[發明專利]用熱棒群對多年凍土區隧道淺埋段進行主動熱防護的方法

有效

• 申請號: 201310067546.4
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103114600A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 劉錕;納啟財;楊永鵬;馬清祥;李奮;陳紅偉;蔡漢成;馬學元;朱兆榮;熊治文;韓龍武;趙相卿;程佳;唐彩梅;牛東興;李勇
• 申請（專利權）人: 中鐵西北科學研究院有限公司
• 主分類號: E02D19/14
• 分類號: E02D19/14;E21F17/00
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 李琪

1.?一種用熱棒群對多年凍土區隧道淺埋段進行主動熱防護的方法，利用熱棒的“主動”降溫特性，促進隧道淺埋段熱融圈圍巖回凍以及在隧道圍巖中快速形成凍土防滲帷幕，對隧道淺埋段結構進行熱防護，提高隧道防護的可靠性及經濟性，其特征在于，該主動防護方法具體為：?

步驟1：收集隧址區的氣象資料，結合工程地質勘察資料，查明隧道淺埋段圍巖的基本熱物理參數、多年凍土類型、上限深度、地溫年平均變化深度和年平均地溫；

步驟2：確定熱棒群埋設深度、位置、范圍及平面布置形式

1）熱棒群埋設深度

在隧道淺埋段對應的洞頂地表放出隧道中線，在隧道中線上按2～5m間距逐點測出地表高程，結合隧道施工圖紙中的設計高程按下式計算出隧道中線上確定的每個點對應的隧道拱頂外緣的實際埋深：

隧道拱頂外緣的實際埋深=實測出的該點地表高程－隧道設計高程－隧道凈高－支護結構層厚度；

2）熱棒群的埋設位置、范圍：

沿隧道縱向：熱棒群的埋設范圍從仰坡刷坡線后3～5m開始，至隧道拱頂外緣實際埋深達到下式的計算值時終止，

隧道拱頂外緣實際深度=?2×該處多年凍土上限深度+隧道熱融圈的厚度；?

沿隧道橫向：位于熱棒群邊界的熱棒的蒸發段棒體與隧道支護結構之間的最小水平距離為0.5～1.0m；其余位置的熱棒蒸發段底端與隧道支護結構之間的距離為0.5～1.0m；

3）熱棒群的平面布置形式

相鄰兩行橫向設置的熱棒組中、位于不同行的相鄰的三個熱棒形成一個等邊三角形，該等邊三角形的邊長為相鄰兩根熱棒之間的間距，

相鄰兩根熱棒之間的間距采用以下方法得到：根據步驟1搜集的資料，采用修正的傅里葉方程計算出單根熱棒在隧址區的傳熱影響半徑r：?

式中：r表示熱棒傳熱影響范圍；k為修正系數，在青藏高原多年凍土區一般取0.20～0.25；λ表示熱棒蒸發段周圍土體的導熱系數；T表示熱棒蒸發段溫度波動周期；C表示熱棒蒸發段周圍凍土的平均熱容量；A₀表示計算期熱棒蒸發段的溫度較差；?A₁表示計算期熱棒傳熱影響范圍邊界處的溫度較差，一般取0.1～0.2℃；

而相鄰兩根熱棒之間的間距等于2r；

步驟3：熱棒規格型號及相應數量

熱棒蒸發段直徑取89mm，熱棒蒸發段長度根據步驟2中確定的熱棒埋設深度確定，冷凝段長度為2～4m。

根據步驟2中所確定的熱棒群的埋設范圍及相鄰兩根熱棒之間的間距計算確定所需熱棒的數量；

步驟4：采用鉆孔插入法埋設熱棒，鉆孔后將熱棒的蒸發段插人鉆孔內，并用粘砂土拌成的泥漿回填，控制熱棒棒身垂直度不大于棒身長度的1%，回填的泥漿凍結后，熱棒埋設完成，所有熱棒全部埋設后，即形成熱棒群；

然后，利用熱棒可主動將圍巖中的熱量抽吸出來散發到大氣中的“主動”降溫特性，促進隧道淺埋段熱融圈圍巖回凍以及在隧道圍巖中快速形成凍土防滲帷幕，對隧道淺埋段結構進行熱防護。