[发明专利]用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法

说明书

本发明提供的用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，包括：步骤1：在隧道开挖后施工初期支护，根据隧道内气温、围岩温度、隧道断面等确定埋设热棒数量、布置形式、埋设位置、钻孔深度；步骤2：在热棒的埋设位置从隧道内部钻孔，钻孔直径大于等于热棒外径，采用机械顶入安装法将热棒埋设至钻孔开孔中；步骤3：在铺设隔热保温层或施作二衬前拆除热棒。该发明解决了现有技术中采用提高隧道支护结构热阻方式进行保温隔热的不足，通过采用热棒把隧道内空气中的热量引到隧道围岩较远处将减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围，保持多年冻土区隧道围岩在施工期间的稳定性，以达到安全、经济、高效、环保、施工简便、主动防护的效果。

技术领域

本发明涉及减少多年冻土区隧道施工期间围岩冻融圈的方法，尤其涉及一种用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法。

背景技术

冻土是一种温度低于0℃并且含有冰的岩土体，对环境温度敏感导致其不稳定。冻土往往较一般的土类性质不同，它的性质与温度密切相关，冻土的性质随着温度的变化呈现动态特征。地球上主要分布着两种冻土，一种是季节冻土，只在地表几米范围内冬季冻结，夏季消融；另一种是多年冻土，两年以上处于冻结状态，只有表层几米的土层处于夏融冬冻状态，该层称作季节活动层或季节融化层。多年冻土区面积约占我国国土面积的22.4％，主要分布在西部高海拔地区及东北高纬度地区，随着西部大开发和振兴东北老工业基地战略的实施，在这些地区建设了大阪山隧道、昆仑山隧道、风火山隧道等冻土区隧道。多年冻土区隧道施工过程中，地层处于冻结状态，开挖过程中引入了外部温度较高的空气，再加上施工期间隧道爆破、浇筑混凝土及一些施工机械都会产生较多的热量，会导致隧道内气温升高并高于围岩初始地温，热量向围岩传递，使隧道周边一定范围内原先冻结的围岩产生融化，形成冻融圈。随着施工的进行，围岩冻融圈的范围逐渐扩大。为了降低围岩冻融圈的范围，保持多年冻土区隧道施工期间的围岩稳定，防止围岩热融塌陷，一般在隧道开挖后会及时喷射掺有低温早强剂的混凝土，铺设保温隔热材料，以减少洞内空气和围岩之间的热交换。此种保温隔热层的方法是以一种提高隧道支护结构热阻的方式来减少隧道围岩与隧道洞内空气的热交换，虽然减少了洞内向围岩中热量的传递，但同时也会影响隧道围岩冻融圈的回冻，此种防护方法较为被动。现有的热棒技术一般用在防治多年冻土区路基和隧道浅埋段冻融圈的热融，通常采用从地表钻孔至路基一定深度或浅埋隧道围岩内埋设热棒，但此种方法只适合于路基和浅埋段隧道。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供的用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，以解决现有技术中采用提高隧道支护结构热阻方式进行保温隔热的不足，通过采用热棒把隧道内的热量引到隧道围岩较远处将减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围，保持多年冻土区隧道围岩在施工期间的稳定性，以达到安全、经济、高效、环保、施工简便、主动防护的效果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明提供的一种用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，其特征在于，包括：

步骤1：在隧道开挖后施工初期支护，根据围岩温度、隧道内气温、隧道断面等确定埋设热棒数量、布置形式、埋设位置、钻孔深度；

步骤2：在热棒的埋设位置从隧道内部钻孔，钻孔直径大于等于热棒外径，采用机械顶入安装法将热棒埋设至钻孔开孔中；

步骤3：在铺设隔热保温层或施作二衬前拆除热棒。

本发明提供的用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，优选地，热棒的蒸发段设置有用于增强热棒的导热性能的翅片。

本发明提供的用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，优选地，所述步骤2还包括：设置有翅片的热棒的蒸发段外露在隧道空气中。

本发明提供的用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法，优选地，所述步骤2还包括：热棒的冷凝段距离隧道洞壁大于10m。