CN108360560A - 一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞及施工方法，包括矩形框主体和缓冲铠甲，两端开口防护通道结构，在矩形框主体的底部框架内壁上铺设有供行人或车辆通行的底板，所述矩形框主体的顶部框架和靠山一侧的侧部框架外设有缓冲铠甲，所述矩形框主体的底部框架底侧上均布设有多根锚固在路基上的钢管桩。本发明解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。

Description

一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞及施工方法

技术领域

本发明涉及道路交通安全防护技术领域，具体涉及一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞及施工方法。特别适用于山体滑坡、高位崩塌等地质灾害发生以后公路的抢通、保通施工建设技术领域。

背景技术

近年来，多次山区强烈地震后的公路震害显示，对公路破坏最大、抢通保通难度最大、破坏影响最深远的是山体滑坡和高位崩塌等次生地质灾害。

自从汶川地震后，应对高位崩塌的技术对策已引起有关各方高度重视。原位恢复重建中一般采用混凝土棚洞或明洞，而时间非常急迫的抢通保通阶段，混凝土棚洞或明洞因施工期长、施工要求高，无法满足要求。而芦山地震中，在灵关峡谷段抢通保通中首次采用了钢结构棚洞来应对高位崩塌落石，取得一定效果。后又将钢结构棚洞推广至其它抢险应急工程中，如雅安市天全县境内G318线安乐宫处山体崩塌后的保通，九寨沟地震后川九路神仙池路口高位崩塌段的保通。

以下是四川近年来实施的、具有代表性的抢险钢棚洞建造情况。

(1)2013年芦山地震后，在灵关峡谷段公路崩塌落石部位采用钢棚洞，这是第一次使用。公路上边坡极其陡峻，几乎垂直。杆件运输至现场焊接拼装，具有现场装配时间长、装配过程中安全风险高的特点。使用期被小于1吨的石头砸穿。

(2)2016年4月22日雅安市天全县境内G318线安乐宫处发生山体崩塌，导致5人死亡、10人受伤、4辆汽车受损，灾情发生后首先对边坡进行了挂网喷浆封闭，再采用70m长钢棚洞作为公路的防护工程，从钢结构的备料加工到现场安装完成总共历时约25天。

(3)2017年“8.8”九寨沟地震后，川九路漳扎镇(沟口)至九寨天堂景区的神仙池路口段山体崩塌严重，抢通后采用长约130m的钢棚洞防落石。杆件另择场地加工后运至现场，再在现场焊接拼装。据统计，施工单位出动超过50名焊工加班工作，历时约10天基本完成钢棚洞主体工程架设，在现场拼接过程中，时常受到高位落石的威胁。

上述钢结构棚洞均采用传统“横梁+立柱”形式，一般适应于上边坡较陡、落石威胁较小的情况，并存在以下主要问题：

(1)施工工期长：材料组织方面，传统钢棚洞均为非定型结构，在灾害发生后才确定方案、备料加工，材料组织等所需时间一般在三天以上；现场拼装时采用焊接，现场工作量大、耗时长、需要焊工多，以上三个实例均超过10天时间。

(2)施工安全风险高：G318安乐宫钢棚洞在挂网喷锚以后施工，安全风险可控；G213茂县石达关钢波纹管明洞在上边坡未处理完的情况下同步施工，出现人员受伤的安全事故；川九路神仙池钢棚洞在边坡未处理的情况下施工，施工中多次出现边坡继续崩塌的情况，威胁操作人员。这几个现场实例，充分说明了传统钢棚洞在上边坡没有处治情况下施工，其安全风险极大，但若要处治上边坡，则难度更大，安全风险更高。

(3)地基要求高：传统钢棚洞立柱对地基承载力要求较高，通常塌方路段的地基承载力难以满足要求，需要配合钢管桩或注浆等方式处理立柱处的地基。

(4)适应能力差：由于“横梁+立柱”式钢结构棚洞自身特点，只适应陡边坡路段，另外侧向抗推能力也较差。钢波纹管明洞要求现场场地宽，四周回填料要求高，而一般崩塌落石段的地形都比较陡峻，场地窄。

(5)抗冲击性能差：“横梁+立柱”的结构特点决定了各单元抗冲击性能差异大，从而导致钢棚洞整体抗冲击性能差。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术不足，目的在于提供一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞及施工方法，解决在山体危险路段采用传统“横梁+立柱”防护形式，施工工期长施工安全风险高、、地基要求高、适应能力差以及抗冲击性能差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，包括矩形框主体和缓冲铠甲，两端开口防护通道结构，在矩形框主体的底部框架上面浇注有供行人或车辆通行的底板，所述底板作为防护通道的路面，所述矩形框主体的顶部框架和靠山一侧的侧部框架外设有缓冲铠甲，所述矩形框主体的底部框架底侧上均布设有多根锚固在路基上的钢管桩。

本发明解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。本发明的装配式钢箱棚洞具有应急响应快、施工简单易行、施工时间短，施工安全风险小、地基要求低、适应能力强、抗冲击能力强、经济性好等特点，在自然灾害频发的西部山区，对公路抢险救灾、保障公路正常运营有重要意义。

进一步的，所述矩形框主体的底部框架、顶部框架以及两侧的侧部框架均采用一个外方型框架制成，在外方型框架内设有剪刀支撑，在剪刀支撑的连接处设有一件横支撑。

进一步的，所述矩形框主体两端设有连接头。

进一步的，所述连接头分别设置在矩形框主体端部的四个角上，连接头为U型结构，在连接头上设有销孔，两件矩形框主体在对接时，两件矩形框主体上的连接头相互对接后通过销轴连接。

进一步的，所述缓冲铠甲为弓型结构，弓型结构内的弧面与矩形框主体之间设有多根缓冲撑杆。

进一步的，所述缓冲铠甲的弓型结构采用聚脂系或聚丙烯系塑料材质制成。

进一步的，所述矩形框主体的通道尺寸宽5m×高5.2m×长6m，或宽7.5m×高5.2m×长6m。

进一步的，所述钢管桩与底部框架采用焊接或螺接。

本发明通过下述另一技术方案实现：

一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，包括步骤：

步骤1)预制矩形框主体结构，矩形框主体采用焊接或螺接；在矩形框主体的顶部框架和靠山一侧的侧部框架外安装缓冲铠甲及缓冲撑杆；

步骤2)采用机械设备清理需要安装矩形框主体路段上的障碍物，将路基整理平整；

步骤3)根据需要安装矩形框主体的路段长度，确定矩形框主体的设置数量，然后采用机械设备将拼装好的每个节段矩形框主体吊运或顶推就位，相邻每节段矩形框主体之间通过连接头销轴连接；

步骤4)所有节段矩形框主体安装就位以后，在棚洞形成的空间内施工钢管桩与底部框架连接形成地锚***达到结构抗倾覆抗侧推的作用；

步骤5)最后在矩形框主体的底部框架上浇筑底板作为防护通道的路面，底板凝固后可开放交通。

进一步的，所述钢管桩与底部框架采用焊接或螺接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。

(2)本发明的装配式钢箱棚洞具有应急响应快、施工简单易行、施工时间短，施工安全风险小、地基要求低、适应能力强、抗冲击能力强、经济性好等特点，在自然灾害频发的西部山区，对公路抢险救灾、保障公路正常运营有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞的结构示意图；

图2为本发明矩形框主体的结构示意图；

图3为本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞适应条件分析图

附图中标记及对应的零部件名称：

1-矩形框主体，2-缓冲铠甲，3-底部框架，4-底板，5-顶部框架，6-侧部框架，7-钢管桩，8-外方型框架，9-剪刀支撑，10-横支撑，11-连接头，12-销孔，13-缓冲撑杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-3所示，本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，包括矩形框主体1和缓冲铠甲2，所述矩形框主体1为采用型钢预制的两端开口防护通道结构，在矩形框主体1的底部框架3上面浇注有供行人或车辆通行的底板4，所述底板4作为防护通道的路面，所述矩形框主体1的顶部框架5和靠山一侧的侧部框架6外设有缓冲铠甲2，钢箱棚洞顶面及靠山侧设置缓冲耗能装置，使其作为主体结构的铠甲，落石撞击缓冲装置后，但能大幅减小撞击力，从而保护主体结构，而缓冲装置允许破坏，易于更换。所述矩形框主体1的底部框架3底侧上均布设有多根锚固在路基上的钢管桩7。钢箱棚洞就位后在箱内采用钢管桩和钢管桩与地面锚固，满足抗倾覆及水平抗推要求。在实际安装使用时，根据路基情况，如果矩形框主体1凸出路基过高，为了防止车辆进入矩形框主体1内的防护通道，在矩形框主体1两端设有与底板4连接的倾斜板(附图未显示)。

一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工步骤：除底板4结构以外的其他构件均为钢结构，预制成型，所有构件之间的连接采用螺接或销接；采用机械设备(铲车、挖机等)清理需要安装矩形框主体1路段上的障碍物，将路基整理平整；根据需要防护的范围设计需要钢箱棚洞的节段数量；在崩塌区域外侧将每节段钢箱棚洞用矩形框主体1、底部框架3、顶部框架5、侧部框架6、外方型框架8、剪刀支撑9、横支撑10等部件拼装形成防护主体结构(如图2)；在矩形框主体1的顶部框架5和靠山一侧的侧部框架6外安装缓冲铠甲2、缓冲撑杆13，使钢箱棚洞的抗冲击能力大大提高；采用机械设备(吊车、顶推设备等)将拼装好的每个节段钢箱棚洞吊运或顶推就位；相邻每节段钢箱棚洞之间通过连接头11销轴连接；所有节段钢箱棚洞安装就位以后，在棚洞形成的空间内施工钢管桩7与底部框架3联系形成地锚***达到结构抗倾覆抗侧推的作用，可以有效的保障施工人员的安全；最后在矩形框主体1的底部框架3上浇筑底板4作为防护通道的路面，可开放交通。矩形框主体1的底部框架3、顶部框架5以及两侧的侧部框架6均采用一个外方型框架8制成，在外方型框架8内设有剪刀支撑9，在剪刀支撑9的连接处设有一件横支撑10。由四根箱形截面纵梁及型钢竖杆、横梁、剪刀撑共同构成矩形框的主体结构，纵向6m一个节段。所有构件定型、每个节段构件数量定量，构件的联系采用现场易于实现的栓接，可大大提高施工效率。矩形框主体1采用框架结构，一是制作成本低，制作效率高，另外一个主要原因，框架结构吸收和缓和外界冲击力效果好。

矩形框主体1两端设有连接头11。采用现场异位独立装配各节段，逐段拖拉或顶推就位，节段间销接，方便就位，并能适应平纵面曲线。可最大限度的减少在危险区施工作业的时间。

连接头11分别设置在矩形框主体1端部的四个角上，连接头11为U型结构，在连接头11上设有销孔12，两件矩形框主体1在对接时，两件矩形框主体1上的连接头11相互对接后通过销轴连接。采用现场异位独立装配各节段，逐段拖拉或顶推就位，节段间销接，方便就位，并能适应平纵面曲线。可最大限度的减少在危险区施工作业的时间。钢箱棚洞有足够的安全冗余度，在超越允许冲击能量后，部分杆件可损坏，而整体结构不散架，不被砸扁。

缓冲铠甲2为弓型结构，弓型结构内的弧面与矩形框主体1之间设有多根缓冲撑杆13。

缓冲铠甲2的弓型结构采用聚脂系或聚丙烯系塑料材质制成。采用聚脂系或聚丙烯系塑料材质制成，这两类材料均是制作汽车保险杠的，具有高效吸收和缓和外界冲击力，可以有效防护矩形框主体1收到大石块的撞击。

矩形框主体1的通道尺寸宽5m×高5.2m×长6m，或宽7.5m×高5.2m×长6m。本发明的装配式钢箱棚洞满足单车道+人行或双车道通行的需求，采用5m(宽)×5.2m(高)或7.5m(宽)×5.2m(高)的净空。

钢管桩7与底部框架3采用焊接或螺接。根据施工现场的施工条件，不能实现焊线，可以采用螺栓连接，还便于后期拆除。

本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。本发明的装配式钢箱棚洞具有应急响应快、施工简单易行、施工时间短，施工安全风险小、地基要求低、适应能力强、抗冲击能力强、经济性好等特点，在自然灾害频发的西部山区，对公路抢险救灾、保障公路正常运营有重要意义。

实施例2

如图1-3所示，一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，包括步骤：

步骤1)预制矩形框主体1结构，矩形框主体1采用焊接或螺接；在矩形框主体1的顶部框架5和靠山一侧的侧部框架6外安装缓冲铠甲2及缓冲撑杆13；

步骤2)采用机械设备清理需要安装矩形框主体1路段上的障碍物，将路基整理平整；

步骤3)根据需要安装矩形框主体1的路段长度，确定矩形框主体1的设置数量，然后采用机械设备将拼装好的每个节段矩形框主体1吊运或顶推就位，相邻每节段矩形框主体(1)之间通过连接头11销轴连接；采用现场异位独立装配各节段，逐段拖拉或顶推就位，节段间销接，方便就位，并能适应平纵面曲线。可最大限度的减少在危险区施工作业的时间。钢箱棚洞有足够的安全冗余度，在超越允许冲击能量后，部分杆件可损坏，而整体结构不散架，不被砸扁。

步骤4)所有节段矩形框主体1安装就位以后，在棚洞形成的空间内施工钢管桩7与底部框架(3)连接形成地锚***达到结构抗倾覆抗侧推的作用；

步骤5)最后在矩形框主体1的底部框架3上浇筑底板4作为防护通道的路面，底板4凝固后可开放交通。

本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。本发明的装配式钢箱棚洞具有应急响应快、施工简单易行、施工时间短，施工安全风险小、地基要求低、适应能力强、抗冲击能力强、经济性好等特点，在自然灾害频发的西部山区，对公路抢险救灾、保障公路正常运营有重要意义。

实施例3

如图1-3所示，一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，包括步骤：

步骤1预制矩形框主体1结构，矩形框主体1采用焊接或螺接；

步骤2清理需要安装矩形框主体1路段上的障碍物，将路基整理平整；清理障碍物和整理路基都可以采用机械设备(铲车)，施工人员的安全可以通过机械设备得到保护。

步骤3在需要安装矩形框主体1的路基上均布设置锚杆7；

步骤4根据需要安装矩形框主体1的路段长度，确定矩形框主体1的设置数量，然后将矩形框主体1铺设在路基上，相邻矩形框主体1之间通过连接头11销轴连接；采用现场异位独立装配各节段，逐段拖拉或顶推就位，节段间销接，方便就位，并能适应平纵面曲线。可最大限度的减少在危险区施工作业的时间。钢箱棚洞有足够的安全冗余度，在超越允许冲击能量后，部分杆件可损坏，而整体结构不散架，不被砸扁。

步骤5将矩形框主体1的底部框架3与锚杆7牢固连接；

步骤6在矩形框主体1的顶部框架5和靠山一侧的侧部框架6外安装缓冲铠甲2。

步骤7)最后在矩形框主体1的底部框架3上浇筑底板4作为防护通道的路面，底板4凝固后可开放交通。

在上述装配式钢箱棚洞施工方法中，可以先将矩形框主体1铺设在路基上，相邻矩形框主体1之间通过连接头11销轴连接；然后再在需要安装矩形框主体1的路基上均布设置钢管桩7；这样可以有效防止工人在安装钢管桩7时出现危险。

另外，步骤6在矩形框主体1的顶部框架5和靠山一侧的侧部框架6外安装缓冲铠甲2。也可以放在步骤1后，将矩形框主体1运输到施工现场后，即可将缓冲铠甲2安装在矩形框主体1上，再铺设矩形框主体1，也可以有效减少工人在没有防护措施的情况下，在危险路段进行作业施工。

本发明一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，解决了传统“横梁+立柱”钢棚洞所不能解决的几项关键问题，如适应性差、抗冲击能力差、对地基要求高、施工工期长、施工安全风险大等，是一种全新的防护形式。本发明的装配式钢箱棚洞具有应急响应快、施工简单易行、施工时间短，施工安全风险小、地基要求低、适应能力强、抗冲击能力强、经济性好等特点，在自然灾害频发的西部山区，对公路抢险救灾、保障公路正常运营有重要意义。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，包括矩形框主体(1)和缓冲铠甲(2)，其特征在于：所述矩形框主体(1)为采用型钢预制的两端开口防护通道结构，在矩形框主体(1)的底部框架(3)上面浇注有供行人或车辆通行的底板(4)，所述底板(4)作为防护通道的路面，所述矩形框主体(1)的顶部框架(5)和靠山一侧的侧部框架(6)外设有缓冲铠甲(2)，所述矩形框主体(1)的底部框架(3)底侧上均布设有多根锚固在路基上的钢管桩(7)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述矩形框主体(1)的底部框架(3)、顶部框架(5)以及两侧的侧部框架(6)均采用一个外方型框架(8)制成，在外方型框架(8)内设有剪刀支撑(9)，在剪刀支撑(9)的连接处设有一件横支撑(10)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述矩形框主体(1)两端设有连接头(11)。

4.根据权利要求3所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述连接头(11)分别设置在矩形框主体(1)端部的四个角上，连接头(11)为U型结构，在连接头(11)上设有销孔(12)，两件矩形框主体(1)在对接时，两件矩形框主体(1)上的连接头(11)相互对接后通过销轴连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述缓冲铠甲(2)为弓型结构，弓型结构内的弧面与矩形框主体(1)之间设有多根缓冲撑杆(13)。

6.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述缓冲铠甲(2)的弓型结构采用聚脂系或聚丙烯系塑料材质制成。

7.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述矩形框主体(1)的通道尺寸宽5m×高5.2m×长6m，或宽7.5m×高5.2m×长6m。

8.根据权利要求1所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞，其特征在于：所述钢管桩(7)与底部框架(3)采用焊接或螺接。

9.一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，其特征在于，包括步骤：

预制矩形框主体(1)结构，矩形框主体(1)采用焊接或螺接；在矩形框主体(1)的顶部框架(5)和靠山一侧的侧部框架(6)外安装缓冲铠甲(2)及缓冲撑杆(13)；

采用机械设备清理需要安装矩形框主体(1)路段上的障碍物，将路基整理平整；

根据需要安装矩形框主体(1)的路段长度，确定矩形框主体(1)的设置数量，然后采用机械设备将拼装好的每个节段矩形框主体(1)吊运或顶推就位，相邻每节段矩形框主体(1)之间通过连接头(11)销轴连接；

所有节段矩形框主体(1)安装就位以后，在棚洞形成的空间内施工钢管桩(7)与底部框架(3)连接形成地锚***达到结构抗倾覆抗侧推的作用；

最后在矩形框主体(1)的底部框架(3)上浇筑底板(4)作为防护通道的路面，底板(4)凝固后可开放交通。

10.根据权利要求9所述的一种适用于抢险救灾的装配式钢箱棚洞施工方法，其特征在于：所述钢管桩(7)与底部框架(3)采用焊接或螺接。