[發明專利]一種季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構

在審

• 申請號: 202110426032.8
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN112983468A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 韓風雷;劉濤;張學富;喻文兵;劉真;劉艷;劉宗韓
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學;重慶國翔新材料有限公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/10;E21D11/38;C04B28/00;C04B111/20;C04B111/28
• 代理公司: 重慶宏知億知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 50260
• 代理人: 梁山丹

本發明屬于寒區隧道防凍保溫技術領域，公開了一種季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構，包括：初期支護、防水層以及二次襯砌；圍巖密貼所述初期支護；所述初期支護和二次襯砌之間設置所述防水層；所述二次襯砌由氣凝膠混凝土構成；其中，所述氣凝膠混凝土由疏水的氣凝膠顆粒、超細水泥、硅灰、高強輕細集料、天然水、聚丙烯腈纖維、高效減水劑以及消泡劑混合攪拌得到。本發明可解決現有寒區隧道鋪設聚氨酯等保溫隔熱材料在季節凍融作用下隔熱性能降低，耐久性差，現場施工過程復雜，影響寒區隧道安全運營等問題。

技術領域

本發明屬于寒區隧道防凍保溫技術領域，涉及一種季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構。

背景技術

季節性凍土區隧道貫通后在寒冷季節由于冷空氣的流動將會帶走大量的熱量使隧道排水系統結冰癱瘓，凍融循環作用使圍巖強度降低。

目前寒區隧道的防凍措施主要有：供熱法、保溫隔熱層法和防寒門法等。其中保溫隔熱層因其工程投資小，適用性較強，滿足保溫隔熱要求而被廣泛使用；鋪設保溫隔熱材料的方式主要有兩種：第一種是在初期支護與二次襯砌之間鋪設，如圖1所示；第二種是在初期支護與二次襯砌之間以及二次襯砌表面鋪設，如圖2所示。而傳統的保溫結構存在以下問題，第一種由于保溫材料的可燃性和施工安裝過程的復雜性需要對保溫材料采取特殊的防火和飾面處理；保溫材料覆蓋在襯砌表面當襯砌開裂等病害難以發現，不能及時治理。第二種保溫隔熱層材料的可燃性使它二次襯砌鋼筋焊接時易引發火災；二次襯砌振搗時容易使已施工好的保溫材料脫落；保溫隔熱層在隧道結構內部破壞失效后不易維修和處理；保溫材料安裝在初期支護和二次襯砌之間由于荷載和水的存在容易使保溫材料吸水和變形使保溫隔熱效果變差甚至破壞失效。且兩種襯砌結構都需鋪設保溫層，隧道開挖斷面增大并增加一道施工工序延長了施工時間。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明實施提供了一種季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構。所述技術方案如下：

提供了一種季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構，包括：初期支護、防水層以及二次襯砌；圍巖密貼初期支護；所述初期支護和二次襯砌之間設置防水層；所述二次襯砌由氣凝膠混凝土構成；

其中，所述氣凝膠混凝土由疏水的氣凝膠顆粒、超細水泥、硅灰、高強輕細集料、天然水、聚丙烯腈纖維、高效減水劑以及消泡劑混合攪拌得到。

進一步地，氣凝膠混凝土的制備工藝為：先將高效減水劑和消泡劑加入天然水混合均勻得到混合液體，然后將超細水泥、高強輕細集料、硅灰、氣凝膠顆粒、聚丙烯腈纖維人工混合均勻，形成混合干料；最后將混合液體分兩次加入制得的均勻混合干料中，第一次加入混合液體時進行人工攪拌，潤濕干料防止氣凝膠灰飛，第二次加入混合液體時用攪拌機拌合，攪拌速度宜先慢后快。

進一步地，所述氣凝膠顆粒為二氧化硅氣凝膠顆粒，氣凝膠顆粒粒徑在5mm以內。

進一步地，所述硅灰摻量不超過超細水泥質量的10％。

進一步地，所述超細水泥漿體積占比大于40％，氣凝膠顆粒體積占比小于60％。

進一步地，所述聚丙烯腈纖維摻量為1.5kg/m³。

進一步地，所述氣凝膠混凝土的導熱系數根據所述二次襯砌的厚度等效熱阻計算。

進一步地，所述氣凝膠混凝土的導熱系數不大于0.15W/(m·K)，所述氣凝膠混凝土的厚度為40～60cm。

本發明實施提供的技術方案帶來的有益效果是：

1、本發明所公開的季節凍土區交通隧道自保溫防凍襯砌結構，氣凝膠混凝土較低的導熱系數使得澆筑的二次襯砌既能充當承重結構又兼具一定的保溫隔熱性能。相當于把傳統防凍保溫結構由原來的承重防護結構(二次襯砌)和保溫結構(保溫層)簡化為一層氣凝膠混凝土二次襯砌。整個隧道防凍襯砌結構的設計更簡單，施工更方便，降低了施工成本，提高了施工效率。