基于隧道效应的柔性钢棚洞缓冲机构及施工方法与流程

本发明涉及桥梁工程施工的，尤其涉及基于隧道效应的柔性钢棚洞缓冲机构及施工方法。

背景技术：

1、隧道效应，是指当列车以高速驶入相对封闭的隧道时，周围的空气会被压缩形成高压区，造成一种瞬间的气压差。据悉，隧道内形成的高压区压力最高可达到6000帕，这种效应在高速列车穿越隧道时变得尤为显著。为了减少隧道效应的危害，工程师们在高速列车穿越隧道的设计和运营中采取了一系列巧妙的措施。首先，他们采用渐进式隧道设计，通过逐渐扩大隧道入口的形状，减缓了列车进入隧道时气流的压缩速度，从而降低了压力冲击波的强度。其次，列车进入隧道前会逐渐减速，这种平稳过渡减轻了压力冲击波对乘客和列车的影响。尽管工程师们已经采取了多种措施来减轻隧道效应，但彻底消除这一现象显然是不太可能的，因为随着列车速度不断提升，尤其是超高速列车的出现，气流压缩效应变得更加显著。棚洞是常用于隧道洞口等落石灾害频发区域的一种被动式防护结构,通常是由若干拱梁与连杆固定连接成的网架结构，高速列车进出隧道洞口时会产生强大的气流冲击波，气流冲击波通过棚洞的时候不仅对拱梁与连杆形成强大的冲击，还会造成拱梁与连杆扭曲变形，反复的扭矩变形容易形成机械疲劳，对架设在隧道洞口的棚洞造成严重危害。中国专利申请201710202022x公开了《一种弹性消能隧道棚洞结构及施工方法》，申请公布号是cn106836036a，该棚洞结构通过在棚洞的顶端设置缓冲体、在棚洞的底部设置弹性体，避免危岩落石直接与拱型构筑体硬接触发生冲击破坏，有效增强危岩落石防治效果。但这种弹性消能隧道棚洞结构只能缓冲危岩落石等由外向内的冲击破坏，对于隧道效应产生的由内向外的冲击力没有任何作用。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种基于隧道效应的柔性钢棚洞缓冲机构，能够缓解高速列车进出隧道产生的隧道效应造成的冲击波，减轻隧道效应冲击波对柔性钢棚洞的损害，延长钢棚洞的使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明所述基于隧道效应的柔性钢棚洞缓冲机构包括分别设置在隧道洞口两侧的左纵梁、右纵梁，所述左纵梁和右纵梁之间设置有多个拱架，所述拱架上覆盖防护网，所述拱架包括弧形段以及位于弧形段两端的直线段，其特征在于：所述拱架上固定安装有波纹板，所述波纹板是条形波纹状弹性钢板，波纹板的波纹延伸方向与拱架垂直，所述拱架固定连接在波纹板的波顶处，拱架两端的直线段分别通过弹性缓冲机构连接在左纵梁和右纵梁上。

4、通过本方案，该缓冲机构的拱架与纵梁之间的连接以及拱架相互之间的连接均采用弹性连接，能够缓解高速列车进出隧道产生的隧道效应造成的冲击波，减轻隧道效应冲击波对柔性钢棚洞的损害，延长钢棚洞的使用寿命。

5、优选地，所述弹性缓冲机构包括固定连接在左纵梁或者右纵梁上的套管、安装在所述套管内壁上的板簧，两组板簧对称设置在套管的内腔中，所述拱架的直线段穿过两组板簧之间的空隙插装在套管的内腔中，所述直线段的下端通过铰轴铰接在套管的内壁上。

6、通过本方案，实现拱架与纵梁之间的弹性连接，受到冲击时拱架可以绕铰轴小幅度摆动，缓解冲击力并将冲击力，冲击力消失以后拱架又能自动复位。

7、优选地，所述板簧的下端铰接在套管的内壁上，板簧的上端活动连接锁紧螺杆，所述锁紧螺杆通过螺纹连接贯穿插装在套管的管壁上。

8、通过本方案，可以方便板簧的安装，并能根据需要调整板簧的预应力。

9、优选地，所述板簧的下端铰接在套管的内壁上，板簧的上端与套管的内壁之间设置有楔形块。

10、通过本方案，可以方便板簧的安装，并能根据需要调整板簧的预应力。

11、优选地，所述套管的内壁上对应于板簧的上端部位置设置有凹槽，所述凹槽中安装有固定连接在板簧上端的滑块。

12、通过本方案，板簧上端和套管上端的预留空间大，可以方便调整板簧的预应力。

13、优选地，所述套管为矩形管状结构，套管的下端焊接在底座法兰上，所述底座法兰通过地脚螺栓固定连接在纵梁上，所述底座法兰与套管的外壁之间设置有加劲肋；所述拱架的横截面为工字形结构，所述工字形结构的翼缘板外侧面抵靠在板簧的受力面上，所述铰轴贯穿插装在工字形结构的腹板上、两端固定连接在套管管壁上。

14、通过本方案，套管结构牢固，方便拱架与套管的连接，拱架支撑力强、不容易变形。

15、本发明所述基于隧道效应的柔性钢棚洞缓冲机构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

16、步骤一，在隧道两侧施工建设左纵梁、右纵梁；在工厂生产制造拱架、波纹板和套管，在拱架的两端开设用于安装铰轴的轴孔，将拱架和波纹板连接形成网架结构，在每一个套管的内腔中纵向插入一对板簧，两板簧的受力面向内镜像设置，板簧的下端用转轴连接在套管的内壁上，板簧的上端用绑扎带临时绑扎固定到套管的上端开口处；

17、步骤二，按照设计要求将套管固定安装到左纵梁和右纵梁上，套管的间隔距离与步骤一形成的网架结构中的拱架的间隔距离相匹配；

18、步骤三，将步骤一形成的网架结构悬吊到隧道口的上方，逐一将拱架两端插入到相应的套管的内腔中，确认拱架的端部位于两板簧的受力面之间，并且端部的轴孔到达安装铰轴的位置，将铰轴穿过套管的管壁插入到拱架端部的轴孔中，并将铰轴的两端固定在套管的管壁上；直到所有拱架的两端都对应安装到套管的内腔中；

19、步骤四，解开板簧上端的绑扎带,利用压紧装置将板簧的上端朝向拱架的方向挤压，使板簧的受力面抵靠在拱架上并达到设置的压力，调整同一拱架两侧的压紧装置直到拱架的端部在套管中保持垂直并且拱架两侧的板簧的预应力符合设计要求；

20、步骤五，在拱架的上方覆盖防护网，并将防护网的近端固定连接在隧道口上方的崖壁上、远端固定连接在最远端的一个拱架上。

21、通过本方案，可以快速高效地在隧道洞口安装柔性钢棚洞缓冲机构，施工周期短、效率高，特别有利于既有隧道的改造施工。

22、优选地，在步骤一，所述左纵梁和右纵梁采用钢筋混凝土浇筑而成；所述套管为矩形管状结构，套管的下端焊接在底座法兰上，所述底座法兰与套管的外壁之间设置有加劲肋；所述拱架的横截面为工字形结构，所述拱架包括弧形段以及位于弧形段两端的直线段。

23、通过本方案，套管结构牢固、稳定，方便拱架与套管的连接，拱架支撑力强、不容易变形。

24、优选地，在步骤三，所述网架结构悬吊到隧道口的上方之后，将网架结构的一端降低、另一端抬高，首先将网架结构最低端的拱架两端插入到相应的套管的内腔中并采用绑带将拱架临时固定到套管上，随后逐步降低网架结构另一端的高度、逐一从低到高将拱架两端插入到相应的套管的内腔中并采用绑带临时固定，所有拱架两端都安装到位之后，再逐一将铰轴穿过套管的管壁插入到拱架端部的轴孔中并拆除拱架与套管之间的绑带。

25、通过本方案，可以降低拱架的安装难度，提高拱架的施工效率。

26、优选地，在步骤五，将所述防护网的两侧固定连接在对应位置的拱架上。

27、通过本方案，可以更牢固地将防护网与拱架连接在一起。

28、本发明能够能够缓解高速列车进出隧道产生的隧道效应造成的冲击波，减轻隧道效应冲击波对柔性钢棚洞的损害，延长钢棚洞的使用寿命。