CN103541740A - 一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 - Google Patents
一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103541740A CN103541740A CN201310525587.3A CN201310525587A CN103541740A CN 103541740 A CN103541740 A CN 103541740A CN 201310525587 A CN201310525587 A CN 201310525587A CN 103541740 A CN103541740 A CN 103541740A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lining
- tunnel
- concrete
- liner
- cold region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公开了“一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统”，属于寒区隧道工程抗冻害领域。构造设计为：由内侧到外侧依次包括隧道初衬混凝土、复合土工布防水层、缓冲层和二次衬砌；所述缓冲层由聚乙烯泡沫塑料衬垫和纤维增强泡沫混凝土组成；所述聚乙烯泡沫塑料衬垫铺设并固定于防水层表面，并使二者紧密粘合；在聚乙烯泡沫塑料衬垫外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土。当地下水冻结成冰后，缓冲层结构可发挥保温作用，缓解地下水的冻结；当地下水冻结后，缓冲层通过自身的变形，对施加在二次衬砌结构上的冻胀力起到缓冲作用，从而减小二衬的受力和变形，防止开裂，达到避免隧道结构冻害的目的。
Description
技术领域
本发明涉及寒区隧道工程抗冻害领域。
背景技术
目前我国寒区隧道冻害现象十分严重，常常引发交通事故，并造成隧道结构的损坏甚至报废，因此寒区隧道洞口段冻害是亟需解决的问题。引起寒区隧道洞口段冻害的重要原因之一是围岩及地下水引起的冻胀力作用于衬砌结构，造成衬砌开裂失效。
现有的寒区隧道防冻技术，主要包括加热法、防寒门及隔热法三种，其中解决冻胀力问题的主要方法是铺设隔热保温层结构。但在多年冻土区，当年积算冷度的绝对值大于年积算热度时，仍然无法阻止冻结层的形成；另一方面，由于隔热材料的强度及弹性模量较低，当初衬受压变形时，隔热保温层会受压破坏，从而失去防冻保温功能。而且，由于隧道施工时难以达到光面爆破效果，初衬混凝土与二衬结构之间难免存在孔隙或空洞，在反复冻融循环作用下，隔热保温防冻技术很难消除或降低因地下水冻结而产生的冻胀力，因此难以保证其耐久性及长期服役性能，也无法阻止因冻胀力而引发的冻害。
发明内容
为了解决寒区隧道因冻胀力而引发的冻害问题，本发明提出一种可以减小寒区隧道衬砌所受冻胀力的缓冲系统设计，通过加设一种兼具保温和减小冻胀力功能的柔性结构，该结构铺设于隧道初期支护（即隧道初衬混凝土）与二次衬砌之间，与已有的防水层共同发挥作用。当地下水冻结成冰后，缓冲层结构可发挥保温作用，缓解地下水的冻结；当地下水冻结后，缓冲层通过自身的变形，对施加在二次衬砌结构上的冻胀力起到缓冲作用，从而减小二衬的受力和变形，防止开裂，达到避免隧道结构冻害的目的。
本发明给出的方法技术方案是：
一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统，其特征在于，由内侧到外侧依次包括隧道初衬混凝土、复合土工布防水层、缓冲层和二次衬砌；所述缓冲层由聚乙烯泡沫塑料衬垫和纤维增强泡沫混凝土组成；所述聚乙烯泡沫塑料衬垫铺设并固定于防水层表面，并使二者紧密粘合；在聚乙烯泡沫塑料衬垫外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土。
基于上述系统结构技术方案，由于聚乙烯泡沫塑料衬垫与纤维增强泡沫混凝土相当于构成了一种新型的缓冲层结构，一方面，组成缓冲层的材料具有一定的保温性能，可以缓解地下水的冻结；另一方面，由于缓冲层是一种柔性结构，当其背后的地下水冻结成冰后，缓冲层自身可以具有一定的强度，并可产生弹性变形，从而有效吸收冻胀力，减小围岩对二衬混凝土的压力，防止二衬结构的过大变形和开裂。
根据理论计算及现场实测结果，隧道冻胀力最大不超过5MPa，故本发明提出的缓冲层至少可吸收60%-80%的冻胀力；从抵抗变形角度，在冻胀力及围岩压力作用下，缓冲层最大变形值不超过其厚度的15%。本发明针对寒区隧道围岩的不同的工程地质条件和围岩级别，应对缓冲层参数进行调整。对于Ⅴ级及以下围岩，由于其破碎程度高，节理裂隙发育，且受冻融循环作用明显，冻融圈深度大，因此此段隧道衬砌所受冻胀力最大，也是最容易产生冻害的区域。在此段范围内，采用加强缓冲层参数，当初衬混凝土基面及防水层铺设完毕后，再其表面满铺6cm厚的聚乙烯泡沫塑料衬垫；同时，其泡沫混凝土采用高强度纤维增强泡沫混凝土，层厚10cm，其中水泥：水：砂的配比为1000:620:1000，并按每1000g水泥中含聚丙烯纤维0.5g、松香发泡剂0.25g的配比制作。在Ⅳ级围岩段，围岩压力及冻胀力相对较小，故采用4cm厚的聚乙烯泡沫塑料衬垫；泡沫混凝土层厚8cm，其中水泥：水：砂的配比为1000:680:1000，并按每1000g水泥中含聚丙烯纤维2g、松香发泡剂0.25g的配比制作。
本发明提出的结构系统，具有如下优点：提出采用柔性结构减小二衬所受冻胀力的新理念，可以避免二衬结构在冻胀力作用下的变形开裂。从施工与运营成本角度，本发明提出的缓冲层结构，兼具缓冲与保温双重效果，可取代传统的加热法、防寒门及防冻保温结构等传统保温层，大大节省投资；此外，本发明提出的缓冲层结构，无需后期养护与维修费用，且在保证施工质量的情况下，可长期使用。从材料性能角度，本发明提出的缓冲层结构中的衬垫层具有较大的抗拉强度与断裂伸长率，可发生一定的弹性变形，且纤维增强泡沫混凝土具有较高的抗压强度和弹性模量，可以保证在冻胀力作用下不损坏；此外，如泡沫混凝土内部存在孔隙，可形成不流动的空气隔热体，对二衬结构具有一定的保温作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的寒区隧道缓冲层结构示意图。
图2为缓冲层的各层结构示意图。
图中：1围岩；2初衬混凝土；3复合土工布防水层；4缓冲层；5二衬混凝土；41聚乙烯泡沫塑料衬垫；42纤维增强泡沫混凝土。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作一进步介绍。
如图1、图2所示，本发明减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统，其特征在于，由内侧到外侧依次包括隧道初衬混凝土2、复合土工布防水层3、缓冲层4和二次衬砌5。所述缓冲层4由聚乙烯泡沫塑料衬垫41和纤维增强泡沫混凝土42组成。所述聚乙烯泡沫塑料衬垫41铺设并固定于防水层3表面，并使二者紧密粘合。在聚乙烯泡沫塑料衬垫41外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土42。
整个结构系统施工工艺大致为：隧道开挖成型后，施做初衬混凝土2，在对其进行基面处理后，铺设防水层3。然后将抗拉强度>0.4MPa、断裂伸长率>100%的聚乙烯泡沫塑料衬垫41铺设并固定于防水层3表面，并使二者紧密粘合，以防止背后积存大范围的水体。然后在其外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土42，在其水灰比控制在0.60~0.70，且聚丙烯纤维掺量控制在0.05%~0.25%范围内时，其抗压强度可达5~8MPa，弹性模量为可达11~15GPa，约为《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中衬砌混凝土强度的1/3~1/2及弹模的1/3~1/2。浇筑纤维增强泡沫混凝土42制备属于本领域公知常识，为常规技术。
本发明的具体实施方案如下：
（1）在隧道开挖完成后，进行初期支护，包括钢筋网、锚杆、钢拱架，施做初衬混凝土。
（2）对初衬混凝土进行基面处理。
（3）在初衬喷射混凝土基面处理完成后，采用螺钉锚固的方法铺设3cm厚的针刺无纺布与PE膜复合土工布，作为防水层。
（4）在洞顶处开始向两侧下垂铺设聚乙烯泡沫塑料衬垫，并采用膨胀螺栓、塑料垫片等将其固定在防水层与初衬混凝土上，使其与防水层紧密粘合。其中塑料垫片采用间距100cm的梅花型布置。
（5）在衬垫施工完成后，按不同围岩级别浇筑纤维增强泡沫混凝土，待其养护完成后浇筑二衬混凝土。
Claims (1)
1.一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统，其特征在于，由内侧到外侧依次包括隧道初衬混凝土、复合土工布防水层、缓冲层和二次衬砌；所述缓冲层由聚乙烯泡沫塑料衬垫和纤维增强泡沫混凝土组成；所述聚乙烯泡沫塑料衬垫铺设并固定于防水层表面，并使二者紧密粘合；在聚乙烯泡沫塑料衬垫外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310525587.3A CN103541740A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310525587.3A CN103541740A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103541740A true CN103541740A (zh) | 2014-01-29 |
Family
ID=49965551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310525587.3A Pending CN103541740A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103541740A (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103851275A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-11 | 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种防止混凝土管道冻融破坏装置 |
| CN104018858A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-09-03 | 云南省交通规划设计研究院 | 一种用于冻土区隧道工程缝的新型止水结构 |
| CN104481592A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-04-01 | 长安大学 | 一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统及其安装方法 |
| CN105888702A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-24 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 地下工程防水施工方法 |
| CN106050274A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-10-26 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种寒区硬岩隧道防冻胀结构及其施工方法 |
| CN106759455A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-31 | 国网青海省电力公司西宁供电公司 | 一种室内电力设备基础周边地坪防冻胀的方法 |
| CN107447597A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-12-08 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种无砟轨道铁路膨胀土路堑结构及施工方法 |
| CN109283215A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-01-29 | 中国地质大学（北京） | 反复冻融损伤后寒区隧道围岩冻胀力的测算方法 |
| CN110043278A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-23 | 北京工业大学 | 一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法 |
| CN110792453A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-14 | 山东大学 | 一种盾构隧道管片、监控系统及监控方法 |
| CN111472817A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-31 | 凌贤长 | 高寒冻融富水环境隧道止水防冻结构及施工方法 |
| CN111753360A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-09 | 河北交通职业技术学院 | 一种隧道局部存水冻胀力计算方法、计算系统、存储介质、季冻区隧道衬砌冻胀设计方法 |
| CN112983468A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-06-18 | 重庆交通大学 | 一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构 |
| CN115478703A (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-16 | 四川大学 | 一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法 |
| CN116285065A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-23 | 河北铁科翼辰新材科技有限公司 | 一种寒区隧道用发泡聚烯烃保温材料及应用和其施工方法 |
| CN116284957A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-23 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 一种阻燃聚苯板材料及其制备方法和在隧道保温工程中的应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH565937A5 (en) * | 1973-05-17 | 1975-08-29 | Sarnen Kunststoff Ag | Tunnel wall insulation - using foam plastics-filled sheaths which are later emptied to provide drainage channels |
| JPH0960494A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-04 | Yodogawa Steel Works Ltd | トンネル用の漏水防止壁 |
| DE19702781A1 (de) * | 1997-01-27 | 1998-07-30 | Gefinex Jackon Gmbh | Wärmeisolierung für eisgefährdete Tunnel |
| CN1696474A (zh) * | 2004-03-25 | 2005-11-16 | 长安大学 | 用于寒冷地区隧道冻害防治的防冻隔温层及其施工方法 |
| CN201810321U (zh) * | 2010-06-28 | 2011-04-27 | 中铁二十局集团有限公司 | 高原冻土隧道复合式保温衬砌结构 |
| CN201963318U (zh) * | 2010-12-10 | 2011-09-07 | 湖南省建筑材料研究设计院有限公司 | 一种隧道施工中的防漏水装置 |
| CN202882951U (zh) * | 2012-11-08 | 2013-04-17 | 福州大学 | 高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统 |
| CN203145962U (zh) * | 2013-03-26 | 2013-08-21 | 西安建筑科技大学 | 一种泡沫混凝土夹芯的隧道防冻保温层 |
-
2013
- 2013-10-31 CN CN201310525587.3A patent/CN103541740A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH565937A5 (en) * | 1973-05-17 | 1975-08-29 | Sarnen Kunststoff Ag | Tunnel wall insulation - using foam plastics-filled sheaths which are later emptied to provide drainage channels |
| JPH0960494A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-04 | Yodogawa Steel Works Ltd | トンネル用の漏水防止壁 |
| DE19702781A1 (de) * | 1997-01-27 | 1998-07-30 | Gefinex Jackon Gmbh | Wärmeisolierung für eisgefährdete Tunnel |
| CN1696474A (zh) * | 2004-03-25 | 2005-11-16 | 长安大学 | 用于寒冷地区隧道冻害防治的防冻隔温层及其施工方法 |
| CN201810321U (zh) * | 2010-06-28 | 2011-04-27 | 中铁二十局集团有限公司 | 高原冻土隧道复合式保温衬砌结构 |
| CN201963318U (zh) * | 2010-12-10 | 2011-09-07 | 湖南省建筑材料研究设计院有限公司 | 一种隧道施工中的防漏水装置 |
| CN202882951U (zh) * | 2012-11-08 | 2013-04-17 | 福州大学 | 高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统 |
| CN203145962U (zh) * | 2013-03-26 | 2013-08-21 | 西安建筑科技大学 | 一种泡沫混凝土夹芯的隧道防冻保温层 |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103851275A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-11 | 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种防止混凝土管道冻融破坏装置 |
| CN103851275B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-05-11 | 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种防止混凝土管道冻融破坏装置 |
| CN104018858A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-09-03 | 云南省交通规划设计研究院 | 一种用于冻土区隧道工程缝的新型止水结构 |
| CN104481592A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-04-01 | 长安大学 | 一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统及其安装方法 |
| CN105888702A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-24 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 地下工程防水施工方法 |
| CN106050274A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-10-26 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种寒区硬岩隧道防冻胀结构及其施工方法 |
| CN106759455A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-31 | 国网青海省电力公司西宁供电公司 | 一种室内电力设备基础周边地坪防冻胀的方法 |
| CN107447597A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-12-08 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种无砟轨道铁路膨胀土路堑结构及施工方法 |
| CN109283215A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-01-29 | 中国地质大学（北京） | 反复冻融损伤后寒区隧道围岩冻胀力的测算方法 |
| CN110043278A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-23 | 北京工业大学 | 一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构及其施工方法 |
| CN110792453A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-14 | 山东大学 | 一种盾构隧道管片、监控系统及监控方法 |
| CN110792453B (zh) * | 2019-11-14 | 2020-11-06 | 山东大学 | 一种盾构隧道管片、监控系统及监控方法 |
| CN111472817A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-31 | 凌贤长 | 高寒冻融富水环境隧道止水防冻结构及施工方法 |
| CN111472817B (zh) * | 2020-03-20 | 2022-06-07 | 凌贤长 | 高寒冻融富水环境隧道止水防冻结构及施工方法 |
| CN111753360A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-09 | 河北交通职业技术学院 | 一种隧道局部存水冻胀力计算方法、计算系统、存储介质、季冻区隧道衬砌冻胀设计方法 |
| CN111753360B (zh) * | 2020-06-22 | 2023-04-28 | 河北交通职业技术学院 | 一种隧道局部存水冻胀力计算方法、计算系统、存储介质、季冻区隧道衬砌冻胀设计方法 |
| CN112983468A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-06-18 | 重庆交通大学 | 一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构 |
| CN115478703A (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-16 | 四川大学 | 一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法 |
| CN115478703B (zh) * | 2022-10-17 | 2024-05-10 | 四川大学 | 一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法 |
| CN116284957A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-23 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 一种阻燃聚苯板材料及其制备方法和在隧道保温工程中的应用 |
| CN116285065A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-23 | 河北铁科翼辰新材科技有限公司 | 一种寒区隧道用发泡聚烯烃保温材料及应用和其施工方法 |
| CN116285065B (zh) * | 2023-03-24 | 2024-05-03 | 河北铁科翼辰新材科技有限公司 | 一种寒区隧道用发泡聚烯烃保温材料及应用和其施工方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103541740A (zh) | 一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统 | |
| CN206429265U (zh) | 一种适应高纯度石膏岩段隧道支护结构 | |
| CN106337690B (zh) | 一种跨断层区隧道衬砌防水接头结构及其施工方法 | |
| CN101985882B (zh) | 高原冻土隧道模筑混凝土刚性初期支护的施工方法 | |
| CN205013017U (zh) | 高寒地区隧道保温衬砌结构 | |
| CN104329103A (zh) | 一种寒区隧道保温复合支护系统及其支护方法 | |
| CN107587881A (zh) | 一种用于多年冻土隧道的复合式衬砌结构及施工工艺 | |
| CN106593465B (zh) | 一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构及施工方法 | |
| CN106836567A (zh) | 一种带肋岩棉现浇混凝土保温墙体及其施工方法 | |
| WO2019056794A1 (zh) | 隧道衬砌背后空洞的施工方法及施工后的复合衬砌结构 | |
| CN101748755A (zh) | 隧道变形缝沥青玛蹄脂柔性连接密封防渗结构及构筑方法 | |
| CN203488189U (zh) | 用于脱空整治的隧道结构 | |
| CN104328924A (zh) | 用纤维网格筋和早强自密实砂浆来加固混凝土结构件方法 | |
| CN105134248A (zh) | 一种盾构隧道与竖井连接部位的抗震与减震方法 | |
| KR100610556B1 (ko) | 충진형 ｐｃ판넬 터널 라이닝 시스템 및 그 시공법 | |
| CN205013018U (zh) | 高寒地区隧道洞口段防水保温层施工结构 | |
| CN103835523A (zh) | 一种超长超大钢筋混凝土结构工程防裂工艺 | |
| CN206539346U (zh) | 增强围岩缺陷段隧道抗震减震能力的交错设缝衬砌结构 | |
| CN106050274A (zh) | 一种寒区硬岩隧道防冻胀结构及其施工方法 | |
| CN204175314U (zh) | 一种寒区隧道保温复合支护系统 | |
| CN110043296A (zh) | 一种适用于寒区隧道的耐冻型防排水板及其施工方法 | |
| CN211774800U (zh) | 一种藏式毛石墙体 | |
| CN211370420U (zh) | 一种施工快速的复合型隧道内衬 | |
| CN204691792U (zh) | 一种寒区隧道防冻保温系统 | |
| CN206174966U (zh) | 一种引水隧洞的保温抗冻胀结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for 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: 20140129 |