CN111396081A - 一种高温隧道衬砌施工系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温隧道衬砌施工系统及施工方法，高温隧道衬砌施工系统包括：设置在施工设备上的温度检测装置、水喷雾装置、耐高温衬砌结构和通风装置；在耐高温衬砌结构周边和通风装置上都设置有水喷雾装置，设置在施工设备上的温度检测装置根据检测到的隧道环境温度控制通风装置的工作。在不同温度等级下使用不同降温方法，改进衬砌结构，同时从施工通风、喷洒水雾降温等多个方面系统给出了适合的高温隧道施工方法，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。衬砌隔热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，施工困难等问题，保证隧道衬砌混凝土的整体耐久性，所需设备、原材料易得，施工方法简单干扰少。

Description

一种高温隧道衬砌施工系统及施工方法

技术领域

发明涉及高速公路隧道领域，尤其涉及一种高温隧道衬砌施工系统及施工方法。

背景技术

近年来，越来越多的山区高速公路被规划、建设。高速公路给山区交通带来了极大的便利。但是由于高速公路属于高等级公路，线形指标要求较高，山区地形陡峭，起伏较大，出现了越来越多的隧道，隧道埋深也越来越大，其中高地温便变成了隧道施工中迫切需要解决的问题。特别是西南地区，由于蕴藏丰富的地热资源，深埋隧道的施工中极易遇到高地温问题。如云南高黎贡山铁路隧道最大埋深超过1100m，隧道内温度超过50°

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。

高温隧道如何设计、施工，目前规范上都没有明确规定，目前均在不断的探索中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：高地温会对隧道工程产生各种不利的影响和危害，且高地温隧道工程施工困难；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。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高温隧道衬砌结构施工系统及施工方法，能有效的解决隧道的高温问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，包括：设置在施工设备上的温度检测装置、水喷雾装置、耐高温衬砌结构和通风装置；

在耐高温衬砌结构周边和通风装置上都设置有水喷雾装置，设置在施工设备上的温度检测装置根据检测到的隧道环境温度控制通风装置的工作。

本方案工作原理：本方案通过设置在施工设备上的温度检测装置对隧道洞内环境温度进行检测，在不同的温度等级下使用不同的降温方法，首先在整个施工过程中始终开启水喷雾装置对隧道施工处进行降温，然后根据温度监测隧道通风时间，以温度不高于28℃为宜，若高于28℃则开启通风装置进行通风降温，当隧道温度大于70℃时，需要配合使用耐高温衬砌结构，并在耐高温衬砌结构周边设置的水喷雾装置可以喷洒水雾降低温度。

现有技术中解决隧道施工中的高地温问题，通常只是改进衬砌结构，采取抗防热衬砌结构减轻围岩表面温度应力的影响，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，本技术方案不仅改进了衬砌结构，还从施工通风、喷洒水雾降温等多个方面系统的给出了非常适合的高温隧道的施工方法，所需设备、原材料易得，施工方法简单，施工干扰少。

进一步有限方案为，所述设置在施工设备上的温度检测装置分别设置在开挖台车、仰拱施工处、二次衬砌模板台车上。

通常施工情况是将温度监测点设置在施工处，而本发明在施工设备上设置温度监测点，在开挖隧道时可以减少很多工作量，向前开挖过程中不需要去移动施工处的检测点，施工设备上的检测装置会跟着施工设备前进，更具有灵活性。

进一步有限方案为，所述水喷雾装置沿隧道纵向设置在耐高温衬砌结构的初期支护左侧和右侧拱腰以上至拱顶处，喷头间距1m。

水喷雾装置的喷雾用水可采用冰水，使沿隧道纵向设置在耐高温衬砌结构的初期支护左侧和右侧拱腰以上至拱顶处的水喷雾装置将冰水雾喷向掌子面，水喷雾比相对于管道喷洒的表面积更大，水雾充分与空气接触，能快速、有效的降低温度，同时还可以为隧道降尘。

进一步有限方案为，所述耐高温衬砌结构包括耐高温衬砌混凝土、防水板和珍珠棉，在防水板和耐高温衬砌混凝土之间设置珍珠棉。耐高温衬砌结构还包括：C30砼拱墙、预留变形伸量、I18型钢钢架、6.5钢筋网和22砂浆锚杆。

珍珠棉具有隔水防潮、导热系数低、隔热、可塑性能佳、韧性强、抗撞力强等诸多优点，将珍珠棉设置在防水板和耐高温衬砌混凝土之间，可隔断从岩体传播来的热量，使混凝土内的温度应力降低，珍珠棉还可以对水喷雾装置喷洒出的水具有再次隔挡作用。

进一步有限方案为，所述珍珠棉采用非交联闭孔结构。这里的珍珠棉采用非交联闭孔结构能够更好隔断从岩体传播来的热量。

进一步有限方案为，所述耐高温衬砌混凝土的浇筑长度缩短至6～9m。

耐高温衬砌结构包括：初期支护衬砌结构、二次衬砌结构。初期支护衬砌结构浇筑是每开挖一次就浇筑一次，每循环长度0.5～4m不等，二次衬砌结构浇筑在高温下浇筑长度缩短至6～9m，高温情况下，使耐高温衬砌结构有膨胀以增加隧道衬砌使用寿命。

普通衬砌混凝土的浇筑长度一般为12m，但是在高温环境下需要考虑衬砌混凝土的膨胀和应力，根据监测设备检测到的隧道环境温度，将耐高温衬砌混凝土的浇筑长度缩短至6～9m合适的长度，保证衬砌结构的质量，减少温度应力造成的衬砌裂缝，提高混凝土的耐久性。

进一步有限方案为，述耐高温衬砌混凝土采用分离粉碎型水泥。

为了防止高温时的强度降低，根据高温选定合适的水灰比，考虑到对温泉水的耐久性，宜采用高炉矿渣水泥(分离粉碎型水泥)。混凝土配合比和掺合剂应作试验优选。

进一步有限方案为，所述隧道耐高温衬砌结构沿隧道纵向应设置温度变形伸缩缝，变形伸缩缝最大间距小于或等于30m。

本发明还提供一种高温隧道衬砌施工方法，具体包括如下步骤：

S1、在各施工设备上和初衬结构设置温度监测装置和水喷雾装置；

S2、施工时开启水喷雾装置，并根据温度监测装置监测到的温度控制通风装置的工作；

S3、当隧道温度高于普通阈值温度时，开启通风装置进行通风降温。

所述普通阈值温度为28℃。

本发明从混凝土配合比、衬砌结构、施工通风降温等多个方面系统的给出了高温隧道的施工方法，其所需设备、原材料易得，施工方法简单，施工干扰少，确实能达到降温的目的，同时也改善了隧道的施工环境，施工完毕后衬砌结构可靠。非常适合高温隧道。

由此可见，本发明的高温隧道衬砌结构及施工方法，适用性广，造价较低，施工简单、施工干扰少，便于推广使用。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种高温隧道衬砌施工系统，在不同的温度等级下使用不同的降温方法，不仅改进了衬砌结构，还从施工通风、喷洒水雾降温等多个方面系统的给出了非常适合的高温隧道的施工方法，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。

2、本发明提供的一种高温隧道衬砌施工方法，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，施工困难等问题，保证了隧道衬砌混凝土的整体耐久性，所需设备、原材料易得，施工方法简单，施工干扰少。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2为耐高温衬砌断面示意图。

图3为耐高温衬砌断面局部放大示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-C30砼拱墙，2-预留变形伸量，3-防水层，4-珍珠棉，5-耐高温衬砌混凝土，6-I18型钢钢架，7-6.5钢筋网，8-22砂浆锚杆，9-仰拱，10-隧道中心线(行车道中线)

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，使用本发明提供的一种高温隧道衬砌施工系统，包括：设置在施工设备上的温度检测装置、水喷雾装置、耐高温衬砌结构和通风装置；

在耐高温衬砌结构周边和通风装置上都设置有水喷雾装置，设置在施工设备上的温度检测装置根据检测到的隧道环境温度控制通风装置的工作。

所述设置在施工设备上的温度检测装置分别设置在开挖台车、仰拱施工处、二次衬砌模板台车上。

所述水喷雾装置沿隧道纵向设置在耐高温衬砌结构的初期支护左侧和右侧拱腰以上至拱顶处，喷头间距1m。

如图2和图3所示，图2耐高温衬砌断面示意图中只示意出隧道中心线(行车道中线)10左侧部分的22砂浆锚杆8，所述耐高温衬砌结构包括耐高温衬砌混凝土5、防水层3和珍珠棉4，在防水层3和耐高温衬砌混凝土5之间设置珍珠棉4。

耐高温衬砌结构还包括：C30砼拱墙1、预留变形伸量2、I18型钢钢架6、6.5钢筋网7和22砂浆锚杆8，耐高温衬砌结构按照C30砼拱墙1、预留变形伸量2、防水层3、珍珠棉4、耐高温衬砌混凝土5、I18型钢钢架6、6.5钢筋网7和22砂浆锚杆8顺序设置。其中C30砼拱墙1厚度45cm，预留变形伸量2厚度12cm，防水层3厚度为2cm，珍珠棉4厚度为2cm，耐高温衬砌混凝土5厚度24cm，I18型钢钢架680cm每榀，6.5钢筋网7为20x20cm，22砂浆锚杆8高300cm。

耐高温衬砌结构还包括仰拱9，仰拱9的结构是由45cm厚的C30砼拱墙和2cm厚的珍珠棉组成。

所述珍珠棉采用非交联闭孔结构。

所述耐高温衬砌混凝土的浇筑长度缩短至6～9m。

所述耐高温衬砌混凝土采用分离粉碎型水泥。

所述隧道耐高温衬砌结构沿隧道纵向应设置温度变形伸缩缝，变形伸缩缝最大间距小于或等于30m。

实施例2

根据本发明提供的一种高温隧道衬砌施工系统，使用本发明提供的一种高温隧道衬砌施工方法，具体包括如下步骤：

S1、在各施工设备上和初衬结构设置温度监测装置和水喷雾装置；

S2、施工时开启水喷雾装置，并根据温度监测装置监测到的温度控制通风装置的工作；

S3、当隧道温度高于普通阈值温度时，开启通风装置进行通风降温；当隧道温度高于高温阈值温度时，则使用耐高温衬砌结构。所述阈值温度为28℃

高温隧道如何设计、施工，目前规范上都没有明确规定。本发明给出一种高温隧道衬砌结构及施工方法，能有效的解决隧道的高温问题。

首先在开挖台车、仰拱施工处、二次衬砌模板台车上设置温度监测点。

然后在施工通风管道出风口、开挖台车、防水板台车、二次台车上设置水喷雾喷头、初期支护左侧和右侧拱腰和拱顶沿隧道纵向设置水喷雾喷头，喷头间距1m。其中喷雾用水可采用冰水，使冰水雾喷向掌子面，水喷雾比表面积大，充分与空气接触，能快速、有效的降低温度，同时还可以降尘。并根据温度监测隧道通风时间，以温度不高于28℃为宜，若高于28℃则开启通风装置进行通风降温。

当隧道温度大于70℃时，可以使用本发明提供的耐高温衬砌结构，

1)为了防止高温时的强度降低，根据高温选定合适的水灰比，考虑到对温泉水的耐久性，宜采用高炉矿渣水泥(分离粉碎型水泥)。混凝土配合比和掺合剂应作试验优选。

2)在防水板和混凝土衬砌之间设置非交联闭孔结构珍珠棉隔热材料，厚度为2cm。珍珠棉具有隔水防潮、导热系数低、隔热、可塑性能佳、韧性强、抗撞力强等诸多优点，可隔断从岩体传播来的热量，使混凝土内的温度应力降低。

3)把一般衬砌混凝土的浇筑长度适当缩短至6～9m，具体数据可根据监测确定。

4)沿隧道纵向应设置温度变形伸缩缝，变形伸缩缝最大间距不应大于30m,可与沉降缝、抗震缝合设。

本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。本发明不仅适用于公路隧道、也适用于铁路、电力等隧道

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，包括：设置在施工设备上的温度检测装置、水喷雾装置、耐高温衬砌结构和通风装置；

在耐高温衬砌结构周边和通风装置上都设置有水喷雾装置，设置在施工设备上的温度检测装置根据检测到的隧道环境温度控制通风装置的工作。

2.根据权利要求1所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述设置在施工设备上的温度检测装置分别设置在开挖台车、仰拱施工处、二次衬砌模板台车上。

3.根据权利要求1所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述水喷雾装置沿隧道纵向设置在耐高温衬砌结构的初期支护左侧和右侧拱腰以上至拱顶处，喷头间距1m。

4.根据权利要求1所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述耐高温衬砌结构包括耐高温衬砌混凝土(5)、防水板(3)和珍珠棉(4)，在防水板(3)和耐高温衬砌混凝土(5)之间设置珍珠棉(4)。

5.根据权利要求4所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述珍珠棉(4)采用非交联闭孔结构。

6.根据权利要求4所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述耐高温衬砌混凝土(5)的浇筑长度缩短至6～9m。

7.根据权利要求6所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，所述耐高温衬砌混凝土(5)采用分离粉碎型水泥。

8.根据权利要求1所述的一种高温隧道衬砌施工系统，其特征在于，隧道耐高温衬砌结构沿隧道纵向应设置温度变形伸缩缝，变形伸缩缝最大间距小于或等于30m。

9.一种高温隧道衬砌施工方法，具体包括如下步骤：

S1、在各施工设备上和初衬结构设置温度监测装置和水喷雾装置；

S2、施工时开启水喷雾装置，并根据温度监测装置监测到的温度控制通风装置的工作；

S3、当隧道温度高于普通阈值温度时，开启通风装置进行通风降温。

10.根据权利要求9所述的一种高温隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述阈值温度为28℃。

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