[发明专利]基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构及施工和运行方法

权利要求书

1.一种基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构，包括隧道洞壁由外到内依次布设的隧道初衬、防水板、隧道二衬和防火板，其特征在于：所述隧道二衬的混凝土中含有多孔轻骨料和相变胶囊，在隧道二衬和防水板之间夹设有加热装置；所述隧道二衬的混凝土在环向上由多个区域组成，相邻区域的二衬混凝土的热物性均不相同；位于顶部区域的二衬混凝土多孔轻骨料含量最高，从顶部区域至拱脚区域轻骨料的含量依次降低；拱顶区域的隧道二衬中相变胶囊相变温度不高于-3℃，拱腰区域、边墙区域和拱脚区域的隧道二衬中的相变胶囊的相变温度不低于5℃。

2.根据权利要求1所述的基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构，其特征在于：每个区域的隧道二衬混凝土内预埋塑料管，在隧道轴线方向预埋的塑料管呈水平单U型布置，塑料管内铺设有供热装置。

3.根据权利要求2所述的基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构，其特征在于：每个区域的隧道二衬与防水板之间安装温度传感器，用于检测地下水的温度，智能控制供热装置的开启时机和运行时间。

4.根据权利要求1所述的基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构的施工方法，其特征在于：

在隧道施工时依次布设隧道初衬、防水板、隧道二衬和防火板，所述隧道二衬的混凝土中含有多孔轻骨料和相变胶囊，在隧道二衬和防水板之间铺设加热装置；

其中，隧道二衬混凝土在环向上有多个区域组成，相邻区域的隧道二衬混凝土的热物性均不相同；位于顶部区域的隧道二衬混凝土多孔轻骨料含量最高，从顶部区域至拱脚区域轻骨料的含量依次降低；

在隧道拱顶区域隧道二衬中添加相变温度不高于-3℃的相变胶囊，拱腰区域、边墙区域和拱脚区域的隧道二衬中添加相变温度不低于5℃的相变胶囊；

在每个区域的隧道二衬混凝土内预埋塑料管，在隧道轴线方向预埋的塑料管呈水平单U型布置，塑料管内铺设供热装置；

在每个区域的隧道二衬与防水板之间安装温度传感器，检测地下水的温度，智能控制供热装置的开启时机和运行时间。

5.根据权利要求1所述的基于相变调温混凝土的隧道防冻保温结构的运行方法，其特征在于：

在入冬时期，以隧道二衬与防水板之间的监测温度0℃为控制指标，从拱脚至拱腰区域依次开启加热装置，待拱顶区域的地下水全部冻结后，关闭拱腰区域的供热装置；待拱腰区域的地下水全部冻结后，关闭拱脚区域的供热装置，最终实现隧道全断面由上至下依次冻结，形成封闭的天然止水屏障；

在春融时期，先加热隧道拱脚区域，随后依次从下至上实现全断面融化。