專利名稱：一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚的制作方法
技術領域：
本發明技術涉及高寒多年凍土地區隧道洞口施工中，用于隔熱保溫的鋼桁架弧棚，特別是鋼桁架弧棚的結構。
背景技術：
目前我國在海撥超過4300米以上高寒凍土地區修建5公里左右的大跨度雙線公路隧道尚屬首次，凍土施工有許多世界性難題亟待解決。根據已建成并投入運行的青藏鐵路隧道洞口施工經驗，主要是在洞口搭設簡易遮陽棚(鋼管支架結構上覆軍用棉被、土工布、彩條布)起到夏季防凍土熱融、冬季洞內防寒保溫的作用，簡要的說就是對隧道洞口凍土采用措施進行“控溫”，外界溫度高時凍土不致融化，外界溫度低時襯砌砼不致凍傷。公路隧道設計洞口開挖后，邊坡頂跨度大，采用滿堂支架搭設簡易遮陽棚已經不現實。因此設計大跨度鋼桁架弧棚結構，以滿足雙線公路隧道洞口施工已經勢在必行。

發明內容
本發明技術要解決的技術問題是:提供一種安全可靠、受力合理、安裝簡便的用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，以克服高寒多年凍土隧道洞口施工的夏季隔熱難、冬季保溫難問題，確保高寒地區隧道洞口順利施工。本發明所采用的技術方案為:一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，包括主桁架結構、支撐聯系結構和屋面結構。主桁架結構兩端為支撐聯系結構，相鄰主桁架結構之間為屋面結構。主桁架結構由七榀呈倒三角形的鋼管桁架、十六根桁架拉桿和屋面檁條構成。鋼管桁架上部的兩根1#鋼管以及下部的一根2#鋼管排列成倒等腰三角形；1#鋼管之間通過4#鋼管連接，1#鋼管和2#鋼管之間通過3#鋼管和5#鋼管連接，4#鋼管與3#鋼管構成倒等腰三角形；鋼管桁架的矢跨比為4:35。主桁架結構由七榀呈倒三角形的鋼管桁架構成，每榀鋼管桁架上部包括兩根1#鋼管、下部包括一根2#鋼管排列成倒等腰三角形、1#鋼管之間以及1#與2#鋼管間均采用鋼管相互焊接，組成每榀鋼管桁架。每榀鋼管桁架矢跨比為4:35。屋面檁條采用方鋼管作為檁條。支撐聯系結構由十四根鋼管立柱、八根立柱拉桿、基礎和八十四根鋼絲繩組成。支撐聯系結構采用鋼管立柱作為鋼管桁架的立柱支撐，鋼管立柱用鋼管制作；第二、三榀和第五、六榀鋼管立柱之間由圓鋼拉桿呈剪刀撐連接緊固；每根鋼管立柱有六道鋼絲繩，鋼絲繩另一端分別連接在鋼管桁架和鋼絲繩基礎上，鋼絲繩中間設花籃螺栓連接并張拉緊固。屋面結構采用彩鋼瓦覆蓋。高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚的安裝和主要工作原理介紹如下:
1、受力原理鋼管桁架采用矢跨比4:35的懸鏈線，鋼管桁架組拼后通過鋼管立柱用鋼絲繩斜拉受力。2、弧棚安裝操作流程:
2.1基礎施工
根據基礎平面布置圖采用全站儀精確放線，必須保證立柱基礎頂面鋼板底座的平面位置準確，頂面鋼板高度用水準儀抄平，控制兩側鋼管立柱同高，以確保鋼絲繩張拉后能對稱受力。2.2兩側鋼管立柱安裝及加固
將鋼管立柱吊裝就位，把鋼管立柱的底部鋼板與立柱基礎頂面鋼板底座用螺栓螺母連接。對應第二、三·榀和第五、六榀的鋼管桁架的鋼管立柱之間，分別采用八根立柱拉桿呈剪刀撐，以確保結構整體受力穩固可靠。2.3第一榀鋼管桁架安裝
采用起重機在洞口現場人工配合拼焊，先架設靠近洞口的第一榀鋼管桁架，以便在洞門仰坡頂搭設臨時鋼管支撐。用兩臺20t以上吊車同時起吊，人工牽引至設計位置，立即與立柱基礎頂面鋼板底座、鋼管立柱焊接牢固。2.4鋼絲繩安裝和張拉
在鋼管桁架安裝過程中和安裝后鋼絲繩未受力前，起重機上的鋼絲繩始終不得拆掉，以防止鋼桁架橫向發生傾覆，確保吊裝施工安全。每根鋼管立柱有六道鋼絲繩，鋼絲繩的另一端分別連接在鋼管桁架和鋼絲繩基礎上，鋼絲繩中間連接有花籃螺栓。張拉鋼絲繩至設計應力后，繩端至少用3道繩卡鎖住，以保證安全。2.5轉至第2.3步，第二榀……第七榀鋼管桁架安裝和加固
鋼管桁架安裝順序始終由洞內向洞口方向。第一榀鋼管桁架安裝就位后，立即安裝第二榀鋼管桁架，并立即安裝相鄰鋼管桁架之間的剪刀撐拉桿縱向聯系，確保整體受力。重復上述步驟直至第七榀鋼管桁架安裝完成。然后，在鋼管桁架之間進行屋面檁條安裝，相鄰屋面檁條之間用C型鋼穿帶螺栓螺帽連接緊密。最后，擰緊花籃螺栓，即拉緊桁架拉桿。2.6屋面結構鋪設
在主桁架結構上彩鋼瓦鋪設屋面。至此全部完成。后期安排專人定時檢查，發現連接部位有裂紋時進行補焊，發現螺栓螺帽、繩卡松動時要重新擰緊，以保證施工安全。本發明在實際使用中，具有如下技術優勢:
(I)通過在洞口搭設遮陽棚，避免了凍土開挖后直接暴露于陽光下發生凍融，減緩了凍土的融化速度，為洞口邊仰坡開挖支護、洞口大管棚超前支護、掛洞門施工爭取了時間，順利實現了進洞。因此解決了高寒凍土隧道以往在夏季高溫時段無法進行洞口工程施工的難題。(2)通過在鋼桁架弧棚外部鋪設軍用棉被、土工布、彩條布和在洞口搭設保溫門簾及設置活動彩鋼門(方便施工車輛、人員進出)等保溫措施，解決了高寒凍土隧道以往在冬季嚴寒時段(零下20 30°C)無法進行洞口襯砌施工的難題。(3) —次安裝，多種功效，實現“空調”作用。夏季降溫隔熱，冬季防寒保溫，全年防風、防雨、防雪。
(4)解決了 4300m以上凍土地區隧道全年施工問題，確保了隧道總體工期目標。


圖1為本發明的總體布置 圖2為本發明的使用示意 圖3為本發明的鋼管桁架局部圖。
具體實施例方式一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，包括主桁架結構1、支撐聯系結構2和屋面結構3。主桁架結構I兩端為支撐聯系結構2，相鄰主桁架結構I之間為屋面結構3。如圖1中全部鋼管桁架1-1之間都有屋面檁條1-3和屋面結構3，為了便于看清楚其鋼桁架弧棚的結構，所以有的鋼管桁架1-1之間沒有畫屋面檁條1-3和屋面結構3。主桁架結構I由七榀呈倒三角形的鋼管桁架1-1、十六根桁架拉桿1-2和屋面檁條1-3構成。鋼管祐1架1_1上部由兩根Φ 76mmX 2.5mm的1#鋼管1-1-1、下部由一根Φ 89mmX 2.5mm的2#鋼管1-1-2排列成頂寬600mm、高800mm的倒等腰三角形。1#鋼管1_1_1之間用4#鋼管1-1-4焊接在一起，1#鋼管1-1-1和2#鋼管1-1-2之間用3#鋼管1-1-3和5#鋼管1-1-5焊接在一起，4#鋼管1-1-4與3#鋼管1-1-3構成倒等腰三角形。整體焊接成桁架結構。等腰3#鋼管1-1-3、底邊4#鋼管1-1-4和斜拉5#鋼管1-1-5都采用Φ 50mmX2.0mm的鋼管制作。每榀鋼管桁架1-1的矢跨比為4:35。在第二、三榀和第五、六榀的鋼管桁架1-1之間，分別采用八根桁架拉桿1-2呈剪刀撐，桁架拉桿1-2采用Φ20的圓鋼制作，桁架拉桿
1-2上面有花籃螺栓，用于拉緊桁架拉桿1-2。屋面檁條1-3采用40mmX80mmX2mm方鋼管制作，水平間距986mm。支撐聯系結構2主要由十四根鋼管立柱2-1、八根立柱拉桿2-2、基礎2_3和八十四根鋼絲繩2-4組成。鋼管立柱2-1，采用Φ159πιπιΧ3.0πιπι鋼管制作，在鋼管立柱2-1的一端，焊接帶Φ 24圓鋼螺栓孔的底部鋼板。對應第二、三榀和第五、六榀的鋼管桁架1-1的鋼管立柱2-1之間，分別采用八根立柱拉桿2-2呈剪刀撐，立柱拉桿2-2采用Φ 20的圓鋼制作。基礎2-3包括十四個立柱基礎2-3-1和二十八個鋼絲繩基礎2-3-2，立柱基礎2_3_1采用長120cmX寬120cmX高150cm的C30砼基礎，立柱基礎2_3_1的頂面埋設長52cmX寬52cmX厚22mm鋼板底座，預埋Φ 24圓鋼螺栓穿過其鋼板底座上的預留孔，長80cm。鋼管立柱2-1的底部鋼板與立柱基礎2-3-1的頂面鋼板底座均用螺栓連接后焊接，鋼管立柱
2-1的周邊用4塊梯形筋板與鋼管立柱2-1的底部鋼板焊接，以保證連接牢固。鋼絲繩基礎2-3-2采用長IOOcmX寬IOOcmX高80cm的C30砼基礎，鋼絲繩基礎2_3_2的頂面埋設長30cmX寬30cmX厚16mm鋼板底座，預埋Φ 16圓鋼螺栓穿過其鋼板底座上的預留孔，長50cm。其鋼板底座中部焊接16mm厚半圓形鋼板(側面用L形筋幫焊牢固)中心穿孔與斜拉鋼絲繩2-4連接，扣繩張拉到位后用繩卡鎖住。鋼絲繩2-4采用繩I X 19-15的鋼絲繩。鋼管桁架1-1采用兩組(每組兩根鋼絲繩2-4)鋼絲繩2-4與鋼管立柱2-1連接，與鋼管桁架
1-1連接的全部鋼絲繩2-4和水平面呈38.6°夾角。鋼絲繩2-4—端連接在鋼管立柱2-1上的兩塊半圓形鋼板扣件的螺栓上，另一端分別連接在鋼管桁架1-1和鋼絲繩基礎2-3-2上。屋面結構3采用彩鋼瓦，覆蓋在主桁架結構I上。
權利要求
1.一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，主桁架結構(I)兩端為支撐聯系結構(2)，相鄰主桁架結構(I)之間為屋面結構(3)，其特征在于:主桁架結構(I)包括七榀截面呈倒三角形的鋼管桁架(1-1 )、十六根桁架拉桿(1-2)和屋面檁條(1-3)。
2.根據權利要求1所述的一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，其特征在于:鋼管桁架(1-1)上部的兩根1#鋼管(1-1-1)以及下部的一根2#鋼管(1-1-2)排列成倒等腰三角形；1#鋼管(1-1-1)之間通過4#鋼管(1-1-4)連接，1#鋼管(1-1-1)和2#鋼管(1-1-2)之間通過3#鋼管(1-1-3)和5#鋼管(1-1-5)連接，4#鋼管(1-1-4)與3#鋼管(1-1-3)構成倒等腰三角形；鋼管桁架(1-1)的矢跨比為4:35。
3.根據權利要求1所述的一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，其特征在于:支撐聯系結構(2)主要由十四根鋼管立柱(2-1)、八根立柱拉桿(2-2)、基礎(2-3)和八十四根鋼絲繩(2-4)組成。
4.根據權利要求1所述的一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，其特征在于:屋面結構(3)采用彩鋼瓦。
全文摘要
本發明公開了一種用于高寒多年凍土隧道洞口的鋼桁架弧棚，包括主桁架結構(1)、支撐聯系結構(2)和屋面結構(3)。鋼管桁架(1-1)上部由兩根1#鋼管(1-1-1)、下部由一根2#鋼管(1-1-2)排列成倒等腰三角形。鋼管桁架(1-1)的矢跨比為4:35。支撐聯系結構(2)由十四根鋼管立柱(2-1)、八根立柱拉桿(2-2)、基礎(2-3)和八十四根鋼絲繩(2-4)組成。本發明一次安裝，多種功效，實現“空調”作用，夏季隔熱，冬季防寒保溫，全年防風、防雨、防雪，實現了海拔4300m以上多年凍土地區高寒隧道全年均可施工。
文檔編號E04C3/40GK103114672SQ20131007362
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者蔡明玖, 林治國, 彭紅運, 白騰飛 申請人:中鐵五局(集團)有限公司, 中鐵五局集團第五工程有限責任公司