CN102230385A - 高地温隧道抗防热衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
高地温隧道抗防热衬砌结构，能确保隧道衬砌结构在高地温环境下的承载能力不降低，具有良好的抗热或耐热性能，可有效避免隧道衬砌因温度应力而出现开裂，并有利于保证隧道衬砌结构的耐久性。它包括围岩(10)、初期支护(11)和二次衬砌(20)，初期支护(11)覆盖于围岩(10)表面，二次衬砌(20)砌筑于初期支护(11)以内，所述初期支护(11)由喷射陶粒混凝土形成，在初期支护(11)以内还设置有隔热层和防排水隔热复合层(40)，该隔热层由模筑陶粒混凝土形成。
Description
技术领域
本发明涉及隧道衬砌结构，特别涉及一种高地温或高地热地区隧道的抗热、防热衬砌结构。
背景技术
随着西部大开发的推进，为进一步发展我国老、少、边、穷地区的经济，以及加强与少数民族地区的文化交流，我国铁路交通工程向西部等地形困难山区迅猛发展。受地形条件的限制，铁路工程中涌现出了大量的深埋长大及特长隧道，特别是近年来在西部地区又新出现了隧道工程需穿越高地温异常带的情况。
高地温的成因主要有以下三种，其一为埋深增加引起的地温不断升高；其二为火山爆发的岩浆侵入地层中释放热量，引起地温升高；其三为深循环型地下热水在深大断裂构造中流动引地地温升高，即地下水在断裂深处吸收地壳的热量后温度升高，其密度变小后向上流动，地表处的冷水因密度较大向断裂深处流动补充热水流失的空间，从而引起地下水的循环流动，将热量沿断裂不断传递给地层，引起高地温。近年来的工程地质揭示情况表明，我国西南、西北等地区都出现了高地热不良地质，且高地热主要受控于深大断裂、板块缝合带、侵入岩界线、不同方向断裂交汇位置等，其影响范围较大，难以通过铁路选线彻底规避。
隧道工程在穿越高地热异常地带时，围岩初始温度较高，其最高温度可达100℃左右，衬砌结构体系置身于高温环境之中，衬砌混凝土在养护阶段的水化热不易散发，不利于混凝土的正常凝结，极易起引衬砌结构的力学性能降低，不能起到支护承载的作用；另一方面，衬砌结构处于高地温环境中，结构内外温差较大，所引起的温度应力极易造成衬砌结构出现裂纹、开裂，降低结构承载能力，影响结构的耐久性，使隧道结构不能满足100年的使用寿命。此外，若不采取合理的技术措施来阻断或降低地热的传递，必然会恶化隧道运营环境，使得隧道运营阶段的环境温度升高， 极不利于人员日常维护、检修作业和隧道内相关设备的正常工作，对隧道的可持续运营将造成极大的威胁。
衬砌结构是隧道的永久受力结构，对保证隧道的安全及正常运营至关重要，因此必须做到高地温恶劣环境下的衬砌结构抗热、隔热和安全、可靠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高地温隧道抗防热衬砌结构，能确保隧道衬砌结构在高地温环境下的承载能力不降低，具有良好的抗热或耐热性能，可有效避免隧道衬砌因温度应力而出现开裂，并有利于保证隧道衬砌结构的耐久性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的高地温隧道抗防热衬砌结构，包括围岩、初期支护和二次衬砌，初期支护覆盖于围岩表面，二次衬砌砌筑于初期支护以内，其特征是：所述初期支护由喷射陶粒混凝土形成，在初期支护以内还设置有隔热层和防排水隔热复合层，该隔热层由模筑陶粒混凝土形成。
所述二次衬砌包括外衬和内衬，所述隔热层为该外衬，所述防排水隔热复合层设置于外衬、内衬之间，在初期支护和外衬之间还设置有防排水复合层。
所述初期支护表面覆盖初期支护找平层，所述隔热层为该初期支护找平层，所述防排水隔热复合层设置于初期支护找平层与二次衬砌之间。
本发明的有益效果是，在高地温围岩侧设置两道抗高温系统，以全面覆盖高温围岩的喷射陶粒混凝土初期支护层形成第一道抗高温系统，以模筑陶粒混凝土的初期支护找平层或外衬作为第二道抗高温系统，在高地温条件下的力学性能不降低，以发挥其在高地温环境条件下的良好耐热性及适应性，从而确保其长期在高温恶劣条件下的永久支护及承载作用；该两道抗高温系统同时作为两道隔热系统，可有效降低围岩向二次衬砌的传热速率，以防排水隔热复合层作为第三道隔热系统，可进一步阻断或减少热量的传递，使隧道衬砌结构本体处于正常温度，避免隧道衬砌因温度应力而出现开裂，并有利于保证隧道二次衬砌结构的耐久性和发挥其安全储备 作用，还可为高地温地区隧道的可持续运营创造良好的环境条件。
附图说明
本说明书包括如下四幅附图：
图1是本发明高地温隧道抗防热衬砌结构实施例1的断面结构示意图；
图2是本发明高地温隧道抗防热衬砌结构实施例1的断面结构局部放大示意图；
图3是本发明高地温隧道抗防热衬砌结构实施例2的断面结构示意图；
图4是本发明高地温隧道抗防热衬砌结构实施例2的断面结构局部放大示意图。
图中示出构件、部位名称及所对应的标记：围岩10、初期支护11、初期支护找平层12、二次衬砌20、外衬21、内衬22、防排水复合层30、防水板31、无纺布32、防排水隔热复合层40、第2防水板41、隔热板42、第1防水板43、无纺布44。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图3，本发明的高地温隧道抗防热衬砌结构，包括围岩10、初期支护11和二次衬砌20，初期支护11覆盖于围岩10表面，二次衬砌20砌筑于初期支护11以内。参照图2和图4，所述初期支护11由喷射陶粒混凝土形成，在初期支护11以内还设置有隔热层和防排水隔热复合层40，该隔热层是由模筑陶粒混凝土形成的外衬21或者初期支护找平层12。防排水隔热复合层40设置在二次衬砌20的外衬21、内衬22之间或初期支护11与二次衬砌20之间。
参照图3和图4，本发明在高地温围岩10侧设置两道抗高温系统，以全面覆盖高温围岩10的喷射陶粒混凝土初期支护层11形成第一道抗高温系统，以模筑陶粒混凝土的初期支护找平层12或外衬21作为第二道抗高温系统，由于陶粒混凝土即使在650℃的高温下，也能维持室温20℃时 强度的85％，而普通混凝土仅能维持35～37％，可保证陶粒混凝土支护、衬砌结构在最高100℃左右的高地温条件下的力学性能不降低，以发挥其在高地温环境条件下的良好耐热性及适应性，从而确保其长期在高温恶劣条件下的永久支护及承载作用。该两道抗高温系统同时作为两道隔热系统，由于喷射陶粒混凝土的导热性能弱，仅为普通喷射混凝土的12～33％，可有效降低围岩向二次衬砌20的传热速率。以防排水隔热复合层40作为第三道隔热系统，可进一步阻断或减少热量的传递，使隧道衬砌结构本体处于正常温度，避免隧道衬砌因温度应力而出现开裂，并有利于保证隧道衬砌结构的耐久性，还可为高地温地区隧道的可持续运营创造良好的环境条件。初期支护11采用喷射陶粒混凝土将围岩10完全封闭，发挥喷射陶粒混凝土在高温环境下的良好抗热或耐热性能，可保证初期支护11的力学性能不会因高温环境而降低，从而确保隧道衬砌结构在高地温环境下的承载能力不降低。
参照由图1和图2示出的实施例1，所述二次衬砌20包括外衬21和内衬22，所述隔热层为该外衬21，初期支护11由喷射LC25或LC30陶粒混凝土形成，外衬21由模筑LC30或LC35陶粒混凝土形成，可对初期支护11起到找平和进一步防水、隔热的作用。陶粒混凝土在高温环境下具有良好耐热、隔热性能，初期支护11、外衬21构成两道抗高温系统和两道隔热系统。所述防排水隔热复合层40设置于外衬21、内衬22之间，形成第三道隔热系统，使隧道衬砌结构具有良好的隔热效果。在初期支护11和外衬21之间还设置有防排水复合层30，该防排水复合层30与防排水隔热复合层40形成两道隔离层，使衬砌结构形成双层复合式衬砌，有利于避免外衬21和内衬22承受剪切力的作用，同时使之具有良好的抗渗效果，有利于保证高地温环境下隧道衬砌结构的耐久性。参照图2，所述防排水复合层30由无纺布32和防水板31复合构成，该无纺布32、防水板31由初期支护11至外衬21依次铺设。所述防排水隔热复合层40由隔热板42和第2防水板41复合构成，该隔热板42、第2防水板41由外衬21至内衬22依次铺设。
参照由3和图4示出的实施例2，所述初期支护11表面覆盖初期支护找平层12，所述隔热层为该初期支护找平层12。初期支护11喷射LC25 或LC30陶粒混凝土形成、初期支护找平层12由模筑LC30或LC35陶粒混凝土形成。陶粒混凝土在高温环境下具有良好抗热、隔热性能，初期支护11、初期支护找平层12构成两道抗高温系统和两道隔热系统。所述防排水隔热复合层40设置于初期支护找平层12与二次衬砌20之间，形成第三道隔热系统，使隧道衬砌结构具有良好的隔热效果。所述防排水隔热复合层40设置于初期支护找平层12与二次衬砌20之间。参照图4，所述防排水隔热复合层40由无纺布44、第1防水板43、隔热板42和第2防水板41复合构成，该无纺布44、第1防水板43、隔热板42、第2防水板41由初期支护找平层12至二次衬砌20依次铺设。以具有第2防水板41、第1防水板43的防排水隔热复合层40作为隔离层，具有良好的抗渗效果，有利于保证高地温环境下衬砌结构的耐久性。
在上述实施例1和实施例2中，所述隔热板42可采用硬质聚氨脂板材或者泡沫混凝土层等。
以上所述只是用图解说明本发明高地温隧道抗防热衬砌结构的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (7)
1.高地温隧道抗防热衬砌结构，包括围岩(10)、初期支护(11)和二次衬砌(20)，初期支护(11)覆盖于围岩(10)表面，二次衬砌(20)砌筑于初期支护(11)以内，其特征是：所述初期支护(11)由喷射陶粒混凝土形成，在初期支护(11)以内还设置有隔热层和防排水隔热复合层(40)，该隔热层由模筑陶粒混凝土形成。
2.如权利要求1所述的高地温隧道抗防热衬砌结构，其特征是：所述二次衬砌(20)包括外衬(21)和内衬(22)，所述隔热层为该外衬(21)，所述防排水隔热复合层(40)设置于外衬(21)、内衬(22)之间，在初期支护(11)和外衬(21)之间还设置有防排水复合层(30)。
3.如权利要求2所述的高地温隧道抗防热衬砌结构，其特征是：所述防排水隔热复合层(40)由隔热板(42)和第2防水板(41)复合构成，该隔热板(42)、第2防水板(41)由外衬(21)至内衬(22)依次铺设。
4.如权利要求2所述的高地温隧道抗防热衬砌构造，其特征是：所述防排水复合层(30)由无纺布(32)和防水板(31)复合构成，该无纺布(32)、防水板(31)由初期支护(11)至外衬(21)依次铺设。
5.如权利要求1所述的高地温隧道抗防热衬砌结构，其特征是：所述初期支护(11)表面覆盖初期支护找平层(12)，所述隔热层为该初期支护找平层(12)，所述防排水隔热复合层(40)设置于初期支护找平层(12)与二次衬砌(20)之间。
6.如权利要求5所述的高地温隧道抗防热衬砌结构，其特征是：所述防排水隔热复合层(40)由无纺布(44)、第1防水板(43)、隔垫板(42)和第2防水板(41)复合构成，该无纺布(44)、第1防水板(43)、隔垫板(42)、第2防水板(41)由初期支护找平层(12)至二次衬砌(20)依次铺设。
7.如权利要求3或6所述的高地温隧道抗防热衬砌结构，其特征是：所述隔垫板(42)采用硬质聚氨脂板材或者泡沫混凝土层。
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| C06 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111102 |