用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层制造技术

本发明专利技术涉及一种用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，覆盖于棚洞顶部，包括垂直于棚洞顶部设置的缓冲基层横向挡板和缓冲基层纵向隔板，缓冲基层横向挡板和缓冲基层纵向隔板组成的矩形框架上覆盖多块UHPC刃脚连板；UHPC刃脚连板上设置有刃脚楔孔并插入UHPC刃脚，刃脚安装杆从UHPC刃脚连板端部横向插入并贯穿UHPC刃脚，横向相邻UHPC刃脚连板通过各自外露的刃脚安装杆连接。本发明专利技术具有缓冲耗能高、易施工、造价低、可修复等优势，可在危岩落石地区的棚洞结构建造中推广应用。

【技术实现步骤摘要】
用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层
本专利技术隧道工程建设
，具体涉及一种用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层。
技术介绍
中西部艰险山区的新建铁路多穿越V型沟谷，山坡陡峭，多有危岩落石分布。根据落石运动轨迹分布规律，隧道洞口是落石风险最高的地方，一般采用棚洞结构覆盖砂土层进行防护，而该部位一旦失效后遭受落石冲击，将引发灾难性后果。现役棚洞及缓冲层存在三个问题亟需改进。一是棚洞结构一般位于艰险山区，因地形条件艰险而难以养护到位，砂土层经常会出现板结、流失等问题引起功能减弱甚至失效。二是落石在砂土层内冲击运动时，落石的阻力范围约为投影面积的砂土层，该范围的砂土受力后会向四周快速移动，因此落石在砂土层中运动时间极短；三是砂土本身粘聚力低，经冲击变形后落石最终与棚洞顶板接触的受力面积仅为落石投影面积，受力面积未能扩散，棚洞结构的应力集中效应明显。总之，砂土层在使用维护、延缓时间、扩散应力3个方面效能较低。棚洞缓冲层的关键技术在于降低维护难度、延长冲击时间、扩散受力范围。开发一种落石防护棚洞的新型缓冲层，使其易施工易维护并且使用使用寿命长，同时能够通过结构优化延长冲击作用时间并将落石作用荷载可以有效扩散，以实现保护棚洞结构安全的功能，可以显著提高危岩落石地区棚洞结构服役安全。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，有效扩散棚洞受力面积，延长落石在缓冲层中运动时间，降低棚洞落石冲击力的影响。本专利技术所采用的技术方案为：用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：所述UHPC刃角型装配式缓冲层覆盖于棚洞顶部，包括垂直于棚洞顶部设置的缓冲基层横向挡板和缓冲基层纵向隔板，缓冲基层横向挡板和缓冲基层纵向隔板组成的矩形框架上覆盖多块UHPC刃脚连板；UHPC刃脚连板上设置有刃脚楔孔并插入UHPC刃脚，刃脚安装杆从UHPC刃脚连板端部横向插入并贯穿UHPC刃脚，横向相邻UHPC刃脚连板通过各自外露的刃脚安装杆连接。缓冲基层横向挡板垂直于棚洞顶部纵向对称设置两道，为混凝土结构，与棚洞顶部整体浇筑。缓冲基层纵向隔板垂直于棚洞顶部横向设置在两道缓冲基层横向挡板之间，为钢板结构，将缓冲基层横向挡板之间的空间进行纵向分隔。缓冲基层纵向隔板横向两端对应的缓冲基层横向挡板内侧设置有插槽，缓冲基层纵向隔板插入对应插槽并固定。缓冲基层横向挡板与缓冲基层纵向隔板内的棚洞顶部铺设有缓冲基层，缓冲基层为粗砂层。缓冲基层横向挡板、缓冲基层纵向隔板和UHPC刃脚连板组成方舱结构覆盖于棚洞顶部，方舱结构呈弧形，与棚洞顶部形状相适应。UHPC刃脚为UHPC预制件，为条形竖板结构，自上而下分为三部分，顶部纵剖面为上大下小的梯形，中部为矩形，底部为倒三角形，顶部设置有横向的通孔，为刃脚安装孔。UHPC刃脚连板为UHPC预制件，为弧面板结构，其上横向两侧设置有纵向条形的刃脚楔孔，刃脚楔孔纵剖面形状与UHPC刃脚顶部相同，UHPC刃脚从上方插入刃脚楔孔，顶部卡限于刃脚楔孔内，中部和底部从UHPC刃脚连板下方伸出。UHPC刃脚连板的刃脚楔孔与端部之间设置有横向的通孔为连板安装孔，刃脚楔孔内侧的孔壁上设置有横向的连板锚固孔。刃脚安装杆为钢筋，从UHPC刃脚连板端部的连板安装孔横向插入，再插入并贯穿UHPC刃脚的刃脚安装孔，进而插入UHPC刃脚连板的连板锚固孔，将UHPC刃脚与UHPC刃脚连板固定；横向相邻的UHPC刃脚连板对接并留有纵向缝隙，为外溢区，端部外露的刃脚安装杆对接并焊接固定。本专利技术具有以下优点：（1）扩散冲击范围、延缓冲击时间，缓冲效果好。棚洞结构的破坏主要表现为落石击穿棚洞板、接触区混凝土碎裂、接触区底部混凝土裂缝超限、接触区底部钢筋外露或屈服等，究其本质原因实为接触区域局部应力过大。本专利技术将落实冲击棚洞现象转变为落石冲击刃脚和连板组合成的多肋板，使棚洞接触面积由落石投影面积增加至多肋板面积，对局部应力进行有效扩散，避免应力集中引起棚洞结构的破坏。冲量一般为常数，即冲击力与冲击作用时间成反比。落石击中本专利技术顶部后，多肋板经刃脚开始下切运动，在巨大的外力下压时，具有一定流动性的缓冲基材至外溢区溢出，这一系列运动较原落石作用于砂土再作用于棚洞顶板的冲击时间可大幅延长，综上，本专利技术通过降低局部应力和延长作用时间，达到缓冲高效的目的。（2）施工便捷，可免维护易维修。本专利技术缓冲层主要分为缓冲基层、刃脚、连板三个部分。缓冲基层为一定厚度的粗砂，取料容易、施工简单、费用节省；刃脚和连板为UHPC条形结构和开孔板结构，能够在工厂预制化浇筑生产，小型构件的UHPC结构施工极为容易，刃脚和连板运输就位后在缓冲基层顶部进行摆放，通过钢筋的穿孔和焊接即可完工，施工简便快捷。常规的缓冲层为单一砂土层，随着时间推移容易流失变薄，需要经常进行维护保证正常使用功能。本专利技术的顶部为超高性能混凝土板，本身具有较好的耐久性能，覆盖于缓冲基层粗砂顶部对粗砂形成保护，避免缓冲基层的流失，一般可免于维护。如冲击损坏严重时，重新填充缓冲基层并铺设连接刃脚连板即可，可实现快速维修。由于该缓冲层的主要部件均为工厂预制生产，更换时将部件同尺寸在工厂制造后在现场拆装即可。更换时的主要施工工艺仅为钢板焊接、UHPC板扣装、轻型高分子聚合物的现场发泡。上述均为成熟工艺，简单易操作。附图说明图1为落石防护总图。图2为缓冲层连板铺装前示意图。图3为UHPC刃脚及连板安装前示意图。图4为UHPC刃脚连板装配图。图中：1-UHPC刃脚型装配式缓冲层，2-棚洞，3-缓冲基层横向挡板，4-缓冲基层纵向隔板，5-UHPC刃脚连板，6-刃脚楔孔，7-UHPC刃脚，8-刃脚安装杆，9-插槽，10-缓冲基层，11-刃脚安装孔12-连板安装孔，13-连板锚固孔，14-外溢区。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。艰险山区交通设施在危岩落石灾害风险区域的主要防护结构为棚洞1，本专利技术在棚洞1顶部铺设UHPC刃脚型装配式缓冲层2，可以有效扩散落石冲击范围并延长冲击时间，以降低落石对棚洞结构的冲击能量，达到对棚洞主体结构的保护功能，保障交通运营安全。本专利技术涉及一种用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，所述UHPC刃角型装配式缓冲层2覆盖于棚洞1顶部，包括垂直于棚洞1顶部设置的缓冲基层横向挡板4和缓冲基层纵向隔板5，缓冲基层横向挡板4和缓冲基层纵向隔板5组成的矩形框架上覆盖多块UHPC刃脚连板7。UHPC刃脚连板7上设置有刃脚楔孔11并插入UHPC刃脚6，刃脚安装杆10从UHPC刃脚连板7端部横向插入并贯穿UHPC刃脚6，横向相邻UHPC刃脚连板7通过各自外露的刃脚安装杆10连接。缓冲基层横向挡板4垂直于棚洞1顶部纵向对称设置两道，与棚洞1顶部整体浇筑。缓冲基层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：/n所述UHPC刃角型装配式缓冲层（1）覆盖于棚洞（2）顶部，包括垂直于棚洞（2）顶部设置的缓冲基层横向挡板（3）和缓冲基层纵向隔板（4），缓冲基层横向挡板（3）和缓冲基层纵向隔板（4）组成的矩形框架上覆盖多块UHPC刃脚连板（5）；/nUHPC刃脚连板（5）上设置有刃脚楔孔（6）并插入UHPC刃脚（7），刃脚安装杆（8）从UHPC刃脚连板（5）端部横向插入并贯穿UHPC刃脚（7），横向相邻UHPC刃脚连板（5）通过各自外露的刃脚安装杆（8）连接。/n

【技术特征摘要】
1.用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：
所述UHPC刃角型装配式缓冲层（1）覆盖于棚洞（2）顶部，包括垂直于棚洞（2）顶部设置的缓冲基层横向挡板（3）和缓冲基层纵向隔板（4），缓冲基层横向挡板（3）和缓冲基层纵向隔板（4）组成的矩形框架上覆盖多块UHPC刃脚连板（5）；
UHPC刃脚连板（5）上设置有刃脚楔孔（6）并插入UHPC刃脚（7），刃脚安装杆（8）从UHPC刃脚连板（5）端部横向插入并贯穿UHPC刃脚（7），横向相邻UHPC刃脚连板（5）通过各自外露的刃脚安装杆（8）连接。


2.根据权利要求1所述的用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：
缓冲基层横向挡板（3）垂直于棚洞（2）顶部纵向对称设置两道，为混凝土结构，与棚洞（2）顶部整体浇筑。


3.根据权利要求2所述的用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：
缓冲基层纵向隔板（4）垂直于棚洞（2）顶部横向设置在两道缓冲基层横向挡板（3）之间，为钢板结构，将缓冲基层横向挡板（3）之间的空间进行纵向分隔。


4.根据权利要求3所述的用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：
缓冲基层纵向隔板（4）横向两端对应的缓冲基层横向挡板（3）内侧设置有插槽（9），缓冲基层纵向隔板（4）插入对应插槽（9）并固定。


5.根据权利要求4所述的用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特征在于：
缓冲基层横向挡板（3）与缓冲基层纵向隔板（4）内的棚洞（2）顶部铺设有缓冲基层（10），缓冲基层（10）为粗砂层。


6.根据权利要求5所述的用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琛，杨少军，高明昌，陈应陶，陈良江，孙宗磊，赵会东，王凯林，郝云杉，缪文辉，孙宇佳，王飞华，殷国飞，李伟龙，赵岩飞，刘先争，王冲冲，杨伟利，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61