CN104594921B - 一种高地温隧道隔热散热衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，包括多孔泡沫混凝土、少孔泡沫混凝土、锚杆、环向管道、纵向管道、散热片、防水板。本发明针对高地温特殊的环境条件，发明了一种高地温条件下隧洞衬砌支护的新型结构，改善了二衬结构的受力性能，利用泡沫混凝土的隔热性能有效地将热量隔绝于初衬结构中，并通过管道网的散热作用将热量疏导出初衬结构，克服了高地温对衬砌结构的不利影响，提高了长期高温作用下隧道衬砌结构的整体耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道衬砌结构，具体涉及一种高地温隧道隔热散热衬砌结构。
背景技术
随着国民经济的飞速发展和隧道施工技术的不断进步，与交通建设和水资源开发有关的隧道工程和其它地下工程逐渐向长大深埋方向发展，高地温病害也逐渐成为地下工程的一大难题。比如国外的瑞士辛普伦隧道最大埋深2136米，施工期最高地温55.4℃；我国的西康铁路秦岭隧道最大埋深1600米，施工期最高地温40℃；云南高黎贡山铁路隧道最大埋深1155米，最高地温达到了60℃；新疆公格尔一布仑口水电站发电引水隧洞高地温洞段实测掌子面最高环境温度67℃、钻孔内最高温度82℃，为国内罕见的高地温条件下的水工隧洞工程。
高地温会对隧道工程产生各种不利的影响和危害。高温会影响隧道支护结构的物理力学参数(强度、弹模等)；由于温度的不均匀分布，而在衬砌结构内会产生的温度应力会降低隧道衬砌结构体系的承载能力和耐久性；洞室内的高温高湿将导致机械设备的工作条件恶化、效率降低、故障增多；隧道建成运营后，由于洞内温度过高，将造成隧道养护维修困难，从而导致运营成本大幅提高。而且在考虑高地温影响时，围岩内外的温差产生了温度场，而衬砌结构应力主要由温度场产生，根据衬砌厚度的敏感性分析，增大衬砌厚度并不能明显改善衬砌应力。而且温度场产生的拉应力值大，如将其作为不可消除荷载，结构所需的配筋量也十分大，但在温度作用下配置大量的钢筋并不能抑制混凝土自身收缩产生裂缝。所以，对于高地温隧道结构的隔热散热研究显得尤为必要。而目前国内高地温隧道衬砌支护结构主要是采取隔热方式减轻围岩表面温度应力的影响，如专利号201110148520.3公开的高地温隧道抗防热衬砌结构，其主要作用是抗热和耐热，而且施工工艺过于复杂，其整体稳定可靠性难以保证；专利号201220214957.2公开的一种地热侵蚀条件下的隧洞衬砌用双层结构混凝土，仅仅是采用双层混凝土结构隔热，没有采用隔热层与防水层，关于散热方面仅仅是布置了Φ50mm的钢管用于临时散热。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明目的在于提供一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，旨在解决现有的隧道衬砌结构隔热散热效果不佳，影响隧道衬砌结构体系的承载能力和耐久性能的问题。
(二)技术方案
一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：包括初衬、锚杆、环向管道、纵向管道、散热片；其中所述的环向管道和纵向管道均设置于少孔泡沫混凝土中；所述的初衬由多孔泡沫混凝土和少孔泡沫混凝土组成；所述锚杆的端部与环向管道相连；所述的纵向管道与环向管道相连；所述散热片设置于环向管道底部并设置于纵向管道中；所述防水板通过粘结性隔热涂料粘贴在少孔泡沫混凝土表面，所述防水板表面粘贴有一层隔热卷材。
进一步的，所述多孔泡沫混凝土为初喷，厚度为5-10cm，并全面覆盖围岩；所述少孔泡沫混凝土为复喷，厚度为15cm，并全面覆盖和包裹环向管道和纵向管道构成的散热管网。
进一步的，所述的多孔泡沫混凝土中加入了钢纤维。
进一步的，所述的锚杆是中空的。
进一步的，所述的环向管道和纵向管道均为钢管，管道直径均为40mm-60mm；所述的钢管上开有微小孔洞，所述孔洞位于贴近多孔泡沫混凝土一侧的钢管表面并随机布设，孔径为1-3mm。
进一步的，所述的环向管道与锚杆采用焊接方式连接；所述的纵向管道与环向管道采用三通接头连接，其中环向管道底端伸入纵向管道中，纵向管道伸出隧道外并向上弯折，其伸出部分均套有多个紧密相贴的散热片；所述环向管道的布置间距为2-4m，所述纵向管道交错布置连接贯通环向管道。
进一步的，所述散热片为圆环形，外边缘具有翻边。
进一步的，所述的少孔泡沫混凝土表面涂抹一层粘结性隔热涂料。
进一步的，所述的隔热卷材采用离心玻璃纤维棉或者陶瓷耐火纤维纸。
(三)有益效果
本发明的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，由多孔到少孔的泡沫混凝土结构、环向管道与纵向管道连成的散热网、设置于环向管道底部的散热片、隔热防水层组成的多层隔热体系及散热通道。与现有技术相比较，其具有以下有益效果：通过多孔钢纤维泡沫混凝土和锚杆稳固隧道围岩，多孔泡沫混凝土能起到良好的隔热功能，同时加入钢纤维，由于钢纤维具有抵抗拔出及阻裂机制，多孔泡沫混凝土的抗劈拉强度能提高50％以上，并且减少了多孔泡沫混凝土裂纹的产生，提高耐久性。通过环向管道与锚杆的连接，纵向管道与环向管道的连接，并且纵向管到最终伸出隧道外弯折向上，然后复喷一层少孔泡沫混凝土完全覆盖和包裹纵向管道与环向管道构成的散热管网，利用温差传热和烟囱效应散热及泡沫混凝土的隔热性能，有效地将围岩中的热量隔绝于初衬结构中并疏导出衬砌。通过环向管道底部、纵向管道伸出隧道外弯折向上的部分以及布设的散热片，增大管道与外界空气的接触面积，加快散热。通过隔热防水层形成一道新的隔热防水线，进一步阻断和减少热量的传递。本发明在达到衬砌隔热的同时提供可靠的散热方式，较好地解决了高地温所导致的衬砌开裂，保证了隧道衬砌混凝土的整体耐久性，开创了一种高地温条件下隧道衬砌支护结构型式的新方法，为高地温地区隧道的长久运营创造了良好的条件，所以就长期经济性而言，本发明值得推广应用。
附图说明
图1是本发明高地温隧道隔热散热衬砌结构的横断面结构示意图；
图2是本发明高地温隧道隔热散热衬砌结构的散热管网布设图；
图3是本发明高地温隧道隔热散热衬砌结构的横断面结构局部放大示意图；
图4是本发明高地温隧道隔热散热衬砌结构的散热片布置大样图；
图5是本发明高地温隧道隔热散热衬砌结构的散热片横断面图。
附图中的标记及零部件标注：1.多孔泡沫混凝土、2.少孔泡沫混凝土、3.锚杆、4.环向管道、5.纵向管道、6.散热片、7.粘结性隔热涂料、8.防水板、9.隔热卷材、10.防水隔热层、11.初衬、12.二衬、13.围岩、14.翻边。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，便于清楚地了解本发明。
如图1-5所示，一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：包括初衬、锚杆、环向管道、纵向管道、散热片；其中所述的环向管道和纵向管道均设置于少孔泡沫混凝土中；所述的初衬由多孔泡沫混凝土和少孔泡沫混凝土组成；所述锚杆的端部与环向管道相连；所述的纵向管道与环向管道相连；所述散热片设置于环向管道底部并设置于纵向管道中；所述防水板通过粘结性隔热涂料粘贴在少孔泡沫混凝土表面，所述防水板表面粘贴有一层隔热卷材。
其中，所述多孔泡沫混凝土为初喷，厚度为5-10cm，并全面覆盖围岩；所述少孔泡沫混凝土为复喷，厚度为15cm，并全面覆盖和包裹环向管道和纵向管道构成的散热管网。
其中，所述的多孔泡沫混凝土中加入了钢纤维。
其中，所述的锚杆是中空的。
其中，所述的环向管道和纵向管道均为钢管，管道直径均为40mm-60mm；所述的钢管上开有微小孔洞，所述孔洞位于贴近多孔泡沫混凝土一侧的钢管表面并随机布设，孔径为1-3mm。
其中，所述的环向管道与锚杆采用焊接方式连接；所述的纵向管道与环向管道采用三通接头连接，其中环向管道底端伸入纵向管道中，纵向管道伸出隧道外并向上弯折，其伸出部分均套有多个紧密相贴的散热片；所述环向管道的布置间距为2-4m，所述纵向管道交错布置连接贯通环向管道。
其中，所述散热片为圆环形，外边缘具有翻边。
其中，所述的少孔泡沫混凝土表面涂抹一层粘结性隔热涂料。
其中，所述的隔热卷材采用离心玻璃纤维棉或者陶瓷耐火纤维纸。
其中，所述的高地温隧道隔热散热衬砌结构包括初衬和二衬，所述初衬由少孔泡沫混凝土和多孔泡沫混凝土组成的双层结构形成，所述少孔泡沫混凝土加有钢纤维，并全面覆盖围岩，所述环向管道和纵向管道形成的管道网紧贴于少孔泡沫混凝土表面并与锚杆采用焊接方式相连，所述多孔泡沫混凝土完全覆盖并包裹管道网，保证管道网有效散热的同时隔绝管道向初衬外散热。初衬和二衬之间还设置有防水隔热层。
其中，所述的高地温隧道设置的隔热散热系统，以全面覆盖高温围岩的多孔到少孔的双层泡沫混凝土结构作隔热系统，以封闭于少孔泡沫混凝土内的环向管道和纵向管道形成的管道网作散热系统，再以防水隔热层作第二道隔热系统。泡沫混凝土即使在700℃的高温下也能维持室温20℃时强度的80％，而普通混凝土仅能维持35-37％，可保证泡沫混凝土支护、衬砌结构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，而且泡沫混凝土还具有一定的防水性能，这也确保了衬砌结构在高温恶劣条件下的长期耐久性。
其中，所述的防水隔热层设置于多孔泡沫混凝土与二衬之间，该防水隔热层由粘结性隔热涂料、防水板、隔热卷材复合构成，具有良好的防水隔热效果，有利于保证高地温环境下衬砌结构的耐久性。
其中，所述散热片设置在伸入到纵向管道中的部分环向管道上和伸出隧道外并弯折向上的部分纵向管道上，以通过散热片及其翻边增大管道散热面积和通过纵向管道中的水流流动来增大管道散热效率。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (9)
1.一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：包括初衬、锚杆、环向管道、纵向管道、散热片、防水板；其中所述的环向管道和纵向管道均设置于少孔泡沫混凝土中；所述的初衬由多孔泡沫混凝土和少孔泡沫混凝土组成；所述锚杆的端部与环向管道相连；所述的纵向管道与环向管道相连；所述散热片设置于环向管道底部并设置于纵向管道中；所述防水板通过粘结性隔热涂料粘贴在少孔泡沫混凝土表面，所述防水板表面粘贴有一层隔热卷材。
2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：所述多孔泡沫混凝土为初喷，厚度为5-10cm，并全面覆盖围岩；所述少孔泡沫混凝土为复喷，厚度为15cm，并全面覆盖和包裹环向管道和纵向管道构成的散热管网。
3.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：所述的多孔泡沫混凝土中加入了钢纤维。
4.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：所述的锚杆是中空的。
5.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于：所述的环向管道和纵向管道均为钢管，管道直径均为40mm-60mm；所述的钢管上开有微小孔洞，所述孔洞位于贴近多孔泡沫混凝土一侧的钢管表面并随机布设，孔径为1-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于所述的环向管道与锚杆采用焊接方式连接；所述的纵向管道与环向管道采用三通接头连接，其中环向管道底端伸入纵向管道中，纵向管道伸出隧道外并向上弯折，其伸出部分均套有多个紧密相贴的散热片；所述环向管道的布置间距为2-4m，所述纵向管道交错布置连接贯通环向管道。
7.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于，所述散热片为圆环形，外边缘具有翻边。
8.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于，所述的少孔泡沫混凝土表面涂抹一层粘结性隔热涂料。
9.根据权利要求1所述的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，其特征在于，所述的隔热卷材采用离心玻璃纤维棉或者陶瓷耐火纤维纸。
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