[發明專利]一種用于高地溫隧道的風冷式襯砌散熱系統

有效

• 申請號: 202010882647.7
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111963196B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 晏啟祥;李彬嘉;吳悅;何川;李國良
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/10;E21D11/38;E21F1/00;F04D27/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種用于高地溫隧道的風冷式襯砌散熱系統，包括初期支護、防水層、風冷除熱層、持力層和若干個溫度傳感器；初期支護包括若干根錨桿和噴射的混凝土；初期支護上敷設防水層，位于所述防水層上設置風冷除熱層；風冷除熱層上設置持力層；在隧道襯砌內部每間隔100m埋設溫度傳感器。本發明可實現對襯砌內部溫度的監測與控制，具有散熱效果好、工藝簡單、可操作性高的特點。

技術領域

本發明屬于隧道散熱的技術領域，具體涉及一種用于高地溫隧道的風冷式襯砌散熱系統。

背景技術

隨著我國交通基礎設施的不斷完善，在西部艱險山區規劃或者修建了大量隧道工程，其中包含了大量穿越復雜地質的深埋長大隧道。這些隧道在修建和運營過程可能會面臨各種特殊地質的挑戰，高地溫便是其中較為突出的一個。如拉薩至日喀則鐵路便出現了6座高地溫隧道，其中吉沃希嘎隧道鉆孔內最高溫度達65.4℃；高黎貢山隧道最高地下水溫達102℃；川藏線桑珠嶺隧道探孔內溫度最高可達89℃?？梢灶A見，隨著川藏鐵路的修建，大量隧道穿越橫斷山脈等造山帶，將會隨之遇到更多的高地溫地質問題。

高地溫對于隧道工程的不利影響體現在建設與運營的各個階段。在建設期，高溫環境會降低人員和機械的工作效能，同時還會降低圍巖的力學性能，提高隧道修建的難度；在運營期，高地溫會影響初期支護與圍巖之間的粘結力，同時，高溫環境會降低襯砌混凝土的力學性能，加速混凝土的劣化，影響襯砌結構耐久性；在內外溫差作用下，襯砌結構內部將產生不均勻的溫度應變，產生拉應力，導致混凝土開裂，且這種由內部溫度應力導致的開裂難以通過增大襯砌厚度或者配筋量的方式避免。再者，高地溫會引起隧道內運營溫度過高，高溫高濕的內部環境不僅會影響機械設備的使用壽命，還會降低通行人員的舒適度。

目前對于高地溫隧道所采取的應對方法均為被動降溫法，即通過在隧道內部埋置隔熱層或者散熱體的方法來起到溫控作用，起到一定效果的同時也存在一些問題，如隔熱層一般為有機高分子材料，通常夾在隧道襯砌內部，老化后隔熱性能降低且難以更換，還會影響襯砌結構的整體性；鋼制散熱體雖然不存在老化問題，但僅利用鋼材本身的導熱性能進行散熱，其效果難以保證。為了滿足高地溫隧道的建設需求，保證高地溫隧道運營耐久性，迫切需要一種可控可調的襯砌散熱系統。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種用于高地溫隧道的風冷式襯砌散熱系統，以解決現有高地溫隧道缺少可控可調的襯砌散熱系統的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種用于高地溫隧道的風冷式襯砌散熱系統，其包括初期支護、防水層、風冷除熱層、持力層和若干個溫度傳感器；初期支護包括若干根錨桿和噴射的混凝土；初期支護上敷設防水層，位于防水層上設置風冷除熱層；風冷除熱層上設置持力層；在隧道襯砌內部每間隔100m埋設溫度傳感器。

優選地，初期支護噴射的混凝土厚度為10～20cm。

優選地，風冷除熱層的厚度為20～30cm。

優選地，持力層為鋼筋混凝土，其厚度為20～30cm。

優選地，風冷除熱層包括若干根縱向冷卻管；縱向冷卻管埋設于陶粒混凝土中；陶?；炷林袚皆O鋼纖維，并在陶粒混凝土與鋼筋混凝土交界面處進行鑿毛處理。

優選地，縱向冷卻管在風冷除熱層內單層布置，縱向冷卻管為薄壁鋼管，其直徑為10～15cm；在縱向冷卻管跨越襯砌接縫處設置柔性接頭；縱向冷卻管穿過嵌縫材料，并在冷卻管與嵌縫材料接觸面處涂抹專用膠，除熱層與持力層交界處設置橫向止水條。

優選地，計算縱向冷卻管的直徑和數量，包括：