[发明专利]一种寒区节能保温的隧道结构及其施工方法

权利要求书

1.一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：包括隧道外围岩体（1），隧道衬砌结构（2），隧道内圈层（3），环形空腔（4），加热保温装置（5）以及锚固支撑装置（6），所述隧道衬砌结构（2）布置在隧道外围岩体（1）内，对隧道进行衬砌支护；所述隧道内圈层（3）布置在隧道衬砌结构（2）内，两者形状相同，且所述隧道内圈层（3）的尺寸略小于所述隧道衬砌结构（2），两者之间形成所述环形空腔（4），所述锚固支撑装置（6）布置在所述隧道衬砌结构（2）和隧道内圈层（3）之间，用于支撑固定所述隧道内圈层（3），所述隧道内圈层（3）的内部通道作为车辆行驶的隧道；所述加热保温装置（5）布置在隧道内圈层（3）上，利用电能对隧道进行加热保温，使所述环形空腔（4）形成保温层；沿所述隧道内圈层（3）的轴向和圆周方向布置有多个圆形的气流通道（3-1），所述气流通道（3-1）内安装有用于发电的排风扇（3-2），当车辆高速通过隧道时，车辆头部挤压前方隧道内空气，经由气流通道（3-1）中的排风扇（3-2）进入到环形空腔（4）中，再从车辆后方的气流通道（3-1）进入到隧道中，使空气形成前后流动，并驱动排风扇（3-2）发电。

2.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：所述锚固支撑装置（6）采用杆状结构，其一端在进行所述隧道衬砌结构（2）的二衬衬砌施工时，锚固在隧道墙壁上，另一端预制有螺纹结构，采用螺母与所述隧道内圈层（3）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：所述隧道内圈层（3）采用钢拱架为主体，铺设钢筋网，并喷射混凝土的方式浇筑而成；浇筑前在气流通道（3-1）处预制圆形空洞模型，在浇筑完成后，再拆除，并安装发电的排风扇（3-2）。

4.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：所述加热保温装置（5）采用发热电阻丝进行加热，所述加热保温装置（5）布置在隧道内圈层（3）的上下表面，或者浇筑在所述隧道内圈层（3）内部，或者布置在隧道初期衬砌和二次衬砌之间。

5.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：还包括蓄电池组、逆变器、排风扇控制器、总控制器、温度监控传感器以及电线，其中加热保温装置（5）也与蓄电池组电性连接，总控制器根据温度监控传感器测得的温度实时控制加热保温装置（5）的开闭，实现低温时对隧道体的抗冻保温。

6.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：在隧道的环形空腔（4）两端还布置有与环形空腔（4）截面一致的风门，风门采用活动铰接和锁具固定在隧道两端，正常工作时风门处于关闭状态；所述风门采用金属材质制作。

7.根据权利要求1所述的一种寒区节能保温的隧道结构，其特征在于：在隧道内圈层（3）的左右各60°高度位置间隔布置有两排照明灯，所述照明灯选用LED灯。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的一种寒区节能保温的隧道结构的施工方法，其施工方法包括以下步骤：

步骤（1），获取隧道周边地质资料，采用人工和/或机械的方式开采隧道，采用轨道台车进行初期衬砌和二次衬砌，形成稳固的隧道衬砌结构（2），其中在所述二次衬砌施工过程中沿隧道圆周方向预留多根锚固支撑装置（6），且在隧道轴向形成多排；

步骤（2），在已完工的隧道支护内，调整台车半径架设隧道内圈层（3），其中隧道内圈层（3）固定在锚固支撑装置（6）上，使隧道内圈层（3）和隧道衬砌结构（2）之间形成环形空腔（4），铺设加热保温装置（5）；

步骤（3），安装调试各个排风扇（3-2），并通过电线或电缆与蓄电池组、逆变器和排风扇控制器连接，并通过电线或电缆与加热保温装置（5）连接；

步骤（4），在隧道内圈层（3）内壁上布置总控制器、温度监控传感器；

步骤（5），在隧道环形空腔（4）的两端活动固定风门；

步骤（6），重复以上步骤，直至完成整个隧道的施工。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（2）还包括步骤（2-1），采用台车支撑起钢拱架，并采用螺母将钢拱架固定在锚固支撑装置（6）上，完成所有钢拱架架设后，铺设钢筋网，在气流通道（3-1）处预制圆形空洞模型；步骤（2-2），在钢骨架上铺设加热保温装置（5）并进行混凝土喷射，待混凝土凝固后拆除圆形空洞模型，进行排风扇（3-2）的安装。