[发明专利]用于落石防护棚洞的UHPC刃角型装配式缓冲层

说明书

本发明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。

技术领域

本发明隧道工程建设技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。