[发明专利]铁路桥梁可更换式落石防护棚洞及其施工方法

说明书

本发明涉及铁路桥梁可更换式落石防护棚洞及其施工方法，所述铁路桥梁可更换式落石防护棚洞顺桥向包括多榀独立的棚洞节段，每个节段为独立的一个单榀棚洞；所述单榀棚洞包括顶部多片弧形的空心管片、两侧竖直的立柱以及立柱下方的连接板，各相邻构件彼此连接，连接板内侧伸入铁路箱梁翼板下方并与其连接。本发明主要受力构件采用超高性能混凝土材料，其耐久性能远高于普通混凝土和钢材，使用寿命满足主体结构100年的要求；主要构件在损伤后能够通过局部维修或更换后正常服役，实现了全寿命周期设计技术。

技术领域

本发明属于桥梁工程建设技术领域，具体涉及一种铁路桥梁可更换式落石防护棚洞及其施工方法。

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，隧道洞口相接的桥梁往往是落石风险最高的地方，而铁路桥梁一般具有高速度和高密度运营、高安全要求的特点，一旦遭受落石冲击，将造成重大的经济损失，甚至引发灾难性后果。

尽管隧道明洞延伸并在顶部覆土后可有效避免落石冲击隧道洞口的桥梁结构引起破坏，但山区V型沟谷一般在延伸明洞时不具备设墩支承条件。因此，研究开发铁路桥梁可更换式落石防护棚洞，将棚洞与铁路箱梁组合成为一体，使之应用时不受桥下地形条件限制，可避免隧道洞口的桥梁遭受危岩落石灾害的影响，保障铁路运营安全。

铁路桥梁棚洞承受落石冲击荷载较为频繁，但在隧道侧山体坡面采用主被动防护网后主要以小型落石冲击为主，极端自然条件下存在大型落石冲击的风险。无论是小型还是大型落石均会对整体防护棚洞结构产生一定程度的破坏，开发一种新型棚洞既能适应不同的地形条件限制在铁路箱梁顶部进行支撑，又在结构或缓冲附属结构损伤后具有可更换修复的功能，可以显著提高落石防护棚洞的技术先进性和经济合理性。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路桥梁可更换式落石防护棚洞及其施工方法，解决传统危岩落石综合治理方案工程复杂、实施难度大、投资高、受地形影响大等问题。

本发明所采用的技术方案为：

铁路桥梁可更换式落石防护棚洞，其特征在于：

所述铁路桥梁可更换式落石防护棚洞顺桥向包括多榀独立的棚洞节段，每个节段为独立的一个单榀棚洞；

所述单榀棚洞包括顶部多片弧形的空心管片、两侧竖直的立柱以及立柱下方的连接板，各相邻构件彼此连接，连接板内侧伸入铁路箱梁翼板下方并与其连接。

纵向相邻的棚洞节段之间设置有榀间伸缩缝，缝间填塞沥青木板。

单榀棚洞顶部包括3个60°角的空心管片，为UHPC构件，内部具有环向的通孔。

相邻空心管片通过端面的管片连接器相连接，拼装成180°角的棚顶结构。

棚顶结构上方敷设有缓冲层，为单层缓冲层，采用单一的砂土或单一的高分子聚合物材料。

棚顶结构上方敷设有缓冲层，为多层缓冲层，底层为高分子聚合物，顶层为砂土，高分子聚合物与砂土之间夹设空心RC板、空心橡胶、钢格栅、型钢梁或板作为中间缓冲层。

立柱为π型UHPC空心柱构件，顶部通过管片立柱连接器与空心管片连接，底部通过立柱连接板连接器与连接板外侧顶面连接。

连接板为UHPC构件，内侧伸入铁路箱梁翼板下方，通过连接板箱梁连接器连接。

铁路桥梁可更换式落石防护棚洞的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：根据落石防护棚洞所需要设防的最大冲击能量，设计空心管片、立柱、连接板细部结构尺寸；

步骤2：空心管片、立柱、连接板制作采用超高性能混凝土，其配合比中钢纤维含量不小于2%；