一種加速對流通風冷卻錨管及施工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種加速對流通風冷卻錨管及施工方法，屬寒區邊坡支護領域，適用 于多年凍土邊坡。
【背景技術】
[0002] 我國凍土大多分布在東北高煒度和西部高海拔地區，尤其是青藏鐵路沿線的多年 凍土地區，其凍土類型最為多變，受外界條件影響極其敏感。隨著西部大開發戰略的不斷推 進，西部地區經濟建設力度加大，基礎設施建設也不斷完善，越來越多的公路、鐵路、輸油輸 氣管線以及光纜等工程在多年凍土地區開工建設，因此涌現出大量的多年凍土邊坡，如果 不對這些凍土邊坡進行工程治理，有可能給工程設施的安全運營帶來巨大的隱患。
[0003] 隨著近年來全球氣候的持續變暖，越來越多的多年凍土邊坡開始變得不穩定，換 填凍融土層的處理方法因工程量大、造價高、對環境的影響較大等缺點，現已很少使用；隔 熱保溫穩固措施不夠可靠，對地表植被影響較大;普通噴錨支護通常采用水泥漿作為錨固 劑，錨固劑凝固時產生水化熱而影響凍土穩定性;而抗滑粧、重力式擋墻等支護結構體積巨 大，抗凍脹能力弱，治理效果不理想。因此，在治理凍土邊坡時，通常不作為優選方案。申請 號：201310484345.4的專利提出了一種保持凍土邊坡穩定的框架通風冷卻錨管結構。該結 構一方面能夠通過通風冷卻錨管進行對流換熱來主動降低周圍土體的溫度，使其維持凍結 狀態;另一方面，集合通風管與錨固技術于一體的通風冷卻錨管和框架一起構成空間結構， 兩者協同工作，提高了支護邊坡的整體穩定性。然而，該發明仍然存在不足，如通風管僅依 靠冷空氣在自重作用下流入坡體內進行對流換熱，換熱能力差，降溫效果不理想;結構無法 阻擋外界暖空氣進入坡體，在夏季時，暖空氣很容易流經通風冷卻錨管加速坡體融化;所注 錨固劑為水泥漿，水泥硬化時會釋放水化熱，該熱量會引起凍土融化，回凍時間較長，對凍 土坡體的穩定性影響較大。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種加速對流通風冷卻錨管及施工方法。
[0005] 本發明是一種加速對流通風冷卻錨管及施工方法，其中加速對流通風冷卻錨管， 通風冷卻錨管包括錨管1、對流管2、纖維袋5、接頭6、抽風管19和凍結系統;錨管1為兩端帶 有外螺紋，后半段鉆有通風孔3的鋼管;對流管2為帶有通風孔3的中空管，且兩端均設有定 位架4;接頭6為圓筒7前端內設螺紋，中部和后端均設擋環8,注漿管9和U型管10穿過圓筒7， 且密封固定于圓筒7中部，注漿管9的前端套袖閥11;凍結系統由水栗13、水箱14、導管15和 鹽水構成;錨管1穿過定位架4嵌套于對流管2內，錨管1后端與接頭6連接，卡子12將纖維袋5 從外側固定于接頭6的兩個擋環8之間；導管15穿過錨管1與注漿管9連接，通過導管15向纖 維袋5內壓力注漿;導管15依次將U型管10、水栗13和水箱14連接形成回路，通過水栗13輸送 冷鹽水，鹽水流經U型管10將纖維袋5內的漿體16凍結;漿體16凍結膨脹錨固于穩定地層;錨 具17將錨管1錨固于墊片18上，對流開關21穿過錨管1安裝于對流管2端部，抽風管19 一端安 裝抽風開關20、另一端通過卡子12與錨管1連接;抽風開關20和對流開關21分別控制抽風管 19和對流管2的管口封閉與張開。
[0006] 加速對流通風冷卻錨管的施工方法，其步驟為： (1) 制作錨管1、對流管2和抽風管19:根據工程中多年凍土凍融活動層的最大厚度確定 錨管1和對流管2的長度，且錨管1比對流管2長30~40cm;錨管1是直徑為50~60mm鋼管，兩端 車削外螺紋，后半段管壁上開設通風孔3;對流管2是直徑為100~120mm的中空管，管壁上均 勻開設通風孔3,外圍包裹目數為90~160的密目紗布，兩端分別設置定位架4,定位架4內環 直徑略大于錨管1，通風孔3直徑為10~30mm，縱橫間距為80~100mm;根據通風需求確定抽風 管19的長度，抽風管19加工為z型彎管，直徑與錨管1相同； (2) 制作接頭6和纖維袋5:根據工程所需錨固段的長度確定U型管10和纖維袋5的長度； 金屬圓筒7前端車削內螺紋，中部和后端從外側焊接擋環8,圓筒7的直徑與錨管1相同，長度 為15cm~20cm，采用直徑為8~12mm的塑料管加工注漿管9和U型管10,注漿管9和U型管10穿過 圓筒7，前端露出圓筒7約10~15cm，橡膠密封固定于圓筒7中部，注漿管9的前端套有袖閥11 組成接頭6;采用纖維材料加工細長纖維袋5; (3) 制作墊片18:用金屬材料制作內墊環和外墊環，內墊環的直徑為60~65mm，外墊環的 直徑為130~150mm，連接筋將內墊環和外墊環焊接組成墊片18; (4) 制作抽風開關20和對流開關21:將相變溫度為~^_:~奶〇的形狀記憶聚合物加工成 片狀，抽風開關20的聚合物片形狀為扇形，對流開關21的聚合物片形狀為扇環;用金屬材料 制作卡環，將形狀記憶聚合物片黏結于卡環上，數量為4~6片;加工訓練形狀記憶聚合物片， 使其溫度低于相變溫度時，形狀記憶聚合物片處于緊貼卡環壁狀態，溫度高于相變溫度時， 則從緊貼管壁的狀態恢復到垂直于卡環壁狀態； (5) 放線和定位:邊坡開挖后，根據工程設計用測量儀器確定通風冷卻錨管的施設位 置； (6) 施工通風冷卻錨管：鉆孔:在施設位置從坡面向坡內進行鉆孔;②組裝和安放： 將錨管1穿過定位架4嵌套于對流管2內，錨管1后端與接頭6通過螺紋連接，且定位架4緊靠 中部的檔環8,采用卡子12將纖維袋5從外側固定于接頭6的兩個擋環8之間形成一體，然后 放入坡體的鉆孔內；③注漿：導管15穿過錨管1，并與注漿管9連接，通過導管15向纖維袋5 內壓力注漿，注漿完成后卸下導管15;?凍結:采用導管15依次將U型管10、水栗13和水箱14 連接形成回路，通過水栗13輸送冷鹽水、鹽水流經U型管10將纖維袋5內的漿體16冷卻，經熱 交換的高溫鹽水送回水箱14再進行冷卻降溫，循環往復，直至漿體16凍結完成，卸下冷卻系 統;#錨固：在錨管1上依次套墊片18和錨具17,并進行張拉，錨具17和墊片18將錨管1固定 于坡面上;?安放抽風開關20、對流開關21和抽風管19:在錨管1上套對流開關21，將對流開 關21安裝于對流管2上，在抽風管19的一端安裝抽風開關20,另一端通過卡子12與錨管1連 接； (7) 按照第(5)、（6)步的步驟施工下一根通風冷卻錨管。
[0007] 本發明的有益效果是:本發明綜合利用煙囪效應原理、凍結技術、形狀記憶聚合物 和錨固技術于一體，構造出加速對流通風冷卻錨管。該發明適用于多年凍土邊坡工程災害 治理，主要優點有：（1)基于煙肉效應設置抽風管，加快坡體內的高溫氣體沿抽風管向坡外 排出的速度；同時促使外界冷空氣快速進入對流管內，增強了外界冷空氣與坡體對流換熱 速率，顯著降低坡體溫度。（2)當外界溫度高于坡體內部溫度時，煙囪效應的逆向作用導致 坡體內的氣體很難沿抽風管排出坡外，并且外界熱空氣也會通過對流管進入坡體內。為了 防止煙肉的逆向效應和熱空氣進入坡體，利用形狀記憶聚合物設計出抽風開關和對流開 關。當外界溫度高于凍融臨界溫度（即控制開關的相變溫度)_2~0 eC時，形狀記憶聚合物 片從緊貼卡環壁狀態變為垂直于卡環壁狀態，切斷對流換熱通道，從而達到控制效果目的。 (3)充分利用滑移面以下多年凍土層常年處于凍結狀態的特點，采用凍結技術將纖維袋內 的泥漿凍結形成錨固體，避免了普通錨固劑凝固硬化時產生水化熱而影響凍土層的穩定 性，而且能將凍融活動層錨固于穩定土體上。（4)通風系統、排風系統、凍結系統和注漿系統 均相互分離，發揮各自作用，互不影響，協同工作實現能通風冷卻與錨固功能。（5)本發明結 構簡單，組裝程度高，施工方法簡便易行。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明通風冷卻錨管的示意圖；圖2是本發明錨管1的示意圖；圖3是本發明 對