CN204386622U - 一种隧道离壁式保温结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种隧道离壁式保温结构，该保温结构固定安装在隧道衬砌的内层，所述的保温结构沿隧道衬砌的圆弧方向对称设置，保温结构由隧道衬砌的对称中线开始依次为保温支撑段、保温支护段和受力段，受力段与衬套基脚固定连接；该保温结构在将普通离壁式衬砌进行优化改进的基础上与电伴热设施进行了结合，具有耗时少、安装快、造价低等优点，并且增显了设施的智能化。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道施工领域，具体涉及一种隧道离壁式保温结构。
背景技术
寒冷地段的隧道常因冰冻而发生各种病害，是目前建成的隧道中问题较多的一类隧道。在寒段，隧道的渗水与冰冻互为因果，长期以往导致隧道结构出现非常严重的冻害现象，隧道的使用功能由于衬砌开裂、剥落以及冻融等病害而大为降低，更有甚者，会发生隧道主体结构整体报废以及在其营运期间发生重大交通安全事故等现象。
国内在修建寒段隧道时，为了防止冻融破坏，保护围岩原始热，大多采用隔热保护层的方法；欧洲国家如挪威在防治隧道冻害方面主要是采用隔离板墙、防水防冻棚以及加热电缆等方法；在日本主要是用保温材料覆盖在隧道衬砌表面等一系列热绝缘方法；还有些国家，比如前苏联曾经采用电力加热器以及新型高效的保温材料对隧道排水沟进行保温防寒。虽然上述方法对防治隧道冻害起到了一定作用，但是都或多或少存在着管理复杂、能耗大和运营成本高等缺点，并且国内寒段隧道冻害现象仍然屡见不鲜，问题没有得到实质性解决。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本实用新型的隧道离壁式保温结构，旨在有效地避免寒段公路隧道衬砌受冻融冻胀的破害，解决了以往的保温结构的不易维修和管理的问题。
为达到上述目的，本实用新型采取如下技术方案解决：
一种隧道离壁式保温结构，该保温结构固定安装在隧道衬砌的内层，所述的保温结构沿隧道衬砌的圆弧方向对称设置，保温结构由隧道衬砌的对称中线开始依次为保温支撑段、保温支护段和受力段，受力段与衬套基脚固定连接。
进一步的，所述的保温支撑段通过放射状贯穿隧道衬砌的锚杆固定在隧道衬砌的内层。
具体的，以与水平线平行的隧道衬砌直径线为基础，所述的保温支撑段的弧度为45～60°，保温支护段的弧度为30～45°，保温支撑段与保温支护段的总弧度为90°；
以衬套基脚对应的水平线为基础，受力段的弧度为12～22°；
保温支撑段的厚度为62～77cm，保温支撑段、保温支护段和受力段的厚度相同。
具体的，所述的保温支撑段包括由内到外同圆心依次设置的防火层、第一支撑保温层、支架层、支撑空气层和第二支撑保温层。
更具体的，所述的防火层为混凝土层，防火层的厚度为6～7cm，第一支撑保温层为聚乙烯泡沫层，第一支撑保温层的厚度为4～8cm，支架层为钢制框架层，支架层的厚度为2～3cm，支撑空气层的厚度为14～18cm，第二支撑保温层包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二支撑保温层的厚度为6～8cm。
具体的，所述的保温支护段包括由内到外同圆心依次设置的支护层、第一支护保温层、支护空气层和第二支护保温层。
更具体的，所述的支护层为预制混凝土管片层，支护层的厚度为8～12cm，第一支护保温层为聚乙烯泡沫层，第一支护保温层的厚度为4～8cm，支护空气层的厚度为12～16cm，第二支护保温层包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二支护保温层的厚度为6～8cm。
具体的，所述的受力段包括由内到外同圆心依次设置的受力支护层、第一受力保温层、受力层和第二受力保温层。
更具体的，所述的受力支护层为预制混凝土管片层，受力支护层的厚度为8～12cm，第一受力保温层为聚乙烯泡沫层，第一受力保温层的厚度为4～8cm，受力层为混凝土层，受力层的厚度为12～16cm，第二受力保温层包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二受力保温层的厚度为6～8cm。
或者，在所述的保温结构与隧道衬砌之间还设有加热电缆层。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型提供的隧道离壁式保温结构沿隧道衬砌的圆弧对称的设置，由上到下依次为保温支撑段、保温支护段和受力段，不仅通过空气层、隔热保温层实现保温隔热效果，同时解决了对保温层能容易进行修补和管理的问题；
(2)本实用新型提供的隧道离壁式保温结构通过锚杆固定，使其与衬砌之间形成空气层，而空气热导率很低，是良好的保温隔热介质，加上设置的保温隔热层使传热过程的总热阻增加来削弱传热，使衬砌一侧岩体温度能维持到正温以上；
(3)若不能达到要求，则可通过加热电缆进行主动保温，以保证衬砌表面温度稳定的维持在0℃以上。该结构相比于传统离壁式保温结构安装过程简单、耗时少、撤换维修方便、造价低，最重要的是，将优化改进之后的结构与电伴热设施进行了结合，达到了对衬砌双重防护的目的，增显了设施的智能化，这个优势在年最低气温变化幅度大的地段更加明显。
附图说明
图1是本实用新型的保温结构与衬砌和加热电缆的结构示意图；
图2是本实用新型的保温结构与衬砌的结构示意图；
图3是图2的A-A面剖视图；
图4是图2的B-B面剖视图；
图5是图2的C-C面剖视图；
图中各标号表示为：1-隧道衬砌、2-加热电缆层、3-保温结构、301-保温支撑段、3010-防火层、3011-第一支撑保温层、3012-支架层、3013-支撑空气层、3014-第二支撑保温层、302-保温支护段、3020-支护层、3021-第一支护保温层、3022-支护空气层、3023-第二支护保温层、303-受力段、3030-受力支护层、3031-第一受力保温层、3032-受力层、3033-第二受力保温层、4-锚杆、5-衬套基脚；
以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
本实用新型的隧道离壁式保温结构，该保温结构固定安装在隧道衬砌的内层，保温结构沿隧道的圆弧方向对称设置，保温结构由隧道衬砌的对称中线开始依次为保温支撑段、保温支护段和受力段，受力段与衬套基脚固定连接，保温支撑段在保温同时支撑，保温支护段辅助支撑段进行保温和支护，受力段满足结构受力要求且能保温，本实用新型的保温结构这样设置的目的是在保证能进行隧道保温的同时还能便于安装和后期的维修，且受力段满足了结构受力的要求。
保温支撑段通过放射状贯穿隧道衬砌的锚杆固定在隧道衬砌的内层，作用为将本实用新型的支架层进行固定，配合其他层的结构实现保温。
保温支撑段包括由内到外依次设置的防火层、第一支撑保温层、支架层、支撑空气层和第二支撑保温层，防火层用来防火；第一支撑保温层阻止两侧空气形成热传导，降低衬砌温度；支架层即衬套安装框架，就是用来固定保温层的；支撑空气层由于空气热导率很低，是良好的保温隔热介质，可以隔热；第二支撑保温层使电伴热产生的热量集中在衬砌表面，阻止热量传递到外侧，采用两层的原因是保温效果较好，经过材料比选试验确定。
保温支护段包括由内到外依次设置的支护层、第一支护保温层、支护空气层和第二支护保温层，支护层满足结构受力要求且能防火；第一支护保温层阻止两侧空气形成热传导，降低衬砌温度；支护空气层空气热导率很低，是良好的保温隔热介质，可以隔热；第二支护保温层使电伴热产生的热量集中在衬砌表面，阻止热量传递到外侧。
受力段包括由内到外依次设置的受力支护层、第一受力保温层、受力层和第二受力保温层，受力支护层满足结构受力要求且能防火；第一受力保温层能阻止两侧空气形成热传导，降低衬砌温度；受力层为混凝土回填，设置原因是由于在跨径较大隧道或者底部岩质较软的隧道内部，需要满足结构受力的要求；第二受力保温层使电伴热产生的热量集中在衬砌表面，阻止热量传递到外侧。
在保温结构与隧道衬砌之间还设有加热电缆层，当天气的温度过低，仅靠保温结构不能达到要求时，则可通过加热电缆进行主动保温，以保证衬砌表面温度稳定的维持在0℃以上。
实施例一：
结合图1-5，本实施例的隧道离壁式保温结构3固定安装在隧道衬砌1的内层，保温结构3沿隧道衬砌1的圆弧方向对称设置，保温结构3由隧道衬砌1的对称中线开始依次为保温支撑段301、保温支护段302和受力段303，受力段303与衬套基脚5固定连接；
保温支撑段301通过放射状贯穿隧道衬砌的锚杆4固定在隧道衬砌1的内层，锚杆4一共有九根；
以与水平线平行的隧道衬砌直径线为基础，保温支撑段301的弧度为60°，保温支护段302的弧度为30°；以衬套基脚对应的水平线为基础，受力段303的弧度为22°；保温支撑段的厚度为69cm，保温支撑段、保温支护段和受力段的厚度相同；
保温支撑段301包括由内到外依次设置的防火层3010、第一支撑保温层3011、支架层3012、支撑空气层3013和第二支撑保温层3014，保温支撑段301通过贯穿隧道衬砌的锚杆4固定在隧道衬砌1的内层，防火层3010为混凝土层，防火层3010的厚度为6cm，第一支撑保温层3011为聚乙烯泡沫层，第一支撑保温层3011的厚度为4cm，支架层3012为钢制框架层，支架层3012的厚度为2cm，支撑空气层3013的厚度为16cm，第二支撑保温层3014包括依次设置的3cm聚氨酯泡沫板和3cm酚醛泡沫板；
保温支护段302包括由内到外依次设置的支护层3020、第一支护保温层3021、支护空气层3022和第二支护保温层3023，支护层3020为预制混凝土管片层，支护层3020的厚度为10cm，第一支护保温层3021为聚乙烯泡沫层，第一支护保温层3021的厚度为4cm，支护空气层3022的厚度为14cm，第二支护保温层3023包括依次设置的3cm聚氨酯泡沫板和3cm酚醛泡沫板；
受力段303包括由内到外依次设置的受力支护层3030、第一受力保温层3031、受力层3032和第二受力保温层3033，受力支护层3030为预制混凝土管片层，受力支护层3030的厚度为10cm，第一受力保温层3031为聚乙烯泡沫层，第一受力保温层3031的厚度为4cm，受力层3032为混凝土层，受力层3032的厚度为14cm，第二受力保温层3033包括依次设置的3cm聚氨酯泡沫板和3cm酚醛泡沫板；
在保温结构3与隧道衬砌1之间还设有加热电缆层2，当天气的温度过低，仅靠保温结构不能达到要求时，则可通过加热电缆进行主动保温，以保证衬砌表面温度稳定的维持在0℃以上。
本实用新型的隧道离壁式保温结构可采用下列步骤进行施工：
步骤一：将与电源连接的加热电缆层2和温度控制器布置在隧道衬砌1的内表面，并通过线卡进行固定，再在加热电缆上安装第二支撑保温层3014、第二支护保温层3023和第二受力保温层3033为聚氨酯泡沫板+酚醛泡沫板，并通过固定在岩体上的锚杆4进行固定，锚杆4在隧道衬砌1上等间距设置5根，间距和长度根据围岩等级确定，总共9根。
步骤二：将支架层3012固定于锚杆4的末端，并在其表面铺设第一支撑保温层3011聚乙烯泡沫板，通过泡沫胶进行粘结；
步骤三：通过模筑法施做墙背回填混凝土为受力层3032，待凝固后将预制混凝土衬套受力支护层3030置于其内侧，受力支护层3030通过锚杆固定于隧道衬砌上，将第一支护保温层3021聚乙烯泡沫板与支护层3020混凝土管片通过粘结砂浆粘结制成，再与受力支护层3030和第一受力保温层3031粘结成一个整体；
步骤四：在第一支撑保温板3011表面喷射一层混凝土作为防火层3010，与支护层3020预制混凝土衬套连接形成一个整体。
Claims (10)
1.一种隧道离壁式保温结构，该保温结构(3)固定安装在隧道衬砌(1)的内层，其特征在于，所述的保温结构(3)沿隧道衬砌(1)的圆弧方向对称设置，保温结构(3)由隧道衬砌(1)的对称中线开始依次为保温支撑段(301)、保温支护段(302)和受力段(303)，受力段(303)与衬套基脚(5)固定连接。
2.如权利要求1所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的保温支撑段(301)通过放射状贯穿隧道衬砌的锚杆(4)固定在隧道衬砌(1)的内层。
3.如权利要求1或2所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，以与水平线平行的隧道衬砌(1)直径线为基础，所述的保温支撑段(301)的弧度为45～60°，保温支护段(302)的弧度为30～45°，保温支撑段(301)与保温支护段(302)的总弧度为90°；
以衬套基脚(5)对应的水平线为基础，受力段(303)的弧度为12～22°；
保温支撑段(301)的厚度为62～77cm，保温支撑段(301)、保温支护段(302)和受力段(303)的厚度相同。
4.如权利要求1或2所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的保温支撑段(301)包括由内到外同圆心依次设置的防火层(3010)、第一支撑保温层(3011)、支架层(3012)、支撑空气层(3013)和第二支撑保温层(3014)。
5.如权利要求4所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的防火层(3010)为混凝土层，防火层(3010)的厚度为6～7cm，第一支撑保温层(3011)为聚乙烯泡沫层，第一支撑保温层(3011)的厚度为4～8cm，支架层(3012)为钢制框架层，支架层(3012)的厚度为2～3cm，支撑空气层(3013)的厚度 为14～18cm，第二支撑保温层(3014)包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二支撑保温层(3014)的厚度为6～8cm。
6.如权利要求1或2所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的保温支护段(302)包括由内到外同圆心依次设置的支护层(3020)、第一支护保温层(3021)、支护空气层(3022)和第二支护保温层(3023)。
7.如权利要求6所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的支护层(3020)为预制混凝土管片层，支护层(3020)的厚度为8～12cm，第一支护保温层(3021)为聚乙烯泡沫层，第一支护保温层(3021)的厚度为4～8cm，支护空气层(3022)的厚度为12～16cm，第二支护保温层(3023)包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二支护保温层(3023)的厚度为6～8cm。
8.如权利要求1或2所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的受力段(303)包括由内到外同圆心依次设置的受力支护层(3030)、第一受力保温层(3031)、受力层(3032)和第二受力保温层。
9.如权利要求8所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，所述的受力支护层(3030)为预制混凝土管片层，受力支护层(3030)的厚度为8～12cm，第一受力保温层(3031)为聚乙烯泡沫层，第一受力保温层(3031)的厚度为4～8cm，受力层(3032)为混凝土层，受力层(3032)的厚度为12～16cm，第二受力保温层(3033)包括聚氨酯泡沫层和酚醛泡沫层，第二受力保温层(3033)的厚度为6～8cm。
10.如权利要求1或2所述的隧道离壁式保温结构，其特征在于，在所述的保温结构(3)与隧道衬砌(1)之间还设有加热电缆层(2)。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106761817A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 同济大学 | 盾构隧道自调节防火衬砌管片结构 |
| CN110706831A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-17 | 中核核电运行管理有限公司 | 一种用于核电厂一回路稳压器底部保温隔热装置及方法 |
| WO2021103192A1 (zh) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 山东科技大学 | 一种阻止巷道围岩传热的支护结构 |
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