[发明专利]一种用于超高地温隧道通风散热支护结构及使用方法

权利要求书

1.一种用于超高地温隧道通风散热支护结构，包括初期支护结构（1）、防水层结构（3）、隔热层结构（4）、二次衬砌结构（5）、气体交换系统（7），所述的初期支护结构（1）包括初喷结构（11）、复喷结构（12），所述的初喷结构（11）施做于围岩表面，所述的复喷结构（12）全面覆盖初喷结构（11），所述的防水层结构（3）全面覆盖复喷结构（12），所述的隔热层结构（4）铺设于防水层结构（3）表面，所述的二次衬砌结构（5）浇筑于隔热层结构（4）表面，其特征在于，还包括通风散热结构（2）、结构温度量测系统（8）和横向连接管（6），所述通风散热结构（2）位于初期支护结构（1）内，所述的气体交换系统（7）包括送气泵（71）、抽气泵（72），所述的送气泵（71）和抽气泵（72）通过横向连接管（6）与通风散热结构（2）相连，并实现气体交换，所述的结构温度量测系统（8）包括初期支护结构温度测试探头（81）、二次衬砌结构温度测试探头（82）、送气口温度测试探头（83）、出气口温度测试探头（84）、测试引线（85）、数据收集仪器（86），所述的初期支护结构温度测试探头（81）设置于复喷结构（12）内，所述的二次衬砌结构温度测试探头（82）设置于二次衬砌结构（5）内，所述的送气口温度测试探头（83）设置于连接送气泵（71）的横向连接管（6）内，所述的出气口温度测试探头（84）设置于连接抽气泵（72）的横向连接管（6）内，所述的测试引线（85）用于数据收集仪器（86）与初期支护结构温度测试探头（81）、二次衬砌结构温度测试探头（82）、送气口温度测试探头（83）、出气口温度测试探头（84）之间的数据连接，所述结构温度量测系统（8）用于测量初期支护结构（1）、二次衬砌结构（5）、送气口和出气口温度，实现通风等级的划分和气体交换系统（7）对应的工作状态的制定。

2.根据权利要求1所述的一种用于超高地温隧道通风散热支护结构，其特征在于：所述的通风散热结构（2）包括环向中空钢架（21）、纵向中空钢架（22），所述的环向中空钢架（21）沿隧道纵向方向等间距设置于初喷结构（11）表面，所述的纵向中空钢架（22）设置于边墙处用于连接相邻的环向中空钢架（21），所述的环向中空钢架（21）与纵向中空钢架（22）采用焊接方式连接，形成通风散热管道。

3.根据权利要求2所述的一种用于超高地温隧道通风散热支护结构，其特征在于：所述的环向中空钢架（21）选用双腹板H型钢。

4.一种权利要求1至3任一项用于超高地温隧道通风散热支护结构的使用方法，包括以下步骤：

1）隧道完成开挖后，施做初期支护结构（1）的初喷结构（11）；

2）在初喷结构（11）表面装设通风散热结构（2），布设初期支护结构温度测试探头（81）及测试引线（85），预留横向连接管（6）接口；

3）施做初期支护结构（1）的复喷结构（12），全面覆盖包裹通风散热结构（2）；

4）在复喷结构（12）表面铺设防水层结构（3）；

5）在防水层结构（3）表面铺设隔热层结构（4）；

6）布设二次衬砌结构温度测试探头（82）及测试引线（85），浇筑二次衬砌结构（5）；

7）插设横向连接管（6），并连接气体交换系统（7）；

8）布设送气口温度测试探头（83）、出气口温度测试探头（84）及测试引线（85）；

9）根据在时间间隔T内结构温度量测系统（8）的定期测试数据，划分通风等级和制定气体交换系统（7）对应的工作状态。

5.根据权利要求4所述的一种用于超高地温隧道通风散热支护结构的使用方法，其特征在于：步骤9）分为：

①当初期支护结构测试温度T₀小于正常温度T₁时，送气泵（71）与抽气泵（72）可无需工作，或低风量运作；

②当初期支护结构测试温度T₀大于正常温度T₁，且小于预警温度T₂时，送气泵（71）与抽气泵（72）的通风总量V依据式1进行计算：

式1

式中：T为温度测试时间间隔；S为初期支护结构轮廓线周长；L为气泵纵向设置间距；T₀为初期支护结构测试温度；T₁为正常温度；α为综合换热系数；c为空气质量比热容；ρ为空气密度；t₂为出气口空气测试温度；t₁为送气口空气测试温度；

③当初期支护结构测试温度T₀大于预警温度T₂，且小于危险温度T₃时，送气泵（71）与抽气泵（72）的通风总量V依据式2进行计算：

式2

式中：c₁为混凝土材料体积比热容；d为初期支护结构厚度；

④当初期支护结构测试温度T₀大于危险温度T₃时，送气泵（71）与抽气泵（72）的通风总量V依据式3进行计算：

式3

式中：η为通风量放大系数。