一种适用于巨型溶洞防护的框架结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于巨型溶洞防护的框架结构及其施工方法，包括框架柱、主梁、次梁和防护网；框架柱包括多个，每个框架柱包括多个依次相间连接在一起的I型钢管和II型钢管；I型钢管为框架柱接头段，II型钢管为框架柱接长段；每个I型钢管上设有连接件；主梁水平设置，主梁的两端分别连接相邻框架柱上的连接件，将各个框架柱连接成一个整体，位于顶层的主梁之间通过所述的次梁连接；防护网设置次梁和主梁形成的空间内。本发明专利技术提出的框架结构是由散装标准件拼装组成，成型速度快，安全稳定性高，又方便拆卸，能够有效地保证高处危险下的作业人员安全，在保证巨型溶洞内施工安全方面具有重要意义。

A Frame Structure Suitable for Protection of Giant Karst Cave and Its Construction Method

The invention discloses a frame structure suitable for the protection of giant karst caves and its construction method, including frame columns, main beams, secondary beams and protective nets; frame columns include multiple frame columns, each of which includes multiple I-type steel pipes and II-type steel pipes connected in turn; I-type steel pipes are joint segments of frame columns, II-type steel pipes are long segments of frame columns; and each I-type steel pipe is provided with connectors; The main girder is horizontally arranged, and the two ends of the main girder are connected with the connecting parts on the adjacent frame columns respectively, and each frame column is connected into a whole, which is located between the main girders on the top floor and connected through the secondary girders mentioned above; the protective net is arranged in the space formed by the secondary girders and the main girders. The frame structure proposed by the invention is composed of bulk standard parts, has fast forming speed, high safety and stability, and is convenient for disassembly. It can effectively ensure the safety of workers under high danger, and is of great significance in ensuring the construction safety in giant caves.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于巨型溶洞防护的框架结构及其施工方法
本专利技术是属于地下工程支护领域，具体涉及一种适用于巨型溶洞防护的框架结构及施工方法。
技术介绍
我国喀斯特地貌分布区域广，且多分布于我国西南地区，高铁修建过程中往往非桥即隧，路面工程通常较少。隧道施工中难免会遇到正处于发展或衰退阶段的巨型溶洞，这类溶洞通常空间体量大，四壁危岩体众多，顶板不稳定，落石风险极大，这些危险严重威胁溶洞内作业的设备和人员安全。因此，溶洞处理前需开挖施工支洞进入溶洞底部，对溶洞底部堆积体进行处理，对溶洞进行全面的支顶护壁加固和作业安全临时防护等，做到小块落石可抵抗，大块落石不发生，确保溶洞整体稳定、隧道施工期及运营期工作人员和设备安全。但由于进入巨型溶洞的施工支洞洞口小，溶洞内施工条件复杂，大型起吊等设备无法进入溶洞，即便进入也很难安装固定，如此导致溶洞内作业平台搭设、安全防护结构及加固施工作用等工作难以进行，同时不正确吊装还有可能碰触洞顶或侧壁引发围岩受外力掉落等问题。因此，需要一种能够在巨型溶洞内组装的防护结构，且该防护结构不需要大型起吊设备，同时为降低施工风险，防护结构应能够快速安装成型并具备高强度落石防护能力，以此保证溶洞内作业人员和设备安全。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种适用于巨型溶洞防护的框架结构及其施工方法。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，包括多个框架柱、主梁、次梁和防护网；框架柱底部支撑在溶洞底面的钢筋混凝土独立基础或筏板基础上，框架柱顶部支撑在溶洞顶板，由此保证顶板稳定；每个框架柱包括多个依次相间连接在一起的I型钢管和II型钢管；所述的I型钢管为框架柱接头段，II型钢管为框架柱接长段；每个I型钢管上设有连接件；所述的主梁水平双向设置，主梁两端分别连接在相邻框架柱的连接件上，主梁将各个框架柱连接成一个整体框架结构，框架顶层的主梁通过次梁连接，次梁型号低于主梁，防护网覆盖在次梁上方。所述防护网为柔性网，全覆盖框架结构，距离溶洞顶板1～2m，多层网无缝连接，可以防御溶洞落石，保护下方施工人员和设备。作为进一步的技术方案，所述的I型钢管和II型钢管的直径一致，长度不一，具体尺寸视现场承载情况而定。作为进一步的技术方案，在I型钢管和II型钢管内浇筑混凝土，形成钢管混凝土支护溶洞，支护承载力高，安全稳定性好。作为进一步的技术方案，所述的主梁、次梁均为H型钢梁，主梁型号高于次梁型号，主梁腹板端头留设有与所述连接件相对应的螺栓孔；所述次梁的翼缘上设有螺栓孔，通过螺栓连接次梁和主梁。本专利技术提出的一种适用于巨型溶洞防护的框架结构施工方法，包括以下步骤：第一步，由施工支洞进入溶洞底部，对溶洞底部进行处理，平整地面，放线布设要求防护区内框架柱的安装点；第二步，在安装点设置独立基础或筏板基础，基础尺寸、高度及配筋根据框架柱设计承载力计算。第三步，连接I型钢管和主梁，连接主梁与次梁；多个I型钢管、主梁和次梁连接在一起后形成顶层框架，然后在顶层框架上设置防护网；第四步，在每个I型钢管两侧设置第一千斤顶和第二千斤顶，第一千斤顶和第二千斤顶的顶部顶住主梁，准备顶升工作；第五步，启动第一千斤顶或者第二千斤顶，采用千斤顶和垫块组合的顶升工艺，多个第一或第二千斤顶协同工作，同时顶升整个顶层框架，顶升过程中控制顶升垂直度；第六步，顶层框架顶升到位后在每个I型钢管的底部连接II型钢管，在II型钢管下部再连接I型钢管，撤除两侧千斤顶上的垫块，并用主梁连接相邻的I型钢管，连接完成后，准备下一层顶升工作，按照相同的方法依次安装每一层；直到最底层的框架柱底部作用在筏板基础上，然后通过接顶工艺使框架柱顶支撑溶洞顶板，形成对巨型溶洞内要求防护区域的整体支防。作为进一步的技术方案，步骤1的具体方法是：清除溶洞底部障碍物并平整场地，浇筑混凝土施作独立基础或筏板基础，基础预埋钢板并预留螺栓孔；I型钢管底部与基础做植栓锚固连接，使顶升结构和框架结构有稳定着力点。作为进一步的技术方案，步骤6中的I型钢管底部(即框架柱底部)与筏板基础做植栓锚固连接，使顶升结构和框架结构有稳定着力点。作为进一步的技术方案，所述的防护网包括三层，底层为密目网，中层为小孔布鲁克网，上层为大孔布鲁克网，有效预防溶洞内大、小块径落石风险；作为进一步的技术方案，框架周边和顶部通过作业通道提供给施工人员进行四壁和洞顶加固防护工作的施工平台。作为进一步的技术方案，所述的第四步的工作过程如下：先同时启动第一千斤顶，使第一千斤顶同时升高一定的距离，此时顶层框架也升高一定的距离，第二千斤顶与顶层框架之间具有一定的距离；然后将第一层垫块放在第二千斤顶与顶层框架之间，第一层垫块支撑顶层框架；然后，第一千斤顶回缩到起始位置，第一千斤顶与与顶层框架之间具有一定的距离，此时在第一千斤顶与顶层框架之间再设置第一层垫块；启动所有的第二千斤顶，顶层框架又升高一定的距离，第一千斤顶顶部的第一层垫块与顶层框架之间形成间隙；然后将第二层垫块放在第一层垫块与顶层框架之间，第二层垫块垫块支撑顶层框架；然后再回缩第二千斤顶，在第二千斤顶的第一层垫块与顶层框架之间再设置第二层垫块；依次循环；直到顶层框架升到设定的位置。作为进一步的技术方案，所述的第一千斤顶的顶杆和第二千斤顶的顶杆上焊接有连接钢板，用于连接垫块，控制顶升垂直度。作为进一步的技术方案，所述垫块为方形钢块，上下两端焊有连接钢板，用于顶升作业中垫块之间的相互连接，以及垫块与千斤顶之间的连接，控制框架顶升垂直度，避免倾斜倒塌现象发生。作为进一步的技术方案，由于巨型溶洞顶板高度不一，依据要求防护区域的顶板形状，设计框架柱高度，当整体框架结构成型后，并不是所有的顶层框架柱都接触溶洞顶部，因此，本专利技术采用接顶工艺进行接顶，具体的：在框架柱顶部设有伸缩式接头；所述的伸缩接头插入到框架柱顶部，伸缩接头顶部焊接有钢板，并在周边设加强肋板；框架柱两侧对称放置千斤顶，千斤顶安装在顶层的主梁上，千斤顶用于顶升伸缩接头，根据距离溶洞顶部距离分别顶升所需高度，使伸缩接头接顶，并采用抱箍卡紧接头，防止接头下落。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提出的框架结构是由多种分体标准件拼装组成，成型速度快，安全稳定性高，又方便拆卸，构件可以重复利用，能够有效地保证巨型溶洞不稳定顶板条件下的作业人员和设备安全，在保证巨型溶洞内施工安全方面具有重要意义。2.本专利技术中框架柱、主梁连接后，先铺设防护网后进行顶升工作，防护网为3层结构，可有效拦截顶部大、小块径落石，作业人员一直处于防护网下施工，能够有效地保证高处危险下的作业人员安全，对隧道工程的安全快速施工具有重要意义。3.框架结构由框架柱和主梁、次梁等通过螺栓连接而成，构件运输方便，通过顶升工艺顶升接高，施工简单且无需大型设备吊装架设。4.框架结构可根据巨型溶洞空间增加层数和榀数，钢管内浇筑混凝土又可作永久支护，支护承载力高，安全稳定性好。5.框架周边和顶部通过作业通道提供给施工人员进行四壁和洞顶加固防护工作的施工平台。6.本专利技术提出的施工方法，安全可靠，且不受现有千斤顶顶升量程的限制，可以满足不同高度的框架结构的施工要求，也特别适合于巨型溶洞的施工。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，其特征在于，包括多个框架柱、主梁、次梁和防护网；框架柱底部支撑在溶洞底面的钢筋混凝土独立基础或筏板基础上，框架柱顶部支撑在溶洞顶板；每个框架柱包括多个依次相间连接在一起的I型钢管和II型钢管；所述的I型钢管为框架柱接头段，II型钢管为框架柱接长段；每个I型钢管上设有连接件；所述的主梁水平双向设置，主梁两端分别连接在相邻框架柱的连接件上，主梁将各个框架柱连接成一个整体框架结构，框架顶层的主梁通过次梁连接，次梁型号低于主梁，防护网覆盖在次梁上方。

【技术特征摘要】
1.一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，其特征在于，包括多个框架柱、主梁、次梁和防护网；框架柱底部支撑在溶洞底面的钢筋混凝土独立基础或筏板基础上，框架柱顶部支撑在溶洞顶板；每个框架柱包括多个依次相间连接在一起的I型钢管和II型钢管；所述的I型钢管为框架柱接头段，II型钢管为框架柱接长段；每个I型钢管上设有连接件；所述的主梁水平双向设置，主梁两端分别连接在相邻框架柱的连接件上，主梁将各个框架柱连接成一个整体框架结构，框架顶层的主梁通过次梁连接，次梁型号低于主梁，防护网覆盖在次梁上方。2.如权利要求1所述的一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，其特征在于，所述的I型钢管和II型钢管的直径相同，长度不同；进一步的，在I型钢管和II型钢管内浇筑有混凝土。3.如权利要求1所述的一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，其特征在于，所述的防护网包括三层，底层为密目网，中层为小孔布鲁克网，上层为大孔布鲁克网。4.如权利要求1所述的一种适用于巨型溶洞防护的框架结构，其特征在于，所述的主梁、次梁均为H型钢梁，主梁型号高于次梁型号，主梁腹板端头留设有与所述连接件相对应的螺栓孔；所述次梁的翼缘上也设有螺栓孔，通过螺栓连接次梁和主梁。5.如权利要求1-4任一所述的适用于巨型溶洞防护的框架结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，由施工支洞进入溶洞底部，对溶洞底部进行处理，平整地面，放线布设要求防护区内框架柱的安装点；第二步，在安装点设置独立基础或筏板基础，基础尺寸、高度及配筋根据框架柱设计承载力计算。第三步，连接I型钢管和主梁，连接主梁与次梁；多个I型钢管、主梁和次梁连接在一起后形成顶层框架，然后在顶层框架上设置防护网；第四步，在每个I型钢管两侧设置第一千斤顶和第二千斤顶，第一千斤顶和第二千斤顶的顶部顶住主梁，准备顶升工作；第五步，启动第一千斤顶或者第二千斤顶，采用千斤顶和垫块组合的顶升工艺，多个第一或第二千斤顶协同工作，同时顶升整个顶层框架，顶升过程中控制顶升垂直度；第六步，顶层框架顶升到位后在每个I型钢管的底部连接II型钢管，在II型钢管下部再连接I型钢管，撤除两侧千斤顶上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同江，孙亚飞，王献伟，隋渤海，朱桂利，于明洋，周中财，赵秋林，朵生君，吴从洲，王军，
申请(专利权)人：中铁十四局集团建筑工程有限公司，中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37