本发明公开一种拼装式棚洞，棚洞结构包括顶部防护网体系(Ⅰ)、支撑顶部防护网体系的弹性撑杆缓冲体系(Ⅱ)、网架承力体系(Ⅲ)和由钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础(Ⅳ)；所述弹性撑杆缓冲体系(Ⅱ)包括若干个节点板（9）和弹性撑杆，解决了修建传统棚洞结构防治落石病害，具有的施工工期长、对行车干扰大等问题，摈弃了传统棚洞顶笨重的填土缓冲层，采用柔性缓冲体系，本发明可以明显减轻体系自重，棚洞结构采用轻型网架承力体系，钢筋砼门型刚架基础尺寸大幅缩小，棚洞上部结构施工可采用工厂预制现场拼装，缩短施工工期，明显减少对既有铁路行车干扰。
1.拼装式棚洞，设置于既有铁路线路中线之上，其特征在于，包括顶部防护网体系(Ⅰ)、支撑顶部防护网体系的弹性撑杆缓冲体系(Ⅱ)、由螺栓球（11）和承力杆件（12）构成的网架承力体系(Ⅲ)和由钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础(Ⅳ)；所述弹性撑杆缓冲体系(Ⅱ)包括若干个节点板（9）和弹性撑杆（10），3 4根弹性撑杆顶端交汇连接于节点板~（9），弹性撑杆下端与网架承力体系(Ⅲ)的螺栓球（11）连接形成支撑顶部防护网体系(Ⅰ)的弹性撑杆缓冲体系(Ⅱ)；所述钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础 (Ⅳ)，上部为钢筋砼门型刚架，钢筋砼门型刚架顶部及靠山侧面预埋设网架支座；网架支座连接由螺栓球（11）和承力杆件（12）构成的网架承力体系(Ⅲ)。
2.如权利要求1所述的拼装式棚洞，其特征在于：所述顶部防护网体系(Ⅰ)，以钢丝绳主索（5）为主承力索，钢丝绳主索（5）纵横交叉于弹性撑杆（10）顶部的节点板形成网格，网格间由钢丝加密绳索（6）加密形成小网格，小网格间再由钢丝绕制的钢丝环形网（7）加密，最后铺设网眼为50×50mm的钢丝格栅网（8），钢丝绳主索（5）与网架周边的螺栓球（11）连接，钢丝绳主索（5）与螺栓球（11）间设拉伸弹簧。
3.如权利要求1所述的拼装式棚洞，其特征在于：所述弹性撑杆缓冲体系（Ⅱ），单个弹性撑杆由外径不同的两根钢管互相嵌套，两根钢管间设置压缩弹簧，弹性撑杆上部交汇于节点板（9），下部支撑于螺栓球（11）上。
4.如权利要求3所述的拼装式棚洞，其特征在于：所述的节点板（9）上部由钢板及圆钢制作形成钢丝绳主索支撑点，下部由钢板制作形成弹性撑杆的支撑座；所述节点板（9）上部的钢板及圆钢以及下部的钢板采用Q235钢制作，所述压缩弹簧采用性能不低于GB/T 1222的60Si2MnA的材料制作。
5.如权利要求1所述的拼装式棚洞，其特征在于：所述网架承力体系(Ⅲ)，结构型式为双层正放或斜放的四角锥网架，网架的承力杆件（12）均为钢管，节点类型为螺栓球（11），支撑形式为下弦多点支撑，上下弦杆间距为1620mm；钢筋砼门型刚架顶部网架与侧面网架沿直角平分线对称布置，形成顶面及侧面防护网体系的承力结构。
6.如权利要求5所述的拼装式棚洞，其特征在于：所述的承力杆件（12）通过高强螺栓、锥头及套筒组件与螺栓球（11）连接；螺栓球（11）材质选用GB699中的45号钢；承力杆件（12）材质为Q345B钢。
7.如权利要求1所述的拼装式棚洞，其特征在于：两个及以上的钢筋砼门型刚架顺铁路间隔6000mm布置。
8.如权利要求2所述的拼装式棚洞的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
（a）病害段线路两侧实施门架挖孔桩基础，线路上方间隔6m支架现浇或预制拼装钢筋砼门型刚架，钢筋砼门型刚架顶预埋网架支座；
（b）钢筋砼门型刚架顶部铺设临时封闭板，作为网架安装平台，钢筋砼门型刚架侧面架设网架拼装脚手架；
（c）在线路上方网架安装平台及侧面网架拼装脚手架上拼装由钢管和螺栓球构成的网架，最终形成网架承力体系；
（d）网架承力体系的顶面及侧面安装弹性撑杆，弹性撑杆顶端安装节点板；
（e）在各节点板间穿钢丝绳主索，依次铺设钢丝加密绳索、钢丝环形网和钢丝格栅网。
拼装式棚洞
技术领域
[0001] 本发明属于铁路交通工程技术领域，尤其是山区既有铁路落石病害整治工程的拼装式棚洞，可在公路、市政道路等需进行落石病害整治工程中推广。
背景技术
[0002] 随着我国国民经济的发展，人们的生活水平越来越高，全国各地之间的人口流动、物质贸易等也随之不断增加，交通方面也制约着社会的发展，“要致富，先修路”的理念，也充分体现了国民意识的提高。为了适应国民生活的发展，近几十年来我国政府不断加大基础设施的建设。
[0003] 铁路是我国经济运行的大动脉，客货列车的运行速度也在不断提高，特别近几年来客运专线、高速铁路的发展，极大地改善了省与省、地区与地区之间的联系，使人们出行更为便利。病害地段修建棚洞是有效的彻底整治措施，传统的棚洞以填土作为缓冲材料，具有结构笨重、施工工期长、对行车干扰大等弊端。
[0004] 由于我国幅员辽阔，很多铁路不可避免地修建于崇山峻岭之中，成为依山傍水、穿山越岭的山区铁路，从历年来已修建的大量山区铁路运营经验看，山区铁路存在大量的落石病害威胁，特别傍山线路边坡高陡，隧道进出口边仰坡均存在石质边坡差异风化、土质边坡雨水冲刷影响，造成边坡产生大量孤石，沿线路产生众多落石病害地段，条件成熟后沿边坡滚落，落石冲击至铁路范围的产生落石病害，严重危及行车安全，铁路运营管理部门每年均需花费大量精力进行维护，需采取工程措施彻底整治。
[0005] 根据地形条件，一般在病害地段既有铁路设置棚洞工程，能彻底整治落石病害，传统棚洞结构采用洞顶设1.5m 2.0m填土作为缓冲层，根据不同落石能量等级，确定棚洞结构~尺寸及基础形式，填土缓冲层下一般为钢筋砼梁板结构，两侧为梁柱结构，采用桩基础或扩大基础。由于填土荷载大，结构尺寸设置很大部分是承载填土及结构自身重量，而落石冲击力与填土厚度相关，目前采用的1.5m 2.0m填土厚较好延缓冲击时间，分散冲击力，填土厚~
度已无优化空间，因此传统棚洞具有结构体量大，施工周期长，对行车干扰大的弊端。
发明内容
[0006] 为解决既有铁路落石病害整治难题，以及传统棚洞修建结构体量大，施工周期长，对行车干扰大的弊端，造成工程造价增加、运输损失大的问题，现提出一种拼装式棚洞，对棚洞顶结构进行创新，采用轻质高强的顶部防护网体系，特殊设计了多根弹性撑杆组成的塔形缓冲组件，承力结构采用大型钢管螺栓球网架结构，拼装式棚洞克服了传统棚洞弊端，采用创新的缓冲系统，极大减轻棚洞结构自重，实现了结构轻盈、防护能力强、并且大量采用轻型工厂预制件，棚洞顶结构均为工厂预制，方便现场拼装，施工简便。
[0007] 其技术方案如下：
[0008] 一种拼装式棚洞，设置于既有铁路线路中线之上，包括顶部防护网体系、支撑顶部防护网体系的弹性撑杆缓冲体系、由螺栓球和承力杆件构成的网架承力体系和由钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础；所述弹性撑杆缓冲体系包括若干个节点板和弹性撑杆，3 4根弹性撑杆顶端交汇连接于节点板，弹性撑杆下端与网架承力体系的螺栓球连接~形成支撑顶部防护网体系的弹性撑杆缓冲体系；所述钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础，上部为钢筋砼门型刚架，钢筋砼门型刚架顶部及靠山侧面预埋设网架支座；网架支座连接由螺栓球和承力杆件构成的网架承力体系。
[0009] 优选地，所述顶部防护网体系，以钢丝绳主索为主承力索，钢丝绳主索纵横交叉于弹性撑杆顶部的节点板形成网格，网格间由钢丝加密绳索加密形成小网格，小网格间再由钢丝绕制的钢丝环形网加密，最后铺设网眼为50×50mm的钢丝格栅网，钢丝绳主索与网架周边的螺栓球连接，钢丝绳主索与螺栓球间设拉伸弹簧。
[0010] 优选地，所述的钢丝绳主索、钢丝加密绳索和钢丝为不同直径，抗拉强度≥1770MPa。
[0011] 优选地，所述弹性撑杆缓冲体系，单个弹性撑杆由外径不同的两根钢管互相嵌套，两根钢管间设置压缩弹簧，弹性撑杆上部交汇于节点板，下部支撑于螺栓球上。
[0012] 优选地，所述的节点板上部由钢板及圆钢制作形成钢丝绳主索支撑点，下部由钢板制作形成弹性撑杆的支撑座，采用Q235钢制作，所述压缩弹簧采用性能不低于GB/T 1222的60Si2MnA的材料制作。
[0013] 优选地，所述网架承力体系，结构型式为双层正放或斜放的四角锥网架，网架的承力杆件均为钢管，节点类型为螺栓球，支撑形式为下弦多点支撑，上下弦杆间距为1620mm；钢筋砼门型刚架顶部网架与侧面网架沿直角平分线对称布置，形成顶面及侧面防护网体系的承力结构。
[0014] 优选地，所述的承力杆件通过高强螺栓、锥头及套筒组件与螺栓球连接；螺栓球材质选用GB699中的45号钢；承力杆件材质为Q345B钢。
[0015] 优选地，所述钢筋砼门型刚架及网架支座，两个及以上的钢筋砼门型刚架顺铁路间隔6000mm布置。
[0016] 所述钢筋砼门型刚架根据落石病害工点地形情况，若吊装机械能到达现场，钢筋砼门型刚架采用桩基础挖孔现浇，立柱横梁预制吊装施工工艺，否则在线路上方采用支架现浇施工工艺。
[0017] 本发明为了在落石病害地段快速修建棚洞工程，创新采用塔形弹性撑杆缓冲体系；由自重轻强度高的大直径钢管螺栓球网架构成网架承力体系；本发明提出的技术方案，在既有铁路实现工厂预制、现场安装修建落石病害的棚洞方案，解决了传统棚洞无法实现工厂预制现场拼装问题，是一种的落石病害整治工程结构形式。
[0018] 本发明的施工方法包括以下步骤：
[0019] （a）病害段线路两侧实施门架挖孔桩基础，线路上方间隔6m支架现浇（或预制拼装）钢筋砼门型刚架，钢筋砼门型刚架顶预埋网架支座。
[0020] （b）钢筋砼门型刚架顶部铺设临时封闭板，作为网架安装平台，钢筋砼门型刚架侧面架设网架拼装脚手架。
[0021] （c）在线路上方网架安装平台及侧面网架拼装脚手架上拼装直径159mm钢管螺栓球网架，最终形成网架承力体系。
[0022] （d）网架顶面及侧面安装弹性撑杆，弹性撑杆顶端安装节点板。
[0023] （e）在各节点板间穿钢丝绳主索，依次铺设钢丝加密绳索、钢丝环形网和钢丝格栅网。
[0024] 本发明的技术方案还具有以下优点：
[0025] （a）可以明显减少结构自重，顶部防护网体系、弹性撑杆缓冲体系和网架承力体系均采用高强轻质钢材。
[0026] （b）顶部防护网体系采用抗拉强度≥1770Mpa钢丝，由不同直径钢丝绳构成迎落石冲击的防护网。
[0027] （c）创新采用塔形弹性撑杆缓冲体系，结合大直径钢管螺栓球网架承力体系的棚洞结构，为铁路交通领域落石病害整治工程首次采用。
[0028] （d）建成后结构轻巧，外观效果好。
[0029] （c）工程能够快速实施，工期较短，节约工程费用，经济合理，技术创新。
附图说明
[0030] 图1拼装式棚洞横断面图；
[0031] 图2顶部防护网体系平面图，图1中Ⅰ—Ⅰ截面；
[0032] 图3网架承力体系平面图，图1中Ⅱ—Ⅱ截面。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例及其附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 这种拼装式棚洞结构，包括安装于棚洞顶部的顶部防护网体系Ⅰ、支撑顶部防护网的弹性撑杆缓冲体系Ⅱ、棚洞上部主要承力部件网架承力体系Ⅲ和钢筋砼门型刚架及网架支座构成的棚洞结构基础Ⅳ。
[0035] 所述顶部防护网体系Ⅰ，为迎落石冲击面，应具备拦截不同体积落石的功能，由直径28mm钢丝绳作主索，钢丝绳主索5纵横交叉与弹性撑杆顶部节点板相连，形成3600×3000mm或3150×3000mm网格，网格间由直径16mm钢丝加密绳索6加密，形成500×500mm小网格，小网格间再由直径3mm钢丝绕制构成直径300mm钢丝环形网7加密，最后铺设直径3mm钢丝构成网孔为50×50mm的钢丝格栅网8，钢丝绳主索连接于网架周边螺栓球上，并且钢丝绳主索与螺栓球间设直径25mm拉伸弹簧形成迎落石防护网。
[0036] 所述弹性撑杆缓冲体系Ⅱ，主要由弹性撑杆10及节点板9构成：
[0037] 节点板9以330×330×12mm主钢板及其他厚30mm钢板制作；上部由厚28mm钢板及直径16mm圆钢形成钢丝绳主索支撑点，下部由厚28mm钢板制作弹性撑杆支撑座。
[0038] 单个弹性撑杆由外径76mm壁厚6.0mm和外径57mm厚8mm钢管互相嵌套，钢管间设直径25mm压缩弹簧组成，并用厚10mm钢板制作弹簧支撑座，撑杆上部交汇于节点板，下部支撑于网架螺栓球；
[0039] 上述单元以弹性撑杆10为主要缓冲单元，3 4根通过弹性撑杆交汇与顶部节点板~9，形成塔形弹性支撑组件，通过节点板支撑顶部防护网，弹性撑杆下端支撑于网架节点螺栓球11上，形成顶部弹性缓冲体系。缓冲体系弹簧采用性能不低于GB/T 1222的60Si2MnA的材料制作，其余采用Q235钢制作。
[0040] 所述网架承力体系Ⅲ，以直径159mm钢管为承力杆件12，形成空间网架体系，交汇钢管交汇点为螺栓球11，承力杆件通过高强螺栓、锥头及套筒与螺栓球连接，最终形成空间网架承力体系。
[0041] 网架的承力杆件均为外径159mm钢管，根据钢管计算内力选6mm、8mm或10mm壁厚，钢管材质为Q345B钢，网架连接采用直径240mm 300mm螺栓球，螺栓球材质为GB699中的45号~钢；
[0042] 网架上弦网格间距为顺铁路纵向3000mm，横向2500mm；
[0043] 网架下弦网格间距为顺铁路纵向3000mm，横向2600mm。
[0044] 所述钢筋砼门型刚架及网架支座构成拼装式棚洞基础Ⅳ，钢筋砼门型刚架上部为800mm×800mm钢筋砼门型刚架，门架内净宽7700mm，轨面以上净高8000mm，门架顶部及靠山侧面设支座，作为网架的支撑支座，门架下部为1200mm×1200mm桩基础，钢筋砼门型刚架顺铁路间隔6000mm布置。
[0045] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
