CN112096413A - 一种适用于高地温隧道的隔热降温系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高地温隧道的隔热降温系统及其实现方法，系统包含若干个中空锚杆，所述中空锚杆的一端伸入围岩中、另一端连接冷却系统，所述中空锚杆用于向所述围岩中注浆形成注浆隔热层，所述冷却系统包含冷却管、输入管和输出管，所述冷却管设于隧道的初期支护与二次衬砌之间，所述冷却管沿所述隧道全周环绕设置、间隔分布。本系统设置初步隔热层，导热装置采用注浆管循环利用，有效降低成本，降温范围全面，效果佳，有效避免防止二衬产生温度应力，在运营期间，能够有效带走所述中空锚杆传递出来的所述围岩中热量及隧道周围环境中积聚的热量，达到降低隧道温度的目的，同时保护二衬结构，有效提高隧道的耐久性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道温度控制技术领域，特别涉及一种适用于高地温隧道的隔热降温系统及其实现方法。
背景技术
随着我国地下工程事业的发展，隧道的建设正面临各种各样的围岩条件，高地温就是其中的一种。我国青藏铁路中的桑珠岭隧道内部岩壁温度达到60℃，隧道内最高温度接近90℃，近几年，我国加大了对隧道建设的投资，包括其中最典型的川藏铁路，作为全国最大型的隧道工程，穿越高地温地层引起的高地温问题将成为一种常态化的问题。
高地温不仅会造成衬砌结构承载能力下降，还会引发温度应力，不利于衬砌结构承载。高地温为混凝土的硬化提供了热量，对于混凝土早期强度是有利的，但是高热同时造成了混凝土凝结质量不高，密实性较差，对于长期混凝土强度来说是不利的；并且，高地温对隧道的施工造成了困难，施工进度慢，施工进尺短；高地温还会引起衬砌结构附加应力，对结构承载能力不利。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中高地温对隧道的施工质量、进度产生不利影响、增大施工难度等上述不足，提供一种适用于高地温隧道的隔热降温系统及其实现方法。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种适用于高地温隧道的隔热降温系统，包含若干个中空锚杆，所述中空锚杆的一端伸入围岩中、另一端连接冷却系统，所述中空锚杆用于向所述围岩中注浆形成注浆隔热层，所述冷却系统包含冷却管、输入管和输出管，所述冷却管设于隧道的初期支护与二次衬砌之间，所述冷却管沿所述隧道全周环绕设置、间隔分布。
采用本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统，所述注浆隔热层在所述隧道外层初步隔绝热量，所述中空锚杆在形成注浆隔热层时充当注浆管，注浆结束后，其金属管壁能够高效的将围岩中的热量导出至所述冷却系统中，导热装置采用注浆管循环利用，有效降低成本，所述中空锚杆分布较广能够有效对隧道各处进行降温；所述冷却管设于隧道的初期支护与二次衬砌之间，有效避免所述冷却管穿越二衬结构，防止二衬产生温度应力，所述冷却管以环绕方式全周缠绕隧道，有效覆盖仰拱部位，实现高地温段隧道的全方位降温，利于使所述隧道各处均匀的降温，避免局部受温度应力的影响，采用本申请所述冷却系统避免采用隧道内的排水管进行降温，利于提高降温效率。在运营期间，能够通过使冷却液沿所述输入管-冷却管-输出管的持续流动，有效带走所述中空锚杆传递出来的所述围岩中热量及隧道周围环境中积聚的热量，达到降低隧道温度的目的，同时保护二衬结构，有效提高隧道的耐久性和安全性，具有重要的推广意义。
优选的，所述中空锚杆伸入所述围岩的深度为2-2.5m。
进一步优选的，所述注浆隔热层采用水泥水玻璃双液浆，所述注浆隔热层的厚度为1.5-2m。
用于初步隔绝围岩传来的热量，同时在力学上减轻二衬结构承担的围岩压力。
优选的，所述冷却系统还包含位于所述隧道外部的散热系统，所述输入管和输出管均连通所述散热系统，所述散热系统包含壳体、流通管、风扇和循环泵，所述壳体上设有散热口，通过与输入管和输出管相连形成完整的循环系统，所述散热系统连接控制系统，通过所述控制系统控制风扇和循环泵以调节降温的效率和效果。所述散热系统位于隧道外部，避免将热量导入隧道内部，影响效果。
优选的，所述初期支护和二次衬砌均采用泡沫混凝土，所述初期支护的厚度大于或等于30cm，所述二次衬砌的厚度大于或等于40cm。
优选的，所述输入管和输出管均沿所述隧道轴向设置且均位于所述隧道的拱墙的同一侧，所述中空锚杆焊接连接所述冷却管。
优选的，所述冷却管与二次衬砌之间设有隔热板，所述冷却管与初期支护之间设有防水板。
所述隔热板采用硬质聚氨酯泡沫板。
优选的，还包含温度监测系统，所述温度监测系统包含温度传感器，所述温度传感器设于所述二次衬砌内侧。
用于监控所述二次衬砌的温度状态，配合控制系统能够实现降温效果的自动化调节，利于环保节能。如当二衬的温度超出系统设定值时，控制系统控制散热系统开启，使得冷却液进入所述冷却系统循环流动，带走聚集的热量，达到保护衬砌，增加隧道耐久的目的。
一种如上述任一所述的适用于高地温隧道的隔热降温系统的实现方法，包含如下步骤：
a、隧道开挖后，向围岩中打入中空锚杆，并通过所述中空锚杆向所述围岩中注浆形成预定厚度的注浆隔热层；
b、施工所述隧道的初期支护，并在所述初期支护内壁安装防水板；
c、施工冷却系统，并将所述中空锚杆连接冷却管；
d、施工所述隧道的二次衬砌，完成隔热降温系统的施工。
采用本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统的实现方法，在隧道施工过程中，安装隔热降温系统，施工过程难度低，与隧道结构整体结合性好，并且所述冷却管位于所述初期支护和二次衬砌之间，对所述初期支护和二次衬砌均无损伤，还能降低所述二次衬砌所受围岩压力，有效对隧道二衬的温度控制，有利于保护二衬，避免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。
优选的，所述二次衬砌施工完毕后，安装温度监测系统。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统，设置初步隔热层，导热装置采用注浆管循环利用，有效降低成本，降温范围全面，效果佳，所述冷却管有效避免穿越二衬结构，防止二衬产生温度应力，在运营期间，能够有效带走所述中空锚杆传递出来的所述围岩中热量及隧道周围环境中积聚的热量，达到降低隧道温度的目的，同时保护二衬结构，有效提高隧道的耐久性和安全性。
2、采用本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统的实现方法，施工过程难度低，与隧道结构整体结合性好，并且所述冷却管位于所述初期支护和二次衬砌之间，对所述初期支护和二次衬砌均无损伤，还能降低所述二次衬砌所受围岩压力，有效对隧道二衬的温度控制，有利于保护二衬，避免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。
附图说明：
图1为本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统的结构断面图；
图2为实施例1中的冷却系统的结构示意图；
图3为实施例1中的散热系统的结构示意图。
图中标记：1-中空锚杆，21-冷却管，22-输入管，23-输出管，31-初期支护，32-二次衬砌，4-散热系统，41-流通管，42-风扇，43-循环泵。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1-2所示，本发明所述的一种适用于高地温隧道的隔热降温系统，包含若干个中空锚杆1，所述中空锚杆1的一端伸入围岩中、另一端连接冷却系统，所述中空锚杆1用于向所述围岩中注浆形成注浆隔热层，所述冷却系统包含冷却管21、输入管22和输出管23，所述冷却管21设于隧道的初期支护31与二次衬砌32之间，所述冷却管21沿所述隧道全周环绕设置、间隔分布。
具体的，所述中空锚杆的长度为3m左右，所述中空锚杆1的一端端部伸入所述围岩的深度为2-2.5m，通过另一端向所述围岩中注入水泥水玻璃双液浆形成所述注浆隔热层，所述注浆隔热层的厚度为1.5-2m，用于初步隔绝围岩传来的热量，同时在力学上减轻二衬结构承担的围岩压力。
所述初期支护31和二次衬砌32均采用泡沫混凝土，即在混凝土中添加0.03%—0.05%的高效引气剂，使混凝土内部产生大量的微小气泡，增强混凝土的隔热性，所述初期支护31的厚度大于或等于30cm，所述二次衬砌32的厚度大于或等于40cm。所述初期支护31内侧铺设防水板，即设置在所述冷却管21与初期支护31之间，有效保证隧道的防水性能，同时也避免围岩中的热水直接作用在所述二次衬砌32上。
如图2所示，所述冷却管21沿所述隧道全周环绕均匀分布若干圈，所述冷却管21与二次衬砌32之间设有隔热板，所述隔热板采用硬质聚氨酯泡沫板。所述冷却管21为钢制中空管道，管道直径为40-50mm，所述输入管道22和输出管道23的材质尺寸与所述冷却管21相同，所述输入管22和输出管23均沿所述隧道轴向设置且均位于所述隧道的拱墙的同一侧，所述中空锚杆1焊接连接所述冷却管21，如将冷却水依次通过所述输入管22、冷却管21和输出管23带走热量，冷水从远离隧道洞口一端进入所述冷却管21，有效降低热水在隧道内流动距离。
如图3所示，所述冷却系统还包含位于所述隧道外部的散热系统4，所述散热系统4包含壳体、流通管41、风扇42和循环泵43，所述壳体上设有对流的散热口，所述流通管41通过与输入管22和输出管23相连形成完整的循环系统，所述流通管41在壳体内环形缠绕分布，充分和空气接触，提高散热效果，所述循环泵43固定在壳体内部，用于控制水流速度调节降温效果，所述的风扇可调节转速，以此调节降温效果。所述散热系统4可连接控制系统，通过所述控制系统控制风扇42和循环泵43以调节降温的效率和效果。所述散热系统4位于隧道外部，避免将热量导入隧道内部，影响效果。
优选的，还包含温度监测系统，所述温度监测系统包含温度传感器，所述温度传感器设于所述二次衬砌32内侧，所述温度监测系统连接所述控制系统，用于监控所述二次衬砌32的温度状态，为所述散热系统4提供环境温度数据，以调节系统的运行状态。如当二衬的温度超出系统设定值时，控制系统控制所述风扇42和循环泵43开启，使得冷却液循环流动，带走聚集的热量，达到保护衬砌，增加隧道耐久的目的。还可根据需求设定，如对应不同的设定值，所述风扇42的转速以及所述循环泵43的流速不同，以此来调节降温的效率和效果，将所述二次衬砌32的温度维持在合理水平，实现隧道温度管理的智能化、无人化。
本系统能够有效降低成本，降温范围全面，效果佳，所述冷却管21有效避免穿越二衬结构，防止二衬产生温度应力，在运营期间，能够有效带走所述中空锚杆1传递出来的所述围岩中热量及隧道周围环境中积聚的热量，达到降低隧道温度的目的，同时保护二衬结构，有效提高隧道的耐久性和安全性。
本发明所述的上述适用于高地温隧道的隔热降温系统的实现方法，包含如下步骤：
a、隧道开挖后，向围岩中打入中空锚杆1，并通过所述中空锚杆1向所述围岩中注浆形成预定厚度的注浆隔热层；
b、施工所述隧道的初期支护31，并在所述初期支护31内壁安装防水板；
c、施工冷却系统，并将所述中空锚杆1连接冷却管21；
d、施工所述隧道的二次衬砌32，完成隔热降温系统的施工。
在隧道爆破开挖后，首先进行隧道外围注浆隔热层的施作，通过向岩体中打入所述中空锚杆1，凭借所述中空锚杆1向岩体内注入水泥水玻璃双液浆，保证注浆层厚度达到1.5-2m。
然后进行所述初期支护31的施作，所述初期支护31为厚度不小于30cm的喷射混凝土，接着在所述初期支护31内侧铺设防水板，保证隧道的防水性能，同时也避免热水直接作用在所述二次衬砌32上。
然后安装所述冷却系统，在隧道内安装环绕全周的所述冷却管21、输入管道22和输出管道23，以及在所述隧道外部安装所述散热系统4，将所述输入管道22和输出管道23与所述散热系统4连通，并将所述中空锚杆1焊接连接所述冷却管21。
之后施作所述二次衬砌32，所述二次衬砌32采用厚度不小于40cm的模筑混凝土。
所述二次衬砌32施作完成后，安装环境温度监测系统，通过在所述二次衬砌32内壁上安设温度测试传感器，并将其与数据采集器通过数据传输线相连，所述数据采集器连接所述控制系统，当二衬温度超出设定的警戒值时，便启动所述冷却系统，降低衬砌温度，保证隧道结构温度处于一个相对稳定的状态，至此完成整个隔热降温系统的安装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于高地温隧道的隔热降温系统，其特征在于，包含若干个中空锚杆(1)，所述中空锚杆(1)的一端伸入围岩中、另一端连接冷却系统，所述中空锚杆(1)用于向所述围岩中注浆形成注浆隔热层，所述冷却系统包含冷却管(21)、输入管(22)和输出管(23)，所述冷却管(21)设于隧道的初期支护(31)与二次衬砌(32)之间，所述冷却管(21)沿所述隧道全周环绕设置、间隔分布。
2.根据权利要求1所述的隔热降温系统，其特征在于，所述中空锚杆(1)伸入所述围岩的深度为2-2.5m。
3.根据权利要求2所述的隔热降温系统，其特征在于，所述注浆隔热层采用水泥水玻璃双液浆，所述注浆隔热层的厚度为1.5-2m。
4.根据权利要求1所述的隔热降温系统，其特征在于，所述冷却系统还包含位于所述隧道外部的散热系统(4)，所述输入管(22)和输出管(23)均连通所述散热系统(4)，所述散热系统(4)包含壳体、流通管(41)、风扇(42)和循环泵(43)，所述壳体上设有散热口。
5.根据权利要求1所述的隔热降温系统，其特征在于，所述初期支护(31)和二次衬砌(32)均采用泡沫混凝土，所述初期支护(31)的厚度大于或等于30cm，所述二次衬砌(32)的厚度大于或等于40cm。
6.根据权利要求1所述的隔热降温系统，其特征在于，所述输入管(22)和输出管(23)均沿所述隧道轴向设置且均位于所述隧道的拱墙的同一侧，所述中空锚杆(1)焊接连接所述冷却管(21)。
7.根据权利要求1-6任一所述的隔热降温系统，其特征在于，所述冷却管(21)与二次衬砌(32)之间设有隔热板，所述冷却管(21)与初期支护(31)之间设有防水板。
8.根据权利要求1-6任一所述的隔热降温系统，其特征在于，还包含温度监测系统，所述温度监测系统包含温度传感器，所述温度传感器设于所述二次衬砌(32)内侧。
9.一种如权利要求1-8任一所述的适用于高地温隧道的隔热降温系统的实现方法，其特征在于，包含如下步骤：
a、隧道开挖后，向围岩中打入中空锚杆(1)，并通过所述中空锚杆(1)向所述围岩中注浆形成预定厚度的注浆隔热层；
b、施工所述隧道的初期支护(31)，并在所述初期支护(31)内壁安装防水板；
c、施工冷却系统，并将所述中空锚杆(1)连接冷却管(21)；
d、施工所述隧道的二次衬砌(32)，完成隔热降温系统的施工。
10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，所述二次衬砌(32)施工完毕后，安装温度监测系统。
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