梁结构和防护结构；防护结构包括支撑梁一和支撑梁二，所述防护结构还包括明洞结构或棚洞结构，支撑梁一跨越溶洞，两端置于溶洞两侧的稳定基础上，支撑梁二跨越溶洞，两端置于溶洞两侧的稳定基础上，明洞结构或棚洞结构下方的两侧分别固定于支撑梁一和支撑梁二上；桥梁结构置于明洞结构或棚洞结构中且跨越溶洞，桥梁结构的两端置于溶洞两侧的稳定基础上。施工方法用于施工上述的桥梁承载结构。与传统回填法跨越溶洞方法相比，采用预应力混凝土连续跨越溶洞，施工方便，结构可靠，避免了巨型溶洞洞渣回填引起的工后沉降大的缺陷。

Description

一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道及地下工程，特别是一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构及施工方法。

背景技术

进入二十一世纪来，随着我国铁路建设的高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多，特别在中西部山区，线路选线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，隧道规模迅速增加，隧道穿越岩溶的情况越来越多。当隧道上跨大型溶洞时，由于基底回填不密实或悬空，极有可能造成基础塌陷、结构破坏、因此必须采用有效的承载结构，才能保证隧道施工及运营期间的安全。

目前隧道上跨溶洞时，一般采用弃渣回填的处理措施，但针对巨型溶洞，洞深高达几十米甚至上百米，若采用回填，必然会产生较大的工后沉降，造成隧道结构受力不均、开裂破坏等病害，严重影响隧道工程运营安全。因此，研究一种结构稳定可靠、变形量小、可跨越巨型溶洞的新型隧道承载结构，对解决上述极不利情况下隧道结构的开裂破坏、沉降大等问题，具有重要的工程意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，包括桥梁结构和防护结构；所述防护结构包括支撑梁一和支撑梁二，所述防护结构还包括明洞结构或棚洞结构，所述支撑梁一跨越溶洞，两端置于溶洞两侧的稳定基础上，所述支撑梁二跨越溶洞，两端置于溶洞两侧的稳定基础上，所述明洞结构下方的两侧分别固定于所述支撑梁一和所述支撑梁二上；所述桥梁结构置于所述明洞结构或所述棚洞结构中且跨越溶洞，所述桥梁结构的两端置于溶洞两侧的稳定基础上。

本发明提供的桥梁承载结构，为跨越分离式承载结构，即：支撑梁一、支撑梁二和桥梁结构均以跨越的方式穿过溶洞，且列车运行产生的动载由桥梁结构承担，围岩静载由支撑梁一和支撑梁二承担，从而实现了结构的动载与静载的分离。与传统回填法跨越溶洞方法相比，采用桥梁结构跨越溶洞，施工方便，结构可靠，避免了巨型溶洞洞渣回填引起的工后沉降大的缺陷。采用动静分离的结构形式，各部结构受力明确，避可靠性高。若不采用动静分离模式，直接将明洞结构直接置于桥梁结构之上，一方面桥梁结构荷载大大增加，设计难度增加；另一方面，列车反复周期性的动荷载作用，对明洞结构产生疲劳破坏，引起结构开裂，一旦开裂，可能形成混凝土掉块，影响列车运营安全。

作为本发明的一种可选的方案，所述桥梁结构为预应力连续梁结构，其横断面为箱型或T型。

作为本发明的一种可选的方案，所述支撑梁一和所述支撑梁二为鱼腹梁。支撑梁一和支撑梁二设置为鱼腹梁，具有抗弯刚度大、节约材料的优点。

作为本发明的一种可选的方案，所述防护结构还包括设于溶洞两侧的稳定基础上的支撑梁支座一和支撑梁支座二，所述支撑梁支座一用于支撑所述支撑梁一，所述支撑梁支座二用于支撑所述支撑梁二；其中，所述溶洞一侧的稳定基础上设有支撑梁支座一和支撑梁支座二，所述溶洞另一侧的稳定基础上也设有支撑梁支座一和支撑梁支座二。

作为本发明的一种可选的方案，所述桥梁结构还包括设于溶洞两侧的稳定基础上的支座和承台，所述桥梁结构的两端设置于所述承台上，所述桥梁结构置于所述支座上；所述承台与所述桥梁承载结构两端的隧道相接触。

作为本发明的一种可选的方案，所述防护结构包括第一层防护结构和第二层防护结构，所述第一层防护结构包括所述支撑梁一和所述支撑梁二，所述第一层防护结构还包括所述明洞结构或所述棚洞结构；所述第二层防护结构包括溶洞顶部锚网喷结构及竖向长锚索，所述锚网喷结构和所述竖向长锚索用于锚固溶洞上部围岩。通过锚网喷结构及竖向长锚索实现外层防护，通过明洞结构实现内层防护，采用内外双层防护结构，可以防御溶洞顶部掉块产生的安全隐患及事故，确保线路运营期间安全。

作为本发明的一种可选的方案，所述明洞结构为钢筋混凝土结构件，所述棚洞结构为钢筋混凝土构件或钢结构构件。

一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构的施工方法，包括以下步骤：

S1.开挖溶洞两端的稳定基础；

S2.施作支撑梁支座一和支撑梁支座二；

S3.施作支座和承台；

S4.施作支撑梁一和支撑梁二；

S5.施作桥梁结构；

S6.施作溶洞顶部锚网喷结构及竖向长锚索；

S7.施作明洞结构或棚洞结构。

作为本发明的一种可选的方案，在所述步骤S3、步骤S4和/或步骤S5中，采用挂篮施工。

作为本发明的一种可选的方案，在所述步骤S6中，待桥梁结构及支撑梁达到设计强度后，以桥梁结构及支撑梁作为工作平台，进行锚网喷结构及长锚索的施工。本发明提供的上述施工方法，以桥梁结构及支撑梁作为工作平台，施工方便、效率高。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、与传统回填法跨越溶洞方法相比，采用预应力混凝土连续箱梁桥梁结构跨越溶洞，施工方便，结构可靠，避免了巨型溶洞洞渣回填引起的工后沉降大的缺陷。

2、采用动静分离的结构形式，内部桥梁结构承受道床及列车动荷载，左右侧鱼腹梁承受明洞衬砌荷载，动静荷载传递分散，各部结构受力明确，可靠性高。

3、采用内外双层防护结构，外层锚网喷结构及竖向长锚索对溶洞顶部围岩进行封闭、加固，避免了溶洞顶部大规模的掉块，内层采用明洞结构或棚洞结构对内部桥梁结构进行遮罩，可以防御溶洞顶部局部小块径掉块，线路运营期间安全、可靠性高。

4、线路两侧鱼腹式梁设计，充分的考虑了简支梁结构弯矩分布规律，跨中大跨边小的特点，一方面减轻了结构自重降低工程投资，另一方面也确保了结构的可靠性。

5、针对穿越地下暗河发育的巨型溶洞工程，本方案可以避免因线路改线或既有水系的改移产生的工期延误和投资增加，节约大规模洞渣回填及基地处理的成本。具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构在沿桥梁纵向方向的结构示意图。

图2是图1中C部的局部放大图。

图3是沿图1中A-A截面的示意图。

图4是沿图1中B-B截面的示意图。

图5是本发明实施例提供的支撑梁一的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的施工方法中，进行步骤S4时的示意图。

图7是本发明实施例提供的施工方法中，步骤S4完成时的示意图。

图8是本发明实施例提供的施工方法中，步骤S5完成时的示意图。

图9是本发明实施例提供的施工方法中，步骤S6完成时的示意图。

图标：1-桥梁结构；2-支座；3-承台；4-锚网喷结构；5-竖向长锚索；6-明洞结构；701-支撑梁一；702-支撑梁二；801-支撑梁支座一；802-支撑梁支座二；9-稳定基础；10-溶洞。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1-图9。本发明实施例提供了一种穿越巨型溶洞10的桥梁承载结构，其包括桥梁结构1和防护结构。

请参阅图3及图4。其中，防护结构包括第一层防护结构和第二层防护结构，第一层防护结构包括明洞结构6、支撑梁一701、支撑梁二702、支撑梁支座一801和支撑梁支座二802。第二层防护结构包括锚网喷结构4及竖向长锚索5支护。

具体的，锚网喷结构4及竖向长锚索5支护用于固定溶洞10顶部的围岩。通过设置竖向长锚索5，确保溶洞10顶部的大块岩体能够被锚固，竖向长锚索5与锚网喷结构4相结合，能够提高结构的安全性。

支撑梁一701和支撑梁二702分别设置于线路方向的两侧，支撑梁一701和支撑梁二702均跨越溶洞10且两端分别置于溶洞10两侧的稳定基础9上。

进一步的，支撑梁一701的两端各通过一个支撑梁支座一801固定于溶洞10两侧的稳定基础9上。支撑梁二702的两端各通过一个支撑梁支座二802固定于溶洞10两侧的稳定基础9上。支撑梁一701和支撑梁二702均为鱼腹梁。请参阅图5。

明洞结构6呈拱形，其一侧的下方固定于支撑梁一701上，另一侧的下方固定于支撑梁二702上。在本实施例中，明洞为钢筋混凝土结构件。

请参阅图1及图2，桥梁承载结构还包括支座2和承台3。在溶洞10两侧的稳定基础9上各设有一个支座2，也各设有一个承台3。桥梁结构1设置于明洞结构6中且跨越溶洞10，桥梁结构1的两端分别位于两侧稳定基础9上的承台3上，桥梁结构1置于两侧稳定基础9的上的支座2上。

两个承台3分别与桥梁承载结构两端的隧道相接触。

具体的，在本实施例中，桥梁结构1为预应力混凝土连续箱梁。

本发明实施例还提供了一种针对上述穿越巨型溶洞10的桥梁承载结构的施工方法，其包括以下步骤：

S1.开挖溶洞10两端的稳定基础9；

S2.施作支撑梁支座一801和支撑梁支座二802；

S3.施作支座2和承台3；

S4.施作支撑梁一701和支撑梁二702；

请参阅图6及图7，具体的，在步骤S4中，采用挂篮施工的方法施作支撑梁一701和支撑梁二702；

S5.施作桥梁结构1；

请参阅图8，具体的，在步骤S5中，采用挂篮施工的方法施作桥梁结构1；

S6.施作锚网喷结构4及竖向长锚索5支护；

请参阅图9，具体的，在步骤S6中，待桥梁结构1、支撑梁一701和支撑梁二702达到设计强度后，以桥梁结构1、支撑梁一701和支撑梁二702作为施工平台，施作锚网喷结构4及竖向长锚索5防护。

S7.施作明洞结构6。

步骤S7完成后的结构参见图3及图4。

本发明穿越巨型溶洞10大厅的桥梁承载结构，与传统回填法跨越溶洞10方法相比，采用预应力混凝土连续箱梁跨越溶洞10，施工方便，结构可靠，避免了巨型溶洞10洞渣回填引起的工后沉降大的缺陷；

采用动静分离的结构形式，各部结构受力明确，可靠性高；

采用锚网喷结构4及竖向长锚索5支护作为外层结构，明洞结构6作为内层防护结构，可以防御溶洞10顶部掉块产生的安全隐患及事故，确保线路运营期间安全；

针对穿越地下暗河发育的巨型溶洞10工程，本方案可以避免因线路改线或既有水系的改移产生的工期延误和投资增加，节约大规模洞渣回填及基地处理的成本，具有良好的经济效益和社会效益。

实施例2

本发明实施例提供了一种穿越巨型溶洞10的桥梁承载结构，与实施例1的区别在于，在本实施例中，采用棚洞结构代替实施例1中的明洞结构6。

在本实施例中，棚洞结构为钢筋混凝土构件或钢结构构件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，包括桥梁结构和防护结构；

所述防护结构包括支撑梁一和支撑梁二，所述防护结构还包括明洞结构或棚洞结构，所述支撑梁一跨越溶洞，所述支撑梁一的两端置于溶洞两侧的稳定基础上，所述支撑梁二跨越溶洞，所述支撑梁二的两端置于溶洞两侧的稳定基础上，所述明洞结构或所述棚洞结构下方的两侧分别固定于所述支撑梁一和所述支撑梁二上；

所述桥梁结构置于所述明洞结构或所述棚洞结构中且跨越溶洞，所述桥梁结构的两端置于溶洞两侧的稳定基础上。

2.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述桥梁结构为预应力连续梁结构，其横断面为箱型或T型。

3.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述支撑梁一和所述支撑梁二为鱼腹梁。

4.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述防护结构还包括设于溶洞两侧的稳定基础上的支撑梁支座一和支撑梁支座二，所述支撑梁支座一用于支撑所述支撑梁一，所述支撑梁支座二用于支撑所述支撑梁二；

其中，所述溶洞一侧的稳定基础上设有支撑梁支座一和支撑梁支座二，所述溶洞另一侧的稳定基础上也设有支撑梁支座一和支撑梁支座二。

5.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述桥梁结构还包括设于溶洞两侧的稳定基础上的支座和承台，所述桥梁结构的两端置于所述承台上，所述桥梁结构置于所述支座上；

所述承台与所述桥梁承载结构两端的隧道相接触。

6.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述防护结构包括第一层防护结构和第二层防护结构，所述第一层防护结构包括所述支撑梁一和所述支撑梁二，所述第一层防护结构还包括所述明洞结构或所述棚洞结构；

所述第二层防护结构包括溶洞顶部锚网喷结构及竖向长锚索，所述锚网喷结构和所述竖向长锚索用于锚固溶洞上部围岩。

7.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构，其特征在于，所述明洞结构为钢筋混凝土结构件；

所述棚洞结构为钢筋混凝土构件或钢结构构件。

8.一种穿越巨型溶洞的桥梁承载结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.开挖溶洞两端的稳定基础；

S2.施作支撑梁支座一和支撑梁支座二；

S3.施作支座和承台；

S4.施作支撑梁一和支撑梁二；

S5.施作桥梁结构；

S6.施作溶洞顶部锚网喷结构及竖向长锚索；

S7.施作明洞结构或棚洞结构。

9.根据权利要求8所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤S3、步骤S4和/或步骤S5中，采用挂篮施工。

10.根据权利要求8所述的穿越巨型溶洞的桥梁承载结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤S6中，待桥梁结构、支撑梁一和支撑梁二达到设计强度后，以桥梁结构及支撑梁作为工作平台，进行锚网喷结构及竖向长锚索的施工。

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