CN108561162A - 一种超高地温隧道支护结构及施工方法 - Google Patents

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王睿
王明年
李永亮
郑宗溪
潘朋
胡云鹏
张建忠
孙永宁
王勇
肖丙辰
李安平
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China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd CREEC
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D11/04Lining with building materials
    • E21D11/10Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E21D11/105Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete

Abstract

一种超高地温隧道支护结构及施工方法,涉及一种隧道支护结构及施工方法。它包括初期支护结构和二次衬砌结构,其关键技术是在初喷层和复喷层之间埋置水循环管道,在复喷层和二次衬砌结构之间设置耐高温防水板和挤塑聚苯板,耐高温防水板表面粘贴挤塑聚苯板。其施工方法包括混凝土初喷,在初喷层表面布设水循环管道,复喷,铺设耐高温防水板和挤塑聚苯板,浇筑二次衬砌结构。本发明具有的有益效果是:在初期支护结构的初喷层和复喷层之间埋置环向蛇形水循环管道并通冷水,起到良好的散热作用。同时,埋设在初期支护结构中的蛇形高强钢管起到上部棚架作用,提高了长期高温作用下隧道衬砌结构的安全性和耐久性。

Description

一种超高地温隧道支护结构及施工方法
技术领域
一种超高地温隧道支护结构及施工方法,涉及一种隧道支护结构,具体 涉及一种超高温隧道隔热散热支护结构,以及它的施工方法。
背景技术
当隧道埋深过大或受到岩浆活动温泉等地下热水的影响时,围岩温度升 高,使隧道施工作业时洞内环境温度超过28℃,影响施工安全和人员健康, 这类隧道可认为是高岩(地)温隧道。与常岩温隧道相比,高岩温隧道支护 结构出现了各种问题,比如:砂浆锚杆抗拔力以及喷射混凝土与围岩黏结强 度不足、喷射混凝土因高岩温蒸发水分而产生裂缝、二次衬砌混凝土由于温 度应力产生裂缝等。而要解决这些问题必须设置可以抵挡高地温的隧道支护 结构。所以,对于超高温隧道隔热散热支护结构的研究非常重要。目前对于 隧道隔热散热支护结构已经有了部分创新型研究,如专利号201510092058.8 公开的一种利用管道内空气进行散热的支护结构,但其施工工艺复杂,现场 难于实施,而且排气管道对于围岩的稳定性有极大影响;专利号 201120186289.2公开的一种高地温隧道抗防热衬砌结构,主要是利用多层隔 热层来进行温度的隔绝,未考虑支护结构的散热功能。
发明内容
本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种具有良好隔热散热功 能且具有一定抗力的超高地温隧道支护结构,以解决高地温隧道结构承载能 力和耐久性能问题以及洞内高温作业环境问题。其技术方案如下:
一种超高地温隧道支护结构,包括初期支护结构和二次衬砌结构,初期 支护结构包括初喷层和复喷层,其关键技术是在初喷层和复喷层之间埋置水 循环管道,在复喷层和二次衬砌结构之间设置耐高温防水板和挤塑聚苯板, 耐高温防水板表面粘贴挤塑聚苯板。
所述水循环管道采用蛇形管环向布设于隧道壁上,蛇形管的弯曲部位是U 型管,水循环管道的首尾端分别是进水管和回水管,进水管和回水管从隧道 同一侧引出置于储水箱内。
所述隧道壁上位于U型管的部位浇筑地基梁。
一种超高地温隧道支护结构的施工方法,其关键技术在于包括以下步骤:
1)隧道开挖出渣完成后,首先采用混凝土进行初喷,厚度为5~10cm, 形成初喷层,全面覆盖围岩;
2)在初喷层表面布设水循环管道;
3)采用混凝土进行复喷,厚度为15~20cm,形成复喷层,全面覆盖和包 裹水循环管道;
4)在复喷层表面铺设耐高温防水板;
5)在耐高温防水板上粘结挤塑聚苯板;
6)浇筑二次衬砌结构。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、通过加气喷射混凝土可以有效地起到隔绝围岩温度的作用。
2、在初期支护结构的初喷层和复喷层之间埋置环向蛇形水循环管道,向 蛇形水循环管道内通冷水,使得结构表部循环水量及冷却面积更大,可以有 效地将热量带走,进而降低温度,起到良好的散热作用。同时,埋设在初期 支护结构中的蛇形高强钢管起到上部棚架作用,与衬砌协同受力,可有效提 高初期支护整体刚度,增强了初期支护衬砌刚度和受力性能,提高了长期高 温作用下隧道衬砌结构的安全性和耐久性。
3、环向蛇形水循环管道、进水管、回水管、横向连接管道、水泵与水冷 储水箱组成了一个水循环系统,可以高效地将冷水送入并将热水送出,提高 散热效果。
4、地基梁的设置连接纵向分布的水循环管道的U型管为一个整体,可有 效将上部荷载传递至地面,为管道提供强有力的支撑,加大了蛇形高强钢管 支护的整体性和稳定性。
5、在初期支护结构和二次衬砌结构之间设置耐高温防水板和挤塑聚苯 板,挤塑聚苯板以聚苯乙烯树脂为主要成分,通过加热挤塑成型而制得具有 闭孔结构的硬质泡沫板材,其防水性好,抗压,导热系数低,对衬砌结构进 一步起到了隔热作用,可有效降低二次衬砌混凝土的温度应力以及作业环境 的温度。
6、综上所述,本发明是增强衬砌结构受力及稳定性的新型隧道支护结构, 能够有效地解决高地温所带来的衬砌结构开裂、作业环境温度过高、混凝土 耐久性差等问题。从长远来看,该支护结构能够给高地温隧道工程带来实际 性的经济效应以及安全保障。
附图说明
图1,是本发明横断面结构示意图;
图2,是本发明横断面结构局部放大示意图;
图3,是本发明管道布设俯视图;
图4,是本发明管道布设侧视图;
图5,是本发明水冷循环装置示意图。
具体实施方式
如图1~5所示,本发明包括初期支护结构1和二次衬砌结构2,初期支 护结构1包括初喷层1.1和复喷层1.2,其关键技术是在初喷层1.1和复喷层 1.2之间埋置水循环管道7,在复喷层1.2和二次衬砌结构2之间设置HXHC 耐高温防水板4和挤塑聚苯板5,耐高温防水板4表面粘贴挤塑聚苯板5。
所述耐高温防水板4钉在复喷层1.2的表面。
所述水循环管道7采用蛇形管环向布设于隧道壁上,蛇形管的弯曲部位 是U型管3,水循环管道7的首尾端分别是进水管9和回水管8,进水管9和 回水管8从隧道同一侧引出置于储水箱10内,构成闭合的水循环系统,用于 循环水冷却。
所述储水箱10位于二次衬砌结构2的边墙处。
所述进水管9和回水管8与水循环管道7采用横向连接管道14连接,接 头处采用两通连接头进行连接。
所述进水管9或回水管8上安装水泵11用于泵送循环水。水泵11与水 冷储水箱10放于做好的台架12上,每隔30~50m设置一个。
所述隧道壁上位于U型管3的部位浇筑地基梁13,作为环向蛇形水循环 管道7的承台,为管道提供支持力。
所述地基梁13的截面尺寸为20×10cm,长度为30~50m。
所述水循环管道7、进水管9、回水管8、横向连接管道14均选用高强刚 度空心钢管,管道直径50~60mm。
一种超高地温隧道支护结构的施工方法,其关键技术在于包括以下步骤:
1)隧道开挖出渣完成后,首先采用加气混凝土进行初喷,厚度为5~10cm, 形成初喷层1.1,全面覆盖围岩6;
2)在初喷层1.1表面布设水循环管道7,水循环管道7采用蛇形管环向 布设于隧道壁上,蛇形管的弯曲部位是U型管3,在隧道壁上位于U型管3的 部位浇筑地基梁13,作为环向蛇形水循环管道7的承台;水循环管道7的首 尾端分别是进水管9和回水管8,进水管9和回水管8从隧道同一侧引出置于 水冷储水箱10内,构成闭合的水循环系统,储水箱10位于二次衬砌结构2 的边墙处;
进水管9或回水管8上安装水泵11;
水循环管道7、进水管9、回水管8、横向连接管道14、水泵11和水冷 储水箱10所形成的闭合水循环系统沿隧道纵向每隔30~50m设置一回路;
3)采用加气混凝土进行复喷,厚度为15~20cm,形成复喷层1.2,全面 覆盖和包裹水循环管道7;
4)在复喷层1.2表面铺设HXHC耐高温防水板4,具体是耐高温防水板4 通过射钉钉于复喷层1.2上;
5)在耐高温防水板4上粘结挤塑聚苯板5;
6)浇筑二次衬砌结构2,完成整个施工结构。

Claims (10)

1.一种超高地温隧道支护结构,包括初期支护结构(1)和二次衬砌结构(2),初期支护结构(1)包括初喷层(1.1)和复喷层(1.2),其特征是在初喷层(1.1)和复喷层(1.2)之间埋置水循环管道(7),在复喷层(1.2)和二次衬砌结构(2)之间设置耐高温防水板(4)和挤塑聚苯板(5),耐高温防水板(4)表面粘贴挤塑聚苯板(5)。
2.根据权利要求1所述超高地温隧道支护结构,其特征是耐高温防水板(4)钉在复喷层(1.2)的表面。
3.根据权利要求1所述超高地温隧道支护结构,其特征是水循环管道(7)采用蛇形管环向布设于隧道壁上,蛇形管的弯曲部位是U型管(3),水循环管道(7)的首尾端分别是进水管(9)和回水管(8),进水管(9)和回水管(8)从隧道同一侧引出置于储水箱(10)内。
4.根据权利要求3所述超高地温隧道支护结构,其特征是储水箱(10)位于二次衬砌结构(2)的边墙处。
5.根据权利要求3所述超高地温隧道支护结构,其特征是进水管(9)和回水管(8)与水循环管道(7)采用横向连接管道(14)连接。
6.根据权利要求3所述超高地温隧道支护结构,其特征是在进水管(9)或回水管(8)上安装水泵(11)。
7.根据权利要求3所述超高地温隧道支护结构,其特征是在隧道壁上位于U型管(3)的部位浇筑地基梁(13)。
8.根据权利要求7所述超高地温隧道支护结构,其特征是地基梁(13)的截面尺寸为20×10cm,长度为30~50m。
9.根据权利要求3所述超高地温隧道支护结构,其特征是水循环管道(7)、进水管(9)、回水管(8)均选用高强刚度空心钢管,管道直径50~60mm。
10.一种超高地温隧道支护结构的施工方法,其特征在于包括以下步骤:
1)隧道开挖出渣完成后,首先采用混凝土进行初喷,厚度为5~10cm,形成初喷层(1.1),全面覆盖围岩(6);
2)在初喷层(1.1)表面布设水循环管道(7);
3)采用混凝土进行复喷,厚度为15~20cm,形成复喷层(1.2),全面覆盖和包裹水循环管道(7);
4)在复喷层(1.2)表面铺设耐高温防水板(4);
5)在耐高温防水板(4)上粘结挤塑聚苯板(5);
6)浇筑二次衬砌结构(2)。
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