[发明专利]一种寒区节能保温的隧道结构及其施工方法

说明书

本发明涉及一种寒区节能保温的隧道结构及其施工方法，包括隧道外围岩体，隧道衬砌结构，隧道内圈层，环形空腔，加热保温装置以及锚固支撑装置，所述隧道内圈层布置在隧道衬砌结构内，两者形状相同，且所述隧道内圈层的尺寸略小于所述隧道衬砌结构，两者之间形成所述环形空腔，降低了车辆运行的空气阻力，且通过布置在隧道内圈层的上的排风扇进行发电；加热保温装置对环形空腔进行加热形成防冻保温层，结构简单，低碳环保，保温效果好。

技术领域

本发明属于隧道施工领域，尤其涉及寒区节能保温的隧道结构及其施工方法。

背景技术

随着中西部大开发和振兴东北经济政策的深入实施，以及我国高铁网的不断延伸，在中西部的高海拔和北部的高纬度寒冷地区将陆续建成大量的隧道，与以往寒冷地区的隧道相比，这些隧道的规模更大、技术要求更高，但气候条件却更加恶劣；高海拔寒区具有海拔高、气温低、缺氧等特征，修建好的隧道在后期运营常常面临冻害问题，主要表现为衬砌开裂、洞顶吊冰柱、边墙挂冰溜及水沟冻死等，严重的会影响隧道结构安全及行车安全。

现有技术中，供热防冻是解决上述问题的有效手段，在具备供暖条件的隧道中采用供暖的方法，但是该方法具有条件苛刻，能耗消耗极高，运营成本大等问题，不便于推广和应用；申请号为201610955084.3的中国专利公开了一种寒区隧道空气幕保温加热系统，在隧道内布置有热风空气幕和布置在热风空气幕两侧的自然风空气幕，采用风光互补发电系统，利用风能和光能转化的电能进行供热，具有节能环保、风流阻隔效果好、防寒保温效果好等特点，但是对于风光发电能低的地区，推广具有局限，且上述技术在铁路隧道并不具有很好的适用性；申请号201420698569.5的中国专利公开了一种寒区铁路隧道防冻系统，通过在隧道本体洞门两侧并排设置若干风车，在隧道靠近洞门两端的初期支护与二次衬砌之间铺设有发热电阻丝，通过火车通过产生强大的活塞风带动风车发电，进而提高二次衬砌的环境温度，有效防止隧道洞口段结构二次衬砌受冻融循环而发生破坏，但是风车布置在隧道洞门两侧，占用额外空间，且使用时间久了容易损坏，维护困难。

针对上述问题，虽然提出了加强衬砌提高抵抗冻胀的能力、采用保温隔热层和供热等途径防止冻结的发生、加大水沟埋深防止排水沟结冰，加强围岩注浆堵水、设置热泵等抗防冻工程措施；这些工程措施在隧道运营中起到了一定的作用，但是很多隧道仍然出现不同程度的冻害现象，也是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种寒区节能保温的隧道结构及其施工方法，可以实现隧道的防冻和保温，结构简单，绿色环保。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：本发明一种寒区节能保温的隧道结构，包括隧道外围岩体，隧道衬砌结构，隧道内圈层，环形空腔，加热保温装置以及锚固支撑装置，其中所述隧道衬砌结构布置在隧道外围岩体内，起到对隧道的衬砌支护，所述隧道内圈层布置在隧道衬砌结构内，两者形状相同，隧道内圈层的尺寸略小于隧道衬砌结构，两者之间形成环形空腔，所述锚固支撑装置布置在隧道衬砌结构和隧道内圈层之间，用于支撑固定隧道内圈层，所述隧道内圈层的内部通道作为车辆行驶的隧道；所述加热保温装置布置在隧道内圈层上，利用电能可对隧道进行加热保温，具有很好的抗冻能力；沿所述隧道内圈层的轴向和圆周方向布置有多个圆形的气流通道，所述气流通道内布置有用于发电的排风扇，当车辆高速通过隧道时，车辆头部挤压前方隧道内空气，经由气流通道中的排风扇进入到环形空腔中，再从车辆后方的气流通道进入到隧道中，并驱动排风扇发电，使空气形成前后流动；

进一步的，所述隧道衬砌结构包括钢拱架、钢筋网、锚固装置、初喷混凝土层和复喷混凝土层等支护防水结构；

进一步的，所述锚固支撑装置采用杆状结构，其一端在进行隧道衬砌结构的二衬衬砌施工时，锚固在隧道墙壁上，另一端预制有螺纹结构，采用螺母与隧道内圈层固定连接；

进一步的，所述隧道内圈层采用钢拱架为主体，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；