CN111411994A - 穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法 - Google Patents

穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法，该分离式承载结构包括设于溶洞中的拱墙和基座，基座位于拱墙下方，拱墙和基座沿隧道线路方向设置，拱墙和基座围成的区域用于设置桥梁梁体，拱墙底部抵接于基座顶部，拱墙通过若干锚索悬吊，锚索锚固于溶洞顶部。采用该分离式承载结构，由于基座和拱墙是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅基座沉降，而拱墙由锚索悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定。

Description

穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，特别是涉及一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法。
背景技术
进入二十一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多，在西部地区，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，隧道规模越来越大。特别在西南山区，由于岩溶发育，长大岩溶隧道也越来越多，隧道施工中不可避免要遇到各种岩溶形态。
一般，铁路穿越中小型溶洞时，常常利用回填、跨越、支顶等方案，但对于巨型溶洞，单纯利用上述方案均不能有效确保施工及运营安全。当溶洞深度太大，沿线路方向长度太长时，采用回填方案不能有效控制基础沉降；利用跨越方案时必然是高墩大跨结构，施工难度大，且需分别设置承担列车荷载和衬砌结构的桥跨结构，工程造价高昂。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的铁路穿越巨型溶洞时，当溶洞深度太大，沿线路方向长度太长时，采用回填方案不能有效控制基础沉降；利用跨越方案，既要承担列车荷载，又要承受衬砌及围岩荷载。荷载大，且还要考虑列车反复作用的疲劳影响，跨越结构设计及施工难度极大，工程造价高昂。为此，本发明提供一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构及其施工方法，避免了后期沉降对轨道结构的影响，提升隧道整体稳定性，降低隧道建设与运营期间灾害风险。
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跨越分离式承载结构，包括设于溶洞中的拱墙和基座，所述基座位于所述拱墙下方，所述拱墙和所述基座沿隧道线路方向设置，所述拱墙和所述基座围成的区域用于设置桥梁梁体，所述拱墙底部抵接于所述基座顶部，所述拱墙通过若干锚索悬吊，所述锚索锚固于溶洞顶部。
采用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，由所述桥梁梁体承担列车荷载等动荷载，所述基座和所述拱墙组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座和所述拱墙是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座沉降，而所述拱墙由所述锚索悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定。
优选地，溶洞中设有第一回填体，所述第一回填体具有设置所述基座和所述拱墙的空间，所述基座设于所述第一回填体上。
进一步优选地，所述第一回填体为隧道弃渣回填体。
采用隧道弃渣对巨型溶洞进行分层回填，提供了隧道施工的作业空间，并且充分利用隧道弃渣，避免了隧道弃渣引起的相关环保问题。
进一步优选地，所述基座底部的所述第一回填体中设有基础加固结构。
进一步优选地，所述基础加固结构包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构。
进一步优选地，所述基座、所述拱墙的外侧与所述第一回填体之间设有回填结构。
采用这种结构设置，所述回填结构对衬砌结构起到了固定作用，确保衬砌结构不发生过大横向位移。
进一步优选地，所述回填结构包括第二回填体、第三回填体和第四回填体。
进一步优选地，所述基座的外侧与所述第一回填体之间设置所述第二回填体。
进一步优选地，所述第二回填体为C20混凝土回填体。
进一步优选地，所述拱墙的外侧与所述第一回填体之间设置所述第三回填体和所述第四回填体，所述第三回填体靠近所述第一回填体，所述第四回填体靠近所述拱墙。
进一步优选地，所述第三回填体为泡沫混凝土回填体。
进一步优选地，所述第四回填体为泡沫混凝土回填体。
优选地，溶洞顶部设有拱部岩体加固结构。
采用这种结构设置，所述拱部岩体加固结构能较好地加固隧道线路上方溶洞顶部岩体，使得所述拱墙不承受上部岩体的荷载，结构自身稳定性更好。
进一步优选地，所述拱部岩体加固结构包括锚杆、锚固网和喷射混凝土层，所述锚杆插入溶洞顶部，所述锚固网贴合于溶洞顶部，所述锚固网外侧设置所述喷射混凝土层。
优选地，所述基座为U型结构件。
优选地，所述基座底部预留注浆孔。
采用这种结构设置，当隧道衬砌结构下方回填体发生不均匀沉降或扭转时，可根据现场实际情况通过所述注浆孔进行注浆补偿填充，进一步增大了衬砌结构适应沉降变形的能力，该衬砌结构在线路穿越巨型溶洞大厅时具有极强的实用性，大大提高了线路选择的自由度。
优选地，所述基座顶部设有凹槽，所述拱墙的拱脚设于所述凹槽内。
优选地，所述拱墙和所述基座连接于设有填充物。
采用这种结构设置，衬砌结构在外部荷载作用下，所述基座可能会发生沉降或扭转等变形后与上部所述拱墙搓动分离，采用所述填充物进行填充，保证所述基座与所述拱墙的整体性与稳定性。
进一步优选地，所述填充物为聚苯板。
本发明还提供了一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，包括以下步骤：
A、对溶洞进行回填，在溶洞中形成第一回填体；
B、施作溶洞顶部拱部岩体加固结构；
C、对所述第一回填体进行放坡开挖至明洞底部设计标高；
D、于明洞底部施作基础加固结构；
E、施作桥梁梁体；
F、施作基座；
G、对所述基座两侧进行回填，回填至所述基座顶部，形成第二回填体；
H、在明洞对应的溶洞顶部施作竖向锚索和拱墙，所述锚索悬吊所述拱墙，采用填充物对所述拱墙和所述基座之间的连接处进行填充；
I、对所述拱墙两侧进行回填。
采用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，安全可靠，施工效率高，由所述桥梁梁体承担列车荷载等动荷载，所述基座和所述拱墙组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座和所述拱墙是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座沉降，而所述拱墙由所述锚索悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。
优选地，所述步骤A中，采用隧道弃渣对溶洞进行回填，形成所述第一回填体。
优选地，所述步骤A中，所述第一回填体回填至距溶洞顶部7m-10m的平台位置。
优选地，所述步骤B中，所述拱部岩体加固结构包括锚杆、锚固网和喷射混凝土层。
优选地，所述步骤C中，明洞施作范围内采用1∶1坡率对所述第一回填体进行放坡开挖至明洞底部设计标高。
优选地，所述步骤D中，所述基础加固结构包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构。
优选地，所述步骤F中，施作所述基座为U型结构件。
优选地，所述步骤F中，在所述基座底部预留注浆孔。
优选地，所述步骤F中，在所述基座顶部预留凹槽。
优选地，所述步骤G中，所述第二回填体为C20混凝土回填体。
优选地，所述步骤H中，所述拱墙的拱脚设于所述凹槽内。
优选地，所述步骤H中，所述填充物为聚苯板。
优选地，所述步骤I中，对所述拱墙两侧进行回填，回填至所述基座外侧，形成第三回填体。
进一步优选地，所述第三回填体为泡沫混凝土回填体。
优选地，所述步骤I中，对所述拱墙两侧余下部分进行回填，形成第四回填体。
进一步优选地，所述第四回填体为泡沫混凝土回填体。
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、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，由所述桥梁梁体承担列车荷载等动荷载，所述基座和所述拱墙组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座和所述拱墙是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座沉降，而所述拱墙由所述锚索悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定；
2、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，所述基座、所述拱墙的外侧与所述第一回填体之间设有回填结构，所述回填结构对衬砌结构起到了固定作用，确保衬砌结构不发生过大横向位移；
3、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，衬砌结构在外部荷载作用下，所述基座可能会发生沉降或扭转等变形后与上部所述拱墙搓动分离，采用所述填充物进行填充，保证所述基座与所述拱墙的整体性与稳定性；
4、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，溶洞顶部设有拱部岩体加固结构，所述拱部岩体加固结构能较好地加固隧道线路上方溶洞顶部岩体，使得所述拱墙不承受上部岩体的荷载，结构自身稳定性更好；
5、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，当隧道衬砌结构下方回填体发生不均匀沉降或扭转时，可根据现场实际情况通过所述注浆孔进行注浆补偿填充，进一步增大了衬砌结构适应沉降变形的能力，该衬砌结构在线路穿越巨型溶洞大厅时具有极强的实用性，大大提高了线路选择的自由度；
6、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，所述第一回填体为隧道弃渣回填体，采用隧道弃渣对巨型溶洞进行分层回填，提供了隧道施工的作业空间，并且充分利用隧道弃渣，避免了隧道弃渣引起的相关环保问题；
7、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，安全可靠，施工效率高，由所述桥梁梁体承担列车荷载等动荷载，所述基座和所述拱墙组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座和所述拱墙是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座沉降，而所述拱墙由所述锚索悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是实施例2中步骤A的示意图；
图4是实施例2中步骤B的示意图；
图5是实施例2中步骤C的示意图；
图6是实施例2中步骤D的示意图；
图7是实施例2中步骤E的示意图；
图8是实施例2中步骤F的示意图；
图9是实施例2中步骤G的示意图；
图10是实施例2中步骤H的示意图；
图11是实施例2中步骤I和步骤J的示意图。
图标：10-锚索，11-拱部岩体加固结构，12-基础加固结构，20-拱墙，30-桥梁梁体，40-基座，41-注浆孔，50-第四回填体，51-第三回填体，52-第二回填体，53-第一回填体，60-填充物。
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
如图1-2所示，本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，包括初期支护结构和二次衬砌结构。
所述初期支护结构包括设于溶洞中的第一回填体53、基础加固结构12、拱部岩体加固结构11、第二回填体52、第三回填体51和第四回填体50。
所述二次衬砌结构包括设于溶洞中的拱墙20和基座40，所述基座40为U型结构件。
所述基座40位于所述拱墙20下方，所述拱墙20和所述基座40沿隧道线路方向设置，所述拱墙20和所述基座40围成的区域用于设置桥梁梁体30，所述拱墙20底部抵接于所述基座40顶部，所述拱墙20通过若干锚索10悬吊，所述锚索10锚固于溶洞顶部。
所述第一回填体53为隧道弃渣回填体，采用隧道弃渣对巨型溶洞进行分层回填，提供了隧道施工的作业空间，并且充分利用隧道弃渣，避免了隧道弃渣引起的相关环保问题；所述第一回填体53具有设置所述基座40和所述拱墙20的空间，所述基座40设于所述第一回填体53上，所述基座40底部连接的所述第一回填体53中设置所述基础加固结构12，溶洞顶部设有拱部岩体加固结构11，所述拱部岩体加固结构11能较好地加固隧道线路上方溶洞顶部岩体，使得所述拱墙20不承受上部岩体的荷载，结构自身稳定性更好；具体地，所述基础加固结构12包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构，所述拱部岩体加固结构11包括锚杆、锚固网和喷射混凝土层，所述锚杆插入溶洞顶部，所述锚固网贴合于溶洞顶部，所述锚固网外侧设置所述喷射混凝土层。
所述基座40的外侧与所述第一回填体53之间设置所述第二回填体52，所述第二回填体52为C20混凝土回填体，所述拱墙20的外侧与所述第一回填体53之间设置所述第三回填体51和所述第四回填体50，所述第三回填体51靠近所述第一回填体53，所述第四回填体50靠近所述拱墙20，所述第三回填体51为泡沫混凝土回填体，所述第四回填体50为混凝土回填体；所述第二回填体52、所述第三回填体51和所述第四回填体50对衬砌结构起到了固定作用，确保衬砌结构不发生过大横向位移。
如图2所示，所述基座40顶部设有凹槽，所述拱墙20的拱脚设于所述凹槽内，所述拱墙20和所述基座40连接于设有填充物60，所述填充物60为聚苯板，衬砌结构在外部荷载作用下，所述基座40可能会发生沉降或扭转等变形后与上部所述拱墙20搓动分离，采用所述填充物60进行填充，保证所述基座40与所述拱墙20的整体性与稳定性；所述基座40底部预留注浆孔41，当隧道衬砌结构下方回填体发生不均匀沉降或扭转时，可根据现场实际情况通过所述注浆孔41进行注浆补偿填充，进一步增大了衬砌结构适应沉降变形的能力，该衬砌结构在线路穿越巨型溶洞大厅时具有极强的实用性，大大提高了线路选择的自由度。
运用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，由所述桥梁梁体30承担列车荷载等动荷载，所述基座40和所述拱墙20组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座40和所述拱墙20是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座40沉降，而所述拱墙20由所述锚索10悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定。
实施例2
如图1-10所示，本发明所述的一种如实施例1所述穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，包括以下步骤：
A、如图3所示，采用隧道弃渣对溶洞进行回填，回填至距溶洞顶部7m-10m的平台位置，本实施例中优选8m，在溶洞中形成第一回填体53；
B、如图4所示，施作溶洞顶部拱部岩体加固结构11；具体地，所述拱部岩体加固结构11包括锚杆、锚固网和喷射混凝土层；
C、如图5所示，明洞施作范围内采用1∶1坡率对所述第一回填体53进行放坡开挖至明洞底部设计标高；
D、如图6所示，于明洞底部施作基础加固结构12进行加固；具体地，所述基础加固结构12包括注浆加固结构、钢管桩注浆加固结构或者旋喷桩加固结构；
E、如图7所示，施作桥梁梁体30，所述桥梁梁体30跨设于溶洞两侧岩体；
F、如图8所示，施作U型基座40并在其底部预留注浆孔41，所述基座40顶部预留凹槽；
G、如图9所示，采用C20混凝土对所述基座40两侧进行回填，回填至所述基座40顶部，形成第二回填体52；
H、如图10所示，在明洞对应的溶洞顶部施作竖向锚索10和拱墙20，所述锚索10悬吊所述拱墙20，如图2所示，所述拱墙20的拱脚设于所述凹槽内，采用填充物60对所述拱墙20和所述基座40之间的连接处进行填充；具体地，所述填充物60为聚苯板；
I、如图11所示，采用泡沫混凝土对所述拱墙20两侧进行回填，回填至所述基座40外侧，形成第三回填体51；
J、如图11所示，采用混凝土对所述拱墙20两侧余下部分进行回填，形成第四回填体50；
K、重复上述步骤A-J，完成溶洞内隧道线路设计段落全长开挖完工。
运用本发明所述的一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，安全可靠，施工效率高，由所述桥梁梁体30承担列车荷载等动荷载，所述基座40和所述拱墙20组成的衬砌结构承担围岩压力等静荷载，有效地避免了运营期衬砌结构在动荷载作用下产生不均匀沉降，由于所述基座40和所述拱墙20是分离的，二者之间未做连接，当隧道线路下部填充体发生沉降时仅所述基座40沉降，而所述拱墙20由所述锚索10悬吊则不会发生沉降，显著增加了衬砌结构对沉降变形的适应能力，最大限度地减小了不均匀沉降或扭曲变形等对衬砌结构的影响，确保隧道衬砌结构整体安全稳定，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。
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跨越分离式承载结构，其特征在于，包括设于溶洞中的拱墙(20)和基座(40)，所述基座(40)位于所述拱墙(20)下方，所述拱墙(20)和所述基座(40)沿隧道线路方向设置，所述拱墙(20)和所述基座(40)围成的区域用于设置桥梁梁体(30)，所述拱墙(20)底部抵接于所述基座(40)顶部，所述拱墙(20)通过若干锚索(10)悬吊，所述锚索(10)锚固于溶洞顶部。
2.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，溶洞中设有第一回填体(53)，所述第一回填体(53)具有设置所述基座(40)和所述拱墙(20)的空间，所述基座(40)设于所述第一回填体(53)上。
3.根据权利要求2所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述基座(40)底部的所述第一回填体(53)中设有基础加固结构(12)。
4.根据权利要求2所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述基座(40)、所述拱墙(20)的外侧与所述第一回填体(53)之间设有回填结构。
5.根据权利要求4所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述回填结构包括第二回填体(52)、第三回填体(51)和第四回填体(50)。
6.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，溶洞顶部设有拱部岩体加固结构(11)。
7.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述基座(40)为U型结构件。
8.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述基座(40)顶部设有凹槽，所述拱墙(20)的拱脚设于所述凹槽内。
9.根据权利要求1-8任一项所述的穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构，其特征在于，所述拱墙(20)和所述基座(40)连接于设有填充物(60)。
10.一种穿越巨型溶洞的桥梁跨越分离式承载结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、对溶洞进行回填，在溶洞中形成第一回填体(53)；
B、施作溶洞顶部拱部岩体加固结构(11)；
C、对所述第一回填体(53)进行放坡开挖至明洞底部设计标高；
D、于明洞底部施作基础加固结构(12)；
E、施作桥梁梁体(30)；
F、施作基座(40)；
G、对所述基座(40)两侧进行回填，回填至所述基座(40)顶部，形成第二回填体(52)；
H、在明洞对应的溶洞顶部施作竖向锚索(10)和拱墙(20)，所述锚索(10)悬吊所述拱墙(20)，采用填充物(60)对所述拱墙(20)和所述基座(40)之间的连接处进行填充；
I、对所述拱墙(20)两侧进行回填。
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