一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足水利水電工程各項任務而設(shè)置的具有封閉斷面的通道稱為水工隧洞，且多數(shù)布置于巖體中，甚至跨越巖溶洞穴區(qū)域，此時應根據(jù)溶洞的位置、分布、規(guī)模、充填情況、圍巖(巖壁)的穩(wěn)定性及巖溶水量大小采取不同的工程處理措施設(shè)計。目前，在水工隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計中，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，當溶洞規(guī)模較大，底部深狹且充填物較多、地下水活動頻繁時存在如下不足:
[0003](I)在屬于隱蔽工程施工過程中可能會使粧身出現(xiàn)縮徑、擴徑、夾泥、離析、斷粧等缺陷，質(zhì)量控制難度大，從而對基礎(chǔ)產(chǎn)生潛在危險；
[0004](2)對現(xiàn)場道路的通行標準有要求，施工難度高，受機械數(shù)量限制施工時間長；
[0005](3)溶洞中地下水活動頻繁，充填物中的地下水等對粧基的形成及水工隧洞的永久運行都存在安全隱患；
[0006](4)在施工工程中會產(chǎn)生大量的泥漿垃圾，處理難度大，對環(huán)保要求高。
[0007]由于粧基型式跨越溶洞存在上述不足，因此，某些情況下，采用傳統(tǒng)粧基型式跨越溶洞還不夠理想，限制了其應用范圍。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]為解決上述問題，本實用新型提供了一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)。
[0009]本實用新型是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0010]一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于溶洞內(nèi)的溶洞充填物，所述溶洞內(nèi)位于溶洞充填物上方設(shè)置有拱橋及鋼管結(jié)構(gòu)，所述拱橋由拱圈和拱座組成，所述拱圈兩端通過拱座固定在溶洞兩邊的巖體上；所述鋼管結(jié)構(gòu)由位于拱圈上方的壓力鋼管組成，在壓力鋼管外側(cè)設(shè)置有鋼管外包混凝土。
[0011]所述拱圈頂部設(shè)置有腹腔。
[0012]所述拱圈兩端位于拱座處設(shè)置有拱座固結(jié)灌漿管。
[0013]所述壓力鋼管貫穿于溶洞及巖體，并在壓力鋼管兩端分別設(shè)置與鋼管外包混凝土聯(lián)結(jié)的水工隧洞混凝土。
[0014]所述腹腔為腹腔混凝土結(jié)構(gòu)。
[0015]所述腹腔設(shè)置為空腔結(jié)構(gòu)。
[0016]所述壓力鋼管穿過溶洞段為鋼襯鋼筋混凝土襯砌。
[0017]所述鋼管外包混凝土的厚度為60cm。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型巧妙地借助了橋梁空間布置的優(yōu)越性，并恰當?shù)睾退に矶从袡C結(jié)合，避免了溶洞底部水流的處理，不僅結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，施工可操作性強，而且能縮短工期和提高工程安全性；對溶洞規(guī)模較大，跨度在15?60m左右，底部深狹且充填物較多、地下水活動頻繁時，在水工隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用該拱橋型式跨越溶洞是一種較佳選擇；具有較好的工程效益和社會效益，可在水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域廣泛推廣應用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:1_拱座，2-拱座固結(jié)灌漿管，3-拱圈，4-腹腔，5-壓力鋼管，6_鋼管外包混凝土，7-水工隧洞混凝土，8-巖體，9-溶洞充填物，10-溶洞，11-壓力鋼管起始端，12-壓力鋼管末端。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖進一步描述本實用新型的技術(shù)方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。
[0024]如圖1、圖2所示，本實用新型所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于溶洞10內(nèi)的溶洞充填物9，所述溶洞10內(nèi)位于溶洞充填物9上方設(shè)置有拱橋及鋼管結(jié)構(gòu)，所述拱橋由拱圈3和拱座I組成，所述拱圈3兩端通過拱座I固定在溶洞10兩邊的巖體8上；所述鋼管結(jié)構(gòu)由位于拱圈3上方的壓力鋼管5組成，在壓力鋼管5外側(cè)設(shè)置有鋼管外包混凝土 6。
[0025]所述拱圈3頂部設(shè)置有腹腔4。
[0026]所述拱圈3兩端位于拱座I處設(shè)置有拱座固結(jié)灌漿管2。用于進行拱座固結(jié)灌漿施工，以改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的巖石的物理力學性能。
[0027]所述壓力鋼管5貫穿于溶洞10及巖體8，并在壓力鋼管5兩端分別設(shè)置與鋼管外包混凝土 6聯(lián)結(jié)的水工隧洞混凝土 7。如圖1所示，在壓力鋼管起始端11外側(cè)和壓力鋼管末端12外側(cè)均為水工隧洞混凝土 7。
[0028]所述腹腔4為腹腔混凝土結(jié)構(gòu)。
[0029]所述腹腔4設(shè)置為空腔結(jié)構(gòu)。這樣可以減少拱圈3承受的豎向荷載。
[0030]所述壓力鋼管5穿過溶洞10段為鋼襯鋼筋混凝土襯砌。
[0031]所述鋼管外包混凝土 6的厚度為60cm，根據(jù)鋼管管徑的大小可以調(diào)整外包混凝土的厚度，但不小于30cm。
[0032]所述拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)混凝土強度等級宜采用C25，與上下游鋼筋混凝土水工隧洞連接處設(shè)置永久縫，縫內(nèi)布置止水銅片，以便適應拱橋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變位及隧洞結(jié)構(gòu)受力、溫度變化等引起的變形。
[0033]在上述技術(shù)方案中，當隧洞作用水頭較小時，頂部采用鋼筋混凝土隧洞結(jié)構(gòu)。溶洞10的跨度一般在15?60m左右，拱橋兩端坐落在溶洞兩邊穩(wěn)定巖體8上，拱橋應選擇較小的失高比以減小拱座的開挖量，如果拱橋跨度較大時，拱圈3頂部的腹腔也可設(shè)置為空腔以較小拱圈承受的豎向荷載。隧洞過溶洞段為鋼襯鋼筋混凝土襯砌，鋼板承受全部內(nèi)水壓，鋼管外包混凝土不承受內(nèi)水壓只起保護作用，厚度約60cm。
[0034]如圖1、圖2所示，本實用新型所述鋼筋混凝土拱橋式水工隧洞的施工步驟如下:
[0035](I)拱座I施工:在巖體8上施工拱座1，使拱橋兩端通過拱座I坐落在穩(wěn)定巖體8上；
[0036](2)拱座固結(jié)灌漿:所述拱座固結(jié)灌漿在拱座I混凝土達到設(shè)計強度后進行，其灌漿壓力為0.5MPa左右；
[0037](3)拱圈3施工:所述拱橋拱圈3的弧度，在滿足施工要求的條件下，視水頭高低、管道直徑大小、最大跨度和兩端拱座基礎(chǔ)巖石而定，在滿足條件的情況下矢跨比取較小值；
[0038](4)腹腔4施工:所述腹腔4采用混凝土結(jié)構(gòu)，當拱橋跨度較大時腹腔4可設(shè)置為空腔結(jié)構(gòu)，以較小拱圈3承受的豎向荷載；
[0039](5)壓力鋼管5安裝及鋼管外包混凝土 6施工:壓力鋼管5承受全部內(nèi)水壓，鋼管外包混凝土 6不承受內(nèi)水壓只起保護作用，厚度約60cm。
[0040]本實用新型在設(shè)計時，可根據(jù)拱座1、拱圈3及頂部壓力鋼管5各種計算工況和荷載組合，由承受徑向荷載的壓力鋼管5和承受豎向荷載的拱座1、拱圈3聯(lián)合承載，按結(jié)構(gòu)力學法或有限元法進行拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分析計算，確定拱橋式水工隧洞鋼板厚度、拱圈參數(shù)、拱橋結(jié)構(gòu)配筋、拱腳壓強復核及拱座地基承載力驗算等。
[0041]本實用新型在實施中的其它要求如下:
[0042](I)工程勘察一般采用物探手段如電磁波層析成像(CT成像)或鉆孔錄像等探測方法充分了解水工隧洞所遇溶洞的發(fā)育規(guī)律、基本形態(tài)、規(guī)模大小、溶穴頂板巖層厚度、完整性、洞內(nèi)充填物形狀等，為設(shè)計和施工提供依據(jù)；同時采取穩(wěn)妥的一期開挖支護措施，保證施工順利進行；
[0043](2)當溶洞規(guī)模較大，跨度在15?60m左右，底部深狹且充填物較多、地下水活動頻繁不適宜采用粧基跨越溶洞時，采用本實用新型拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)跨越溶洞；
[0044](3)拱圈澆混凝土前底部鋪1cm的砂漿墊層，拱圈底部鋪砂漿墊層之前，對溶洞充填物黃色粘土夾少量碎塊石適當碾壓，減少施工期的拱圈變形；
[0045](4)拱圈施工時混凝土對稱均勻下料；拱座固結(jié)灌漿壓力為0.5Mpa，拱座兩端面灌漿壓力適當減?。?br>[0046](5)鋼管安裝時，應設(shè)置足夠的臨時支撐，防止鋼管施工期變形，外包混凝土達到設(shè)計強度的75%以上才能拆除內(nèi)支撐。
[0047]本實用新型已應用于貴州南盤江天生橋二級水電站和北盤江善泥坡水電站等工程跨越溶洞的拱橋式水工隧洞處理方案，采用此種結(jié)構(gòu)布置，避免了溶洞底部水流的處理，不僅結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，施工可操作性強，而且能縮短工期和提高工程安全性，取得了良好的效果。
【主權(quán)項】
1.一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置于溶洞(10)內(nèi)的溶洞充填物(9)，所述溶洞(10)內(nèi)位于溶洞充填物(9)上方設(shè)置有拱橋及鋼管結(jié)構(gòu)，所述拱橋由拱圈(3)和拱座(I)組成，所述拱圈(3)兩端通過拱座(I)固定在溶洞(10)兩邊的巖體(8)上；所述鋼管結(jié)構(gòu)由位于拱圈(3)上方的壓力鋼管(5)組成，在壓力鋼管(5)外側(cè)設(shè)置有鋼管外包混凝土(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拱圈⑶頂部設(shè)置有腹腔⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拱圈(3)兩端位于拱座(I)處設(shè)置有拱座固結(jié)灌漿管(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述壓力鋼管(5)貫穿于溶洞(10)及巖體(8)，并在壓力鋼管(5)兩端分別設(shè)置與鋼管外包混凝土(6)聯(lián)結(jié)的水工隧洞混凝土(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述腹腔(4)為腹腔混凝土結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述腹腔(4)設(shè)置為空腔結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述壓力鋼管(5)穿過溶洞(10)段為鋼襯鋼筋混凝土襯砌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼管外包混凝土(6)的厚度為60cm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種跨越溶洞的拱橋式水工隧洞結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于溶洞內(nèi)的溶洞充填物，所述溶洞內(nèi)位于溶洞充填物上方設(shè)置有拱橋及鋼管結(jié)構(gòu)，所述拱橋由拱圈和拱座組成，所述拱圈兩端通過拱座固定在溶洞兩邊的巖體上；所述鋼管結(jié)構(gòu)由位于拱圈上方的壓力鋼管組成，在壓力鋼管外側(cè)設(shè)置有鋼管外包混凝土；所述拱圈頂部設(shè)置有腹腔；所述壓力鋼管兩端分別設(shè)置與鋼管外包混凝土聯(lián)結(jié)的水工隧洞混凝土。本實用新型借助了橋梁空間布置的優(yōu)越性，并恰當?shù)睾退に矶从袡C結(jié)合，避免了溶洞底部水流的處理，不僅結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，施工可操作性強，而且能縮短工期和提高工程安全性；具有較好的工程效益和社會效益，可在水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域廣泛推廣應用。
【IPC分類】E02B9-06
【公開號】CN204282319
【申請?zhí)枴緾N201420706271
【發(fā)明人】羅玉霞, 白學翠
【申請人】中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月21日