一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及了一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构。


背景技术：

2.对于隧道穿越溶洞区段，一般采用填筑方案，采用路基形式通过。常规方法为满填洞渣或采用浆砌片石进行回填隧道周围岩溶空腔，但是对于顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞而言，填筑材料用量巨大、排水性差、施工工期长、工后沉降大，难以满足结构及运营安全需要。如果采用常规桥跨跨越，其跨越能力小、桥墩墩高较大、洞内施工风险较大，经济性较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构。本实用新型在处治顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞隧道施工中，采用斜拉桥式隧道进行跨越，可有效克服大量填筑材料取料难、排水性差、施工工期长、工后沉降大、风险大、经济性较差等缺点，提高岩溶隧道施工工效，降低成本，降低风险。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
5.一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构，包括隧道拱部结构、隧道行车道系和斜拉索；所述的隧道行车道系主要由主梁和铺装层组成；所述的隧道拱部结构包括由内向外依次铺设的隧道衬砌结构、防水层以及防落石缓冲层；整个隧道结构采用斜拉索固定在岩溶空腔内，即所述的斜拉索的顶部设置锚碇，埋设于岩溶空腔内，斜拉索的底部与主梁连接，置于隧道两侧的隧道衬砌结构的混凝土内。
6.本实用新型进一步说明，所述的主梁采用混凝土梁、组合梁、钢箱梁或者钢桁梁。所述的主梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：混凝土梁采用1/100～1/220；组合梁采用1/125～1/200；钢箱梁采用1/180～1/330；钢桁梁梁高还应根据桥面层数确定，桁高一般在5m～15m之间。
7.本实用新型进一步说明，所述的斜拉索采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
8.本实用新型进一步说明，所述的铺装层采用10～15cm厚c40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10
×
10cm的钢筋网；或者自下而上分别由8～10cm水泥混凝土调平层、4～6cm厚沥青混凝土下面层以及3～5cm厚防火沥青混凝土上面层组成。
9.本实用新型进一步说明，所述的隧道衬砌结构为矩形端面或者拱形端面，并且采用钢筋混凝土或者其他轻型材料浇筑，浇筑厚度不小于20cm；所述的其他轻型材料包括泡沫混凝土、轻钢结构。
10.本实用新型进一步说明，所述的防水层采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防
水板、无纺布。所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
11.本实用新型进一步说明，所述的防落石缓冲层采用橡胶缓冲保护层或者碎石缓冲层；当采用碎石缓冲层时，侧面设置约束措施以稳固碎石；所述的约束措施为设置防落网或者侧墙。
12.本实用新型进一步说明，所述的斜拉索的索力的大小为原设计值的80%～110%。
13.本实用新型的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构的施工步骤包括：
14.步骤一、清除岩溶空腔的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土宜为c20或者c25早强混凝土；
15.步骤二、开挖隧道顶部斜拉索锚固区，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : （2.7～3.7）；
16.步骤三、在锚固区安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
17.1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度c20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
18.2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑；
19.步骤四、逐段挂设斜拉索，浇筑安装主梁；具体为：
20.挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段；
21.步骤五、浇筑铺装层；
22.步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土；
23.步骤七、铺设隧道防水层；
24.步骤八、浇筑防落石缓冲层；
25.步骤九、调整斜拉索索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。
26.在本实用新型中，所述的主梁、斜拉索以及隧道衬砌结构混凝土共同组成索式隧道结构体系，作为受力的主要结构，共同承受结构自重、车辆和落石冲击等荷载的作用。所述的防落石缓冲层可有效保护隧道结构，减轻落石冲击对整个结构体系造成较大的冲击影响。
27.本实用新型的优点：
28.1.本实用新型的结构科学合理、安全可靠，大大提高了在处治顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞隧道施工中桥梁的跨越能力。
29.2.本实用新型的结构有效克服大量填筑材料取料难、排水性差、施工工期长、工后沉降大、风险大、经济性较差等缺点，提高岩溶隧道施工工效，降低成本，降低风险。
30.3.本实用新型的结构效果良好、施工效率较高、可操作性较强，能满足项目实施安全、优质等方面要求。
31.4.本实用新型的结构可推广应用于公路、铁路、市政、军事等领域的隧道工程，应用范围广，具有广阔的推广应用价值。
附图说明
32.图1是本实用新型中采用斜拉桥式隧道进行跨越特大型溶洞的结构示意图。
33.图2是本实用新型中跨越特大型溶洞的斜拉桥的截面结构示意图。
34.附图标记：1
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岩溶空腔，2
‑
隧道，3
‑
锚碇，4
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主梁，5
‑
斜拉索，6
‑
铺装层，7
‑
隧道衬砌结构，8
‑
防水层，9
‑
防落石缓冲层。
具体实施方式
35.下面结合附图对本实用新型进一步说明。
36.实施例1：
37.如图1
‑
2所示，一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构，包括隧道拱部结构、隧道行车道系和斜拉索5；所述的隧道行车道系主要由主梁4和铺装层6组成；所述的隧道拱部结构包括由内向外依次铺设的隧道衬砌结构7、防水层8以及防落石缓冲层9；整个隧道结构采用斜拉索5固定在岩溶空腔1内，即所述的斜拉索5的顶部设置锚碇3，埋设于岩溶空腔1内，斜拉索5的底部与主梁4连接，置于隧道两侧的隧道衬砌结构7的混凝土内。
38.本实施例的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构的施工步骤如下：
39.步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土为c20早强混凝土。
40.步骤二、开挖隧道顶部斜拉索锚固区，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 2.7。
41.步骤三、在锚固区安装锚碇3，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
42.1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度c20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
43.2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
44.步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
45.挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
46.步骤五、浇筑铺装层6；
47.优选的，所述的铺装层6采用15cm厚c40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10
×
10cm的钢筋网。
48.步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
49.优选的，所述的隧道衬砌结构为拱形端面，并且采用钢筋混凝土，浇筑厚度不小于20cm。
50.步骤七、铺设隧道防水层8；
51.优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
52.步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
53.优选的，所述的防落石缓冲层9采用橡胶缓冲保护层。
54.步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
55.在本实施例中，所述的主梁4采用混凝土梁。混凝土梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/100～1/220。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
56.实施例2：
57.一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构，包括隧道拱部结构、隧道行车道系和斜拉索5；所述的隧道行车道系主要由主梁4和铺装层6组成；所述的隧道拱部结构包括由内向外依次铺设的隧道衬砌结构7、防水层8以及防落石缓冲层9；整个隧道结构采用斜拉索5固定在岩溶空腔1内，即所述的斜拉索5的顶部设置锚碇3，埋设于岩溶空腔1内，斜拉索5的底部与主梁4连接，置于隧道两侧的隧道衬砌结构7的混凝土内。
58.本实施例的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构的施工步骤如下：
59.步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土为c25早强混凝土。
60.步骤二、开挖隧道顶部斜拉索锚固区，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 3。
61.步骤三、在锚固区安装锚碇3，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
62.1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度c20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
63.2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
64.步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
65.挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
66.步骤五、浇筑铺装层6；
67.优选的，所述的铺装层6采用自下而上分别由8cm水泥混凝土调平层、6cm厚沥青混凝土下面层以及4cm厚防火沥青混凝土上面层组成。
68.步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
69.优选的，所述的隧道衬砌结构为矩形端面，并且采用泡沫混凝土浇筑，浇筑厚度不小于20cm。
70.步骤七、铺设隧道防水层8；
71.优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
72.步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
73.优选的，所述的防落石缓冲层9采用碎石缓冲层；并且在碎石缓冲层侧面设置防落网以稳固碎石。
74.步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
75.在本实施例中，所述的主梁4采用组合梁。组合梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/125～1/200。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
76.实施例3：
77.一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构，包括隧道拱部结构、隧道行车道系和斜拉索5；所述的隧道行车道系主要由主梁4和铺装层6组成；所述的隧道拱部结构包括由内向外依次铺设的隧道衬砌结构7、防水层8以及防落石缓冲层9；整个隧道结构采用斜拉索5固定在岩溶空腔1内，即所述的斜拉索5的顶部设置锚碇3，埋设于岩溶空腔1内，斜拉索5的底部与主梁4连接，置于隧道两侧的隧道衬砌结构7的混凝土内。
78.本实施例的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道结构的施工步骤如下：
79.步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土宜为c20或者c25早强混凝土。
80.步骤二、开挖隧道顶部斜拉索锚固区，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 3.7。
81.步骤三、在锚固区安装锚碇3，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
82.1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度c20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
83.2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
84.步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
85.挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
86.步骤五、浇筑铺装层6；
87.优选的，所述的铺装层6采用15cm厚c40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10
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10cm的钢筋网。
88.步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
89.优选的，所述的隧道衬砌结构为拱形端面，并且采用钢筋混凝土，浇筑厚度不小于20cm。
90.步骤七、铺设隧道防水层8；
91.优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布；所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
92.步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
93.优选的，所述的防落石缓冲层9采用橡胶缓冲保护层。
94.步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
95.在本实施例中，所述的主梁4采用钢箱梁。钢箱梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/180～1/330。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。