CN211777496U

CN211777496U - 一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构

Info

Publication number: CN211777496U
Application number: CN202020216760.7U
Authority: CN
Inventors: 姜海波; 王凯生; 王海娟; 惠强; 李唱唱; 翟栋森; 张玉洁; 周亚萍
Original assignee: Shihezi University
Current assignee: Shihezi University
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2030-02-27

Abstract

本实用新型公开一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，涉及水利工程技术领域，结构包括组合支护结构；所述组合支护结构包括沿洞径自洞壁向中心依次铺设的锚杆、纤维混凝土层和挂网钢筋层，所述挂网钢筋层内铺设置有复合隔热衬砌，所述复合隔热衬砌包括依次设置的隔热层、防水保护层和模筑混凝土层。本实用新型提供的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，使隧洞内温度应力降低，提高隧洞稳定性。

Description

一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构

技术领域

本实用新型涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构。

背景技术

我国西部地区环境恶劣、地质结构复杂，在水利工程建设中，往往会出现着许多工程地质问题，例如渗流、岩爆、高地温和高地应力等，其中高地温是地下洞室中常见的一种地质灾害。哈德布特水电站位于额尔齐斯河上游干流河段，是一座长隧洞高水头引水式电站，其部分洞段出现高温地热灾害，洞内平均温度高达51℃，冬夏水温变化较大，且该洞段属于高地应力地区，因此施工难度较大；齐热哈塔尔水电站工程位于新疆维吾尔自治区喀什市塔什库尔干塔吉克自治县境内的塔什库尔干河上，引水隧洞桩号8+200-9+400间，洞壁温度实测最高可达90℃，多年水温仅7℃左右，同样属于高地应力地区，在结构设计过程中，不考虑温度应力的影响显然不合理；地处喀喇-昆仑山区的布伦口-公格尔水电站，其部分(桩号发2+688m～6+799m)洞段存在高地温问题，初测最高温度为105℃，后续测量岩体温度普遍在60～80℃之间，该洞段部分属于极高岩温洞段。大部分学者分析了高地温工况下围岩、支护结构的温度和应力变化规律，但在设计复合支护结构过程中隔热选材方面研究较少，多数学者仅提出隔热材料选择原则，少有针对支护结构整体性能而进行材料对比分析的。通过分析高地温引水隧洞围岩温度变化规律及受力特性，研发出适用于高温地区引水隧洞的隔热抗高温结构，对于解决高温地区地下洞室、引水隧洞工程的技术难题，促进我国高温地区地下洞室岩体灾害的综合防治技术，具有重要的工程意义和社会效益。

在高地温引水隧洞开挖过程中，洞内温度过高不仅会降低施工作业效率，严重的情况下还会威胁到施工人员的生命安全，另外，通过通风作用使洞内降温，会与围岩内部自身的高温产生附加温度应力，附加的温度应力可以引起衬砌开裂，从而影响整个隧洞的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，以解决上述现有技术存在的问题，使隧洞内温度应力降低，提高隧洞稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，包括组合支护结构；所述组合支护结构包括沿洞径自洞壁向中心依次铺设的锚杆、纤维混凝土层和挂网钢筋层，所述挂网钢筋层内铺设置有复合隔热衬砌，所述复合隔热衬砌包括依次设置的隔热层、防水保护层和模筑混凝土层。

可选的，所述锚杆采用梅花型结构布置，所述锚杆长3m、直径25mm，间排距为2m*2m。

可选的，所述纤维混凝土层厚度为10cm，抗渗等级至少为W8。

可选的，所述挂网钢筋层的钢筋直径为8mm，网格间距为200mm*200mm。

可选的，所述隔热层采用厚度为10cm的聚苯乙烯泡沫聚苯板铺设而成。

可选的，所述防水保护层为CPU聚氨酯防水涂料层，厚度为1-2mm。

可选的，所述模筑混凝土层厚度为40cm。

本实用新型还提供一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一；检查开完断面尺寸、清理受喷断面，初喷5cm厚的纤维混凝土，加入高效速凝剂，之后钻孔并冷水冲洗，水泥药卷锚杆，立即施作锚杆，之后铺设钢筋网层，清理粉尘并复喷5cm厚纤维混凝土；

步骤二；铺设隔热层，根据洞室大小在洞外预制聚苯乙烯泡沫聚苯板铺设大小，板与板之间采用聚苯乙烯粘合材料粘结；

步骤三；在铺设完成后的隔热层基面上需喷CPU聚氨酯防水涂料，厚度为1～2mm；

步骤四；检查防水保护层铺设质量后，采用模筑法浇灌普通混凝土衬砌，其混凝土标号为C25，厚度为40cm；

步骤五；在每50米处设置伸缩缝，缝宽为3cm，在缝中充填具有柔性的可压缩性的材料。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构外层中喷层为纤维混凝土喷层，提高喷层传导率，使其抗拉强度提高，减少喷层受附加温度应力的影响，减少被拉断的几率。另外，纤维混凝土除了传导率大于普通混凝土，在其他性能方面相对优越，比如防渗、抗压强度等。相比直接用具有隔热效果的混合混凝土作永久衬砌，其强度及应对突变温差带来的温度应力的韧性相对不稳定。本实用新型结构可根据类似高地温灾害，针对不同洞径，设计整个隔热抗高温结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型高地温引水隧洞的隔热抗高温结构示意图；

图2为本实用新型高地温引水隧洞的隔热抗高温结构的局部断面详细示意图；

其中，1为锚杆、2为纤维混凝土层、3为挂网钢筋层、4为隔热层、5为防水保护层、6为模筑混凝土层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，如图1和图2所示，包括组合支护结构；组合支护结构包括沿洞径自洞壁向中心依次铺设的锚杆1、纤维混凝土层2和挂网钢筋层3，挂网钢筋层3内铺设置有复合隔热衬砌，复合隔热衬砌包括依次设置的隔热层4、防水保护层5和模筑混凝土层6。

进一步优选的，锚杆1采用梅花型结构布置，锚杆1长3m、直径25mm，间排距为2m*2m。纤维混凝土层2厚度为10cm，抗渗等级至少为W8。挂网钢筋层3的钢筋直径为8mm，网格间距为200mm*200mm。隔热层4采用厚度为10cm的聚苯乙烯泡沫聚苯板铺设而成。防水保护层5为CPU聚氨酯防水涂料层，厚度为1-2mm。模筑混凝土层6厚度为40cm。

本实用新型的隔热抗高温结构的施工方法为：检查开完断面尺寸、清理受喷断面，初喷5cm左右厚的C25纤维混凝土，加入高效速凝剂，缩短混凝土初凝时间，之后钻孔，锚杆1为梅花型铺设，冷水冲洗钻孔，降低孔内温度，水泥药卷锚杆，立即施作锚杆1以达到拉拔力要求，之后铺设挂网钢筋层3，清理粉尘后，复喷5cm厚C25纤维混凝土。为确保之后铺设的隔热层4与喷层紧密贴合，需对喷层基面修整找平。

隔热层4选材为聚苯乙烯泡沫聚苯板，在铺设隔热层4时，可根据洞室大小在洞外预制聚苯乙烯泡沫聚苯板铺设大小，一般为1m×1m或1m×1.5m。另外，铺设时需注意选取柔性较好的聚苯乙烯泡沫聚苯板，板与板之间采用聚苯乙烯粘合材料粘结。

在铺设完成后的隔热层4基面上需喷CPU聚氨酯防水涂料，厚度为1～2mm，目的是为了防止模筑混凝土衬砌施工时对隔热层4的破坏和增加结构的防水性。

检查防水保护层铺设质量后，为了使混凝土衬砌与防水保护层紧密贴合，采用模筑法浇灌普通混凝土衬砌，其混凝土标号为C25，厚度为40cm，最终形成适用于高地温地区引水隧洞的隔热抗高温结构。

为了避免高温情况下通风施工产生的附加温度应力引起的隧洞沿长度方向挤压应力对内层复合隔热衬砌的破坏，在每50米处设置伸缩缝，缝宽为3cm，在缝中充填具有柔性的可压缩性的材料，例如：聚氨酯密封膏、柔性树脂等材料。本申请提供的这种隧洞隔热抗高温结构中外层组合支护施作时，采用的喷--锚--喷施工顺序适用于自稳时间较短的围岩。

外层组合支护使用的C25纤维混凝土相比于C25普通混凝土的传导系数更大，目的就是为了降低喷层内外的温差，减少温度应力，提高抗拉强度，防止喷层部分出现拉伸破坏。内层复合隔热衬砌中采用的聚苯乙烯泡沫聚苯板的厚度10cm，是在通过有限元软件模拟得出的高效性能范围内，结合经济情况合理选取的。

本实用新型还可以将纤维混凝土喷层换成喷钢纤维混凝土，对于硬度较高的围岩，喷层自身强度满足要求，可取消锚杆。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：包括组合支护结构；所述组合支护结构包括沿洞径自洞壁向中心依次铺设的锚杆、纤维混凝土层和挂网钢筋层，所述挂网钢筋层内铺设置有复合隔热衬砌，所述复合隔热衬砌包括依次设置的隔热层、防水保护层和模筑混凝土层。

2.根据权利要求1所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述锚杆采用梅花型结构布置，所述锚杆长3m、直径25mm，间排距为2m*2m。

3.根据权利要求1所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述纤维混凝土层厚度为10cm，抗渗等级至少为W8。

4.根据权利要求3所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述挂网钢筋层的钢筋直径为8mm，网格间距为200mm*200mm。

5.根据权利要求1所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述隔热层采用厚度为10cm的聚苯乙烯泡沫聚苯板铺设而成。

6.根据权利要求1所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述防水保护层为CPU聚氨酯防水涂料层，厚度为1-2mm。

7.根据权利要求2所述的高地温引水隧洞的隔热抗高温结构，其特征在于：所述模筑混凝土层厚度为40cm。