專利名稱：高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法及其系統(tǒng)，特別適用于山嶺隧道的防凍保溫。
背景技術(shù)：
高緯度、高海拔寒冷地區(qū)的公路、鐵路隧道，往往由于冬季冷空氣的入侵，普遍發(fā)生諸如襯砌漏水結(jié)冰、路面溢水結(jié)冰與襯砌剝落掉塊等凍害現(xiàn)象。凍害導(dǎo)致隧道襯砌混凝土的耐久性普遍降低，嚴(yán)重影響隧道的正常運(yùn)營(yíng)與安全。因此，對(duì)新建或既有隧道進(jìn)行凍害預(yù)防或處治顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用的被動(dòng)型防凍保溫措施是在二襯表面(或二襯與防水板之間)鋪設(shè)一定厚度的保溫隔熱層，以減小二襯混凝土與周圍空氣進(jìn)行熱交換的速率。在洞口段有時(shí)還采用一些主動(dòng)型防凍保溫措施如利用電鍋爐或燃料鍋爐，給埋設(shè)在二襯背后的供暖管直接供給暖氣；如利用熱泵讓冷媒在取暖管與供暖管之間不斷循環(huán)，將圍巖深部熱量通過取暖管“搬運(yùn)”給二襯背后的供暖管。上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處為在高寒地區(qū)僅靠被動(dòng)型防凍保溫措施無(wú)法根除隧道凍害的發(fā)生(尤其是在洞口段)；而采用主動(dòng)型防凍保溫措施則需要消耗較多的能量(尤其是直接加熱供暖方式)，其運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題作出改進(jìn)，即本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)及其方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案一是一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，所述隧道由外到內(nèi)依次為圍巖、初襯、防水板、二襯以及保溫隔熱層，所述二襯和保溫隔熱層之間沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置有若干根暖管，所述暖管兩端下部埋入隧道路面下的圍巖內(nèi)，所述暖管兩端部?jī)?nèi)密封有冷媒。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案二是一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，包括以下步驟(I)所述隧道由外到內(nèi)依次設(shè)置有圍巖、初襯、防水板、二襯以及保溫隔熱層；(2)提供若干根暖管，將冷媒密封于暖管內(nèi)；(3)將暖管沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置于二襯和保溫隔熱層之間，并將暖管兩端下部埋入隧道路面下的圍巖內(nèi)，使得冷媒分布于暖管兩端下部；所述冷媒通過自發(fā)蒸發(fā)氣態(tài)上升和凝結(jié)液態(tài)下落的循環(huán)，不斷將熱量從路面下圍巖搬運(yùn)到二襯表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫。與現(xiàn)有主動(dòng)型防凍保溫技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)過程中無(wú)需消耗任何能量，完全借助冷媒在暖管中自發(fā)的蒸發(fā)凝結(jié)循環(huán)，不斷將深部圍巖的熱量搬運(yùn)到上部襯砌中，以實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫，其運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本極低；同時(shí)，其設(shè)計(jì)靈活(可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件調(diào)節(jié)入地深度與間距)，施工方便(與防凍保溫層同步施做，僅須增加鉆孔一道工序)，生產(chǎn)安裝成本較低廉。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖I為自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)的橫斷面圖。圖2為自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)的側(cè)視圖。圖3為自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)的局部放大圖。 圖4為暖管工作原理的示意圖。圖中I-圍巖，2-初襯，3-防水板，4- 二襯，5-暖管，6_保溫隔熱層，7_液態(tài)冷媒，8-氣態(tài)冷媒。
具體實(shí)施例方式如圖f 3所示，一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，所述隧道由外到內(nèi)依次為圍巖I、初襯2、防水板3、二襯4以及保溫隔熱層6，所述二襯4和保溫隔熱層6之間沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置有若干根暖管5，所述暖管5的直徑、壁厚和長(zhǎng)度可按設(shè)計(jì)要求(隧道橫斷面尺寸與當(dāng)?shù)貧夂蛩臈l件等)確定，所述暖管5的間距可按設(shè)計(jì)要求確定，所述暖管5兩端下部埋入隧道路面下的圍巖I內(nèi)，所述暖管5兩端部?jī)?nèi)密封有冷媒。圖I中左半幅為隧道有仰拱情形，右半幅為隧道無(wú)仰拱情形。如圖4所示，所述暖管5是將一定質(zhì)量的冷媒密閉封存在一定長(zhǎng)度的塑料管中，當(dāng)暖管5上、下兩部分存在溫度差時(shí)(上冷下熱)，下部的液態(tài)冷媒7不斷蒸發(fā)并從周圍巖I 土體吸收熱量，其蒸汽上升到上部遇冷后，上部的氣態(tài)冷媒8再次凝結(jié)成液態(tài)回流到下部，并向周圍空氣散發(fā)熱量。實(shí)際上，所述暖管5的工作原理與大氣降水是一致的，通過冷媒自發(fā)的蒸發(fā)凝結(jié)循環(huán)，不斷將熱量從下部搬運(yùn)到上部。因此，所述冷媒的選擇至關(guān)重要，應(yīng)該選擇飽和蒸汽壓高(即揮發(fā)性強(qiáng))且汽化熱高(即熱搬運(yùn)效率大)的循環(huán)介質(zhì)，同時(shí)應(yīng)考慮成本便宜且對(duì)人體無(wú)傷害，可優(yōu)先選擇乙醇。在本實(shí)施例中，所述暖管5下部埋入方法如下在二襯4成型后，先從二襯4上預(yù)留孔道向路面下圍巖I內(nèi)部鉆孔，然后將暖管5下部埋入孔洞內(nèi)并用水泥砂漿回灌密實(shí)。所述暖管5上部經(jīng)膠黏劑粘結(jié)于二襯4表面，所述保溫隔熱層6經(jīng)固定支架鋪設(shè)于二襯4表面，所述固定支架厚度與暖管5直徑相匹配(相等或相近)，以使得保溫隔熱層6外表面較為平整。所述保溫隔熱層6由多塊保溫隔熱板材熱熔合搭接而成，所述保溫隔熱板材的材質(zhì)和厚度均可按設(shè)計(jì)要求確定。一般地，對(duì)最大凍深在I. (Γ2. Om之間的地區(qū)所述保溫隔熱層6選用3 4cm厚的聚氨酯泡沫塑料板；所述暖管5選用壁厚2 3_、直徑3 4cm的PVC塑料管，埋入長(zhǎng)度為6^10m ;所述暖管5在隧道洞口段的間距為O. 5m，在隧道洞口過渡段的間距為I. 0m，在隧道洞身段的間距至少為2. Om。如圖廣4所示，一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，包括以下步驟(1)所述隧道由外到內(nèi)依次設(shè)置有圍巖I、初襯2、防水板3、二襯4以及保溫隔熱層6 ; (2)提供若干根暖管5,將冷媒密封于暖管5內(nèi)；(3)將暖管5沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置于二襯4和保溫隔熱層6之間，并將暖管5兩端下部埋入隧道路面下的圍巖I內(nèi)，使得冷媒分布于暖管5兩端下部；所述冷媒通過自發(fā)蒸發(fā)氣態(tài)上升和凝結(jié)液態(tài)下落的循環(huán)，不斷將熱量從路面下圍巖I搬運(yùn)到二襯4表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫。具體實(shí)施方法如下。(I)根據(jù)隧道橫斷面尺寸與當(dāng)?shù)貧夂蛩臈l件，設(shè)計(jì)所需暖管5的直徑、壁厚與長(zhǎng)度，并委托工廠定制生產(chǎn)，生產(chǎn)加工流程如下按設(shè)計(jì)規(guī)格截取一段PVC塑料管作為暖管5，并將其一端用熱熔合方法封閉；將一定量的乙醇注入塑料管內(nèi)，考慮乙醇長(zhǎng)期揮發(fā)的可能性，注入乙醇量建議為暖管5設(shè)計(jì)埋入圍巖I深度的一半；將管中剩余空氣抽除后，用熱熔合方法將塑料管另一端封閉。(2)隧道二襯4施工時(shí)，應(yīng)在暖管5設(shè)計(jì)埋設(shè)位置處留有孔道，孔道直徑比暖管5設(shè)計(jì)直徑略大3 4cm，孔道方向與鉛垂線方向成1(Γ20度角，孔道間距按設(shè)計(jì)要求，建議在洞口段為O. 5m，洞口過渡段為I. Om,洞身段為2. Om或更大。
(3) 二襯4成型后，從預(yù)留孔道向路面下的圍巖I內(nèi)部鉆孔，孔洞直徑略大于暖管5直徑f 2cm，孔洞深度由設(shè)計(jì)埋入深度確定。(4)將暖管5兩端下部埋入孔洞內(nèi)，并用水泥砂漿回灌密實(shí)；將暖管5上部用膠黏齊U (建議選用966氯丁防凍膠)環(huán)向粘結(jié)于二襯4表面。(5)將設(shè)計(jì)厚度的保溫隔熱層6 (材質(zhì)建議選用聚氨酯泡沫塑料板)用固定支架鋪設(shè)在二襯4表面，固定支架厚度應(yīng)與暖管5直徑相匹配，使得保溫隔熱層6外表面較為平整；保溫隔熱層6的搭接應(yīng)采用熱熔合方法，并注意搭接縫的處理。(6)最后在保溫隔熱層6外表面刷上界面劑和防火涂層。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.ー種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，所述隧道由外到內(nèi)依次為圍巖、初村、防水板、ニ襯以及保溫隔熱層，其特征在于所述ニ襯和保溫隔熱層之間沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置有若干根暖管，所述暖管兩端下部埋入隧道路面下的圍巖內(nèi)，所述暖管兩端部?jī)?nèi)密封有冷媒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，其特征在于所述暖管上部經(jīng)膠黏劑粘結(jié)于ニ襯表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，其特征在于所述保溫隔熱層經(jīng)固定支架鋪設(shè)于ニ襯表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，其特征在于所述固定支架厚度與暖管直徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫系統(tǒng)，其特征在于所述保溫隔熱層由多塊保溫隔熱板材熱熔合搭接而成。
6.ー種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，其特征在于，包括以下步驟(1)所述隧道由外到內(nèi)依次設(shè)置有圍巖、初襯、防水板、ニ襯以及保溫隔熱層；(2)提供若干根暖管，將冷媒密封于暖管內(nèi)；(3)將暖管沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置于ニ襯和保溫隔熱層之間，并將暖管兩端下部埋入隧道路面下的圍巖內(nèi)，使得冷媒分布于暖管兩端下部；所述冷媒通過自發(fā)蒸發(fā)氣態(tài)上升和凝結(jié)液態(tài)下落的循環(huán)，不斷將熱量從路面下圍巖搬運(yùn)到ニ襯表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，其特征在于所述步驟(3)中的暖管上部經(jīng)膠黏劑粘結(jié)于ニ襯表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，其特征在于所述步驟(3)中的保溫隔熱層經(jīng)固定支架鋪設(shè)于ニ襯表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，其特征在于所述固定支架厚度與暖管直徑相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法，其特征在于所述保溫隔熱層由多塊保溫隔熱板材熱熔合搭接而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高寒地區(qū)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫方法及其系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述隧道由外到內(nèi)依次設(shè)置有圍巖、初襯、防水板、二襯以及保溫隔熱層；(2)提供若干根暖管，將冷媒密封于暖管內(nèi)；(3)將暖管沿隧道長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置于二襯和保溫隔熱層之間，并將暖管兩端下部埋入隧道路面下的圍巖內(nèi)，使得冷媒分布于暖管兩端下部；所述冷媒通過自發(fā)蒸發(fā)氣態(tài)上升和凝結(jié)液態(tài)下落的循環(huán)，不斷將熱量從路面下圍巖搬運(yùn)到二襯表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫。與現(xiàn)有防凍保溫技術(shù)相比，運(yùn)營(yíng)過程中無(wú)需消耗任何能量，完全借助冷媒自發(fā)的蒸發(fā)凝結(jié)循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的自動(dòng)防凍保溫；同時(shí)其設(shè)計(jì)靈活，施工方便，成本較低廉。
文檔編號(hào)E21D11/38GK102953738SQ20121044349
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者關(guān)振長(zhǎng), 蔣宇靜, 鄧濤, 黃明 申請(qǐng)人:福州大學(xué)