專利名稱：季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
大量的工程實踐表明，在季節(jié)性凍土區(qū)修筑隧道時存在難以解決的凍脹難題。隧道穿過季節(jié)性凍土區(qū)，因熱平衡導(dǎo)致季節(jié)性凍土在高溫季節(jié)時凍土中的冰融化，而在低溫季節(jié)時凍土中的水結(jié)成冰，從而對隧道的支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凍脹作用。凍脹作用是造成季節(jié)性凍土隧道出現(xiàn)病害的主要原因。為了將季節(jié)性凍土隧道病害控制在工程運營允許的范圍之內(nèi)，目前國內(nèi)外對季節(jié)性凍土區(qū)隧道工程基本是采用“防止凍結(jié)”的原則進行設(shè)計，即采用鋪設(shè)保溫材料等措施。這樣的措施雖然對解決季節(jié)性凍土區(qū)隧道工程病害起到了一定的作用，但其成本過高，且對整個隧道保持凍結(jié)的效果不理想。因此這些措施通常只是在特殊區(qū)段才采用，不適于普遍采用。這些措施在當(dāng)今全球環(huán)境逐漸變暖的大趨勢下面臨很大挑戰(zhàn)。 目前，如何防止季節(jié)性凍土隧道的病害問題，是一個至今還難以解決的世界性難題。公開號為CN102140922A的中國發(fā)明申請公開一種新型隧道防凍隔溫層，其具有良好的防凍隔溫效果，且易于操作，施工難度小，材料利用率高。本發(fā)明一種新型隧道防凍隔溫層，包括隧道二次襯砌層，其特征在于隧道二次襯砌層外表面由內(nèi)向外依次設(shè)置有保溫材料層、界面劑層、砂漿層和防火涂料層。專利號為CN2702054的中國實用新型專利公開一種用于寒冷地區(qū)隧道凍害防治的防凍隔溫層，其能有效防止寒冷地區(qū)隧道滲漏和凍害，既可應(yīng)用于既有隧道的整治，又可應(yīng)用于新建隧道。隧道襯砌結(jié)構(gòu)包括初期支護、防水層和二次襯砌，防水層與二次襯砌之間設(shè)置有防凍隔溫層。即將完善的防排水系統(tǒng)與防凍隔溫層結(jié)合起來，防治隧道滲漏和凍害。也可將防凍隔溫層設(shè)置在二次襯砌表面。防凍隔溫層的厚度按以下公式計算δ/λ Xs =Ln[l+(d/r)]/2 π X λ 2X 1式中δ -隔溫材料厚度，Hi5A1-隔溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)，w/ (m-k) ；S-隔溫材料的傳熱面積，m2;d-圍巖的厚度(即實測的圍巖最大凍結(jié)深度)，m; r-隧道的當(dāng)量半徑為，m ； λ 2-圍巖的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m · k) 圓筒的長度，m。公開號為CN101225744的發(fā)明專利申請公開一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法，其做法為A.隧道內(nèi)各處溫度的確定根據(jù)隧道所處環(huán)境溫度計算出隧道內(nèi)各點的氣溫值。B.保溫隔熱層長度的確定根據(jù)A步得到的隧道內(nèi)各點的氣溫值，對于隧道進、出口襯砌年最低溫度小于0°C的部位，則敷設(shè)保溫隔熱層，保溫隔熱層的長度達到隧道深部襯砌的年最低溫度大于0°C處；而對于隧道深部襯砌年最低溫度大于 0°C處，則不敷設(shè)保溫隔熱層。該方法尤其適用于凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)，其材料消耗小，敷設(shè)成本大幅度降低，日常維護方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、施工維護方便、能有效保護凍土的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)有至少2根防凍管，各防凍管呈拱形橫向設(shè)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，并且位于防水層與二次襯砌之間，防凍管的一端穿過隧道左側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸，防凍管另一端穿過隧道右側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸，各防凍管之間設(shè)有沿隧道縱向的間距，各防凍管內(nèi)封閉有空氣。所述防凍管最好為圓形銅質(zhì)防凍管，直徑可為5 10cm，相鄰2根防凍管沿隧道縱向的間距可為0.5 5m。防凍管的兩端端口封閉。防凍管的兩端端口距凍土區(qū)下限至少 5m ο所述防凍管外部好設(shè)有防凍管定位件，定位件可為定位鋼筋，定位鋼筋設(shè)于防凍管兩側(cè)。定位鋼筋不僅可對防凍管定位，而且可與防凍管共同承受外部荷載。所述防凍管的數(shù)量及相鄰2根防凍管之間的間距可根據(jù)隧道工程的實際情況來設(shè)計。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果為由于在防水層與二次襯砌之間設(shè)有防凍管，這樣可利用防凍管里的空氣進行熱交換，將圍巖內(nèi)部的熱量經(jīng)防凍管傳輸至二次襯砌，從而可防止與隧道結(jié)構(gòu)相鄰圍巖中的水結(jié)冰。由于儲存有空氣的防凍管在隧道結(jié)構(gòu)中形成了調(diào)節(jié)熱平衡的結(jié)構(gòu)，能夠在熱交換的過程中吸、放熱，因此可有效地抑制季節(jié)性凍土隧道工程的凍脹等病害，從而達到保護凍土的目的。由于采用設(shè)置防凍管，利用防凍管中的空氣作為熱交換介質(zhì)來調(diào)節(jié)季節(jié)性凍土隧道工程的熱平衡，因此建設(shè)成本和使用成本都低于現(xiàn)有技術(shù)中所采用的其他防凍措施的成本。同時，抑制凍脹的效果又更加優(yōu)異。本發(fā)明能夠適用于季節(jié)性凍土隧道工程的任何區(qū)段。在季節(jié)性凍土隧道工程中有較高的經(jīng)濟意義。此外本發(fā)明結(jié)構(gòu)十分簡單，施工維護方便。


圖1為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的各防凍管沿隧道縱向布置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)及定位鋼筋結(jié)構(gòu)沿防凍管長度方向的局部示意圖。圖4為圖3的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1 4，本發(fā)明實施例設(shè)有若干防凍管2(圖2中有體現(xiàn)出6根)，各防凍管 2呈拱形橫向設(shè)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，并且位于隧道襯砌結(jié)構(gòu)的防水層3與二次襯砌1之間， 防凍管一端21穿過隧道左側(cè)底部凍土區(qū)并向下延伸，防凍管另一端22穿過隧道右側(cè)底部凍土區(qū)并向下延伸。各防凍管2之間設(shè)有沿隧道縱向的間距，各防凍管2內(nèi)密閉有空氣。所述防凍管2直徑為8cm (可為5 IOcm)，相鄰2根防凍管2沿隧道縱向的間距為 3m(可為0. 5 5. Om)。防凍管2的向下延伸的兩端端口均封閉，并且距凍土區(qū)下限6m(至少 5. Om)。所述防凍管2為圓形銅質(zhì)防凍管，銅質(zhì)防凍管2具有良好的耐腐性和傳熱性。所述防凍管2外部設(shè)有防凍管定位鋼筋4，定位鋼筋4設(shè)于防凍管2兩側(cè)，并設(shè)有加固筋41。定位鋼筋4不僅可對防凍管2定位，而且可與防凍管2共同承受外部荷載，保護防凍管2。圖1和2中的標(biāo)號5為圍巖。本發(fā)明施工方法如下1)隧道開挖完成后，按常規(guī)施做初期支護4，在初期支護4表面按常規(guī)施做防水層 3 ；2)將季節(jié)性凍土隧道工程防凍結(jié)構(gòu)沿隧道縱向依次埋設(shè)各防凍管2，沿隧道縱向間距按設(shè)計值，防凍管2端口距凍土下限至少5m并檢查密封性；3)在防凍管2外部施做防凍管定位鋼筋4并加固；4)再按常規(guī)施做二次襯砌1。
權(quán)利要求
1.季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于設(shè)有至少2根防凍管，各防凍管呈拱形橫向設(shè)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，并且位于防水層與二次襯砌之間，防凍管的一端穿過隧道左側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸，防凍管另一端穿過隧道右側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸， 各防凍管之間設(shè)有沿隧道縱向的間距，各防凍管內(nèi)封閉有空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述防凍管為圓形銅質(zhì)防凍管，直徑為5 10cm。
3.如權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于相鄰2根防凍管沿隧道縱向的間距為0. 5 5m。
4.如權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于防凍管的兩端端口封閉。
5.如權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述防凍管外部設(shè)有防凍管定位件。
6.如權(quán)利要求5所述的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，其特征在于所述定位件為定位鋼筋，定位鋼筋設(shè)于防凍管兩側(cè)。
全文摘要
季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)，涉及隧道結(jié)構(gòu)。提供一種成本低、施工維護方便、能有效保護凍土的季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道工程防凍結(jié)構(gòu)。設(shè)有至少2根防凍管，各防凍管呈拱形橫向設(shè)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，并且位于防水層與二次襯砌之間，防凍管的一端穿過隧道左側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸，防凍管另一端穿過隧道右側(cè)底部的凍土區(qū)并向下延伸，各防凍管之間設(shè)有沿隧道縱向的間距，各防凍管內(nèi)封閉有空氣。利用防凍管里的空氣進行熱交換，將圍巖內(nèi)部的熱量經(jīng)防凍管傳輸至二次襯砌，從而可防止與隧道結(jié)構(gòu)相鄰圍巖中的水結(jié)冰，有效地抑制季節(jié)性凍土隧道工程的凍脹等病害，從而達到保護凍土的目的。
文檔編號E21D11/38GK102322276SQ201110289439
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者周元輔, 張學(xué)富, 林東明, 陳俊平 申請人:廈門市路橋咨詢監(jiān)理有限公司