【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及落石防护，尤其涉及适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构。
技术介绍
1、在山区修建铁路公路时受地形限制，不可避免的会以桥梁、隧道的形式在崇山峻岭中穿行。山体之间地质条件恶劣，桥梁隧道通常需要穿越危岩体影响区域。危岩体已经成为威胁山区铁路公路行车安全的主要地质灾害之一。一旦危岩体发生崩塌，其冲击能量足以损毁一般的防护措施，轻者造成铁路行车中断，重者导致列车倾覆或严重的人员伤害。
2、目前对危岩体地质灾害的整治方法和手段有限，主要包括爆破清除、加固、拦截、遮拦、避绕，这些措施往往施工复杂，造价较高，甚至会对周边生态环境造成破坏。在此基础上，主动防护网和被动防护网得到了应用。进一步的在1995年，柔性防护网引入国内并首先应用于水电工程，之后逐渐在铁路公路得到应用。
3、如专利cn218880898u公开了一种低损耗安全型边坡被动防护网，主要包括防护网本体、安装柱、加固杆和第一安装座。防护网本体的两侧与安装柱的内侧固定连接，安装柱正面与背面的底部均开设有滑槽，第一安装座内壁前侧与后侧的右侧均固定连接有安装滑块，安装滑块的表面与滑槽的内壁滑动连接。通过设置第一安装座，使用者可通过拧松螺杆并将螺杆取出，随后使用者将安装柱向右侧旋转，从而将防护网本体进行拆卸取下，解决了防护网与斜坡是通过焊接固定的，导致防护网在出现损坏时，对与防护网的更换与维修不够便捷，从而大幅度降低了更换效率的问题，达到了便于更换防护网的效果。但是该防护网的落石冲击防护能级比较低，无法满足山区高位高陡高危岩体崩塌落石的防护
4、同时，研究人员还对被动防护体系进行了研究和开发，如专利cn109681228a公开了一种用于隧道洞口落石灾害的立体防护设计方法。其施工步骤为：(1)明确隧道洞口上方帘式防护网、分导网和隧道洞口两侧帘式防护网各结构能量耗散比例原则；(2)确定隧道洞口上方帘式防护网宽度、长度、纵向初始位置；(3)确定分导网宽度、长度、与洞口关系、横坡、纵坡位置、角度；(4)确定隧道洞口两侧帘式防护网宽度、跨距；(5)确定隧道洞口上方帘式防护网、分导网和隧道洞口两侧帘式防护网的各部件初步选型；(6)确定隧道洞口的柔性棚洞的长度、高度。该技术采用能量匹配的设计原则，使得各个结构的设计更加科学合理，兼顾每一个结构的详细设计，实现对隧道洞口落石的立体防护。但是，该防护体系结构复杂，施工周期长，需要较好的施工平台才能实现。
5、在雨水、地震等自然灾害的作用下，高位高陡高危岩体易形成崩塌落石，其落石体积大，速度快，冲击能量大，使得传统落石冲击的能级范围有限的被动防护网已经不再适用。但是目前鲜有针对8000kj以上高效施工的落石冲击防护系统开展研究。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，采用纵横交错的npr钢绞线组成防护网，利用npr钢绞线的屈服延伸率和断裂延伸率，可有效突破传统被动防护网的落石冲击防护能级，对于高位高陡高危岩体崩塌落石冲击效果显著。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，包括设置于山区隧道进出口一侧或者山体坡面侧的防护网，防护网经多根支撑柱固定于地面上；
3、防护网为由纵横交错的多束横向npr钢绞线和多束纵向npr钢绞线组成的网格结构，横向npr钢绞线的两端穿过位于最外端的支撑柱后继续延伸，且延伸部分在施加预应力后锚固于山体坡面或者地面上，横向npr钢绞线的延伸部分和防护网位于同一平面上。
4、优选的，支撑柱和防护网的高度均≥12m；
5、横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线的屈服延伸率均≥0.2％，横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线的断裂延伸率均≥20％。
6、优选的，相邻两束横向npr钢绞线之间的间距≤0.3m；
7、且相邻两束横向npr钢绞线之间的间距满足以下关系：
8、
9、其中，hn为相邻两束横向npr钢绞线之间的间距；n为横向npr钢绞线的数量；vls为落石的当量体积；
10、其中，横向npr钢绞线的数量n满足以下关系：
11、mgh≤n(w1+w2) (2)
12、w1＝f2lδ1-f1lδ0 (3)
13、w2＝f2l(δ2-δ1) (4)
14、式中，m为落石的质量；g为重力加速度；h为山体坡面的垂直高度当量值；w1为单束横向npr钢绞线的弹性阶段做功；w2为单束横向npr钢绞线的塑性阶段做功；f1为施加在单束横向npr钢绞线的预紧力；f2为单束横向npr钢绞线的屈服临界力；l为单束横向npr钢绞线的长度；δ0为单束横向npr钢绞线预紧拉伸率；δ1为单束横向npr钢绞线屈服延伸率；δ2为单束横向npr钢绞线塑性变形伸长率。
15、优选的，横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线之间经扣件连接；
16、扣件包括t型扣件和十字型扣件，t型扣件和十字型扣件的材质均为npr合金钢；
17、其中，t型扣件用于连接位于顶部的设定束横向npr钢绞线与交汇的单束竖向npr钢绞线以及位于底部的设定束横向npr钢绞线与交汇的单束竖向npr钢绞线；
18、十字型扣件用于连接位于连接顶部的设定束横向npr钢绞线和位于底部的设定束横向npr钢绞线之间的单束横向npr钢绞线与交汇的单束竖向npr钢绞线；
19、设定束为至少两束。
20、优选的，t型扣件包括用于穿接顶部的设定束横向npr钢绞线或者底部的设定束横向npr钢绞线的卡套、一端与卡套连接的u型连接叉耳以及与u型连接叉耳的另一端连接的楔形组件，楔形组件包括一端经锁紧螺母与u型连接叉耳的外壁连接的楔形卡套，楔形卡套远离u型连接叉耳一端的内部开设有楔形孔腔，楔形孔腔内轴向滑动设置有楔形卡环，楔形卡环内卡接有竖向npr钢绞线；u型连接叉耳伸入楔形卡套内部后经压紧螺母与楔形卡环压接，压紧螺母还与穿过楔形卡环的竖向npr钢绞线的外圆周侧固定连接；
21、十字型扣件包括基体和经螺栓设置于基体上下两端的盖板，基体的顶端与对应的盖板之间以及基体的底端与对应的盖板之间分别开设有横向沟槽和纵向沟槽，横向沟槽内和纵向沟槽内分别卡合有横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线。
22、优选的，将支撑柱从顶端向底端按每段长h1分为j等份，支撑柱的弯矩计算公式如下：
23、
24、其中，e为支撑柱的弹性模量；i为支撑柱的截面惯性距；xk为第k份的支撑柱的水平挠度，xk+1为第k+1份的支撑柱的水平挠度，xk-1为第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：包括设置于山区隧道进出口一侧或者山体坡面侧的防护网，防护网经多根支撑柱固定于地面上；
2.根据权利要求1所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：支撑柱和防护网的高度均≥12m；
3.根据权利要求1所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：相邻两束横向NPR钢绞线之间的间距≤0.3m；
4.根据权利要求1所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线之间经扣件连接；
5.根据权利要求4所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：T型扣件包括用于穿接顶部的设定束横向NPR钢绞线或者底部的设定束横向NPR钢绞线的卡套、一端与卡套连接的U型连接叉耳以及与U型连接叉耳的另一端连接的楔形组件，楔形组件包括一端经锁紧螺母与U型连接叉耳的外壁连接的楔形卡套，楔形卡套远离U型连接叉耳一端的内部开设有楔形孔腔，楔形孔腔内轴向滑动设置有楔形卡环
6.根据权利要求1所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：将支撑柱从顶端向底端按每段长h1分为j等份，支撑柱的弯矩计算公式如下：
7.根据权利要求1所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：支撑柱上由上到下均匀固定有多根预应力锚索，多根预应力锚索形成的平面与防护网所在的平面垂直；
8.根据权利要求7所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：支撑柱包括多根等间距布置的竖向配筋以及浇筑于竖向配筋上的混凝土保护层；
9.根据权利要求8所述的适用8000KJ落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：竖向配筋的数量满足如下公式：
...【技术特征摘要】
1.一种适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：包括设置于山区隧道进出口一侧或者山体坡面侧的防护网，防护网经多根支撑柱固定于地面上；
2.根据权利要求1所述的适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：支撑柱和防护网的高度均≥12m；
3.根据权利要求1所述的适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：相邻两束横向npr钢绞线之间的间距≤0.3m；
4.根据权利要求1所述的适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线之间经扣件连接；
5.根据权利要求4所述的适用8000kj落石冲击能级的高位高陡落石防护结构，其特征在于：t型扣件包括用于穿接顶部的设定束横向npr钢绞线或者底部的设定束横向npr钢绞线的卡套、一端与卡套连接的u型连接叉耳以及与u型连接叉耳的另一端连接的楔形组件，楔形组件包括一端经锁紧螺母与u型连接叉耳的外壁连接的楔形卡...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉芳，袁坤，李健，崔建，刘波，刘梦佳，范家玮，杨忠民，宋国壮，周文皎，尹振华，段磊，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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