一种高海拔严寒地区隧道防寒保温系统及其搭建方法与流程

本发明属于寒区隧道施工及冻害防控，具体涉及一种高海拔严寒地区隧道防寒保温系统及其搭建方法。

背景技术：

1、高海拔严寒地区有显著的气候特点，多表现为常年低温与冻土常年不化。目前寒区隧道穿越多年或其他冻土段常在洞口段发生冻害。寒区隧道的防寒保温设计原则是减少对隧址区周边土(岩)的扰动，从而避免引起大范围的施工融化圈，导致隧道融沉甚至坍塌，而在穿越高海拔危险坡体时，如何在保持土体稳固的同时合理施工被广泛关注。因此在针对此类隧道施工中，不宜采用深埋中心水沟与其下部的防寒泄水洞，宜设置浅埋及表层的防寒保温措施，如保温水沟、保温层及其背后排水系统等。此类隧道一般处于气候极端严寒地区，且围岩级别较差，易受施工扰动，对排水系统的防冻措施要求极高，若排水系统因冻结失效，会发生衬砌渗漏，隧底积水结冰、衬砌开裂等严重威胁隧道运营的冻害。

2、高海拔严寒隧道地处高原、生态脆弱，常年处于严寒、多雪的气候环境，有效施工时间短，加之此类地区一般处于地震带，施工与运营中变形问题突出。常规保温措施并不满足此类隧道的施工要求，一旦处理不当，会造成巨大的经济损失。隧道内保温层的施工是否有效，直接影响了隧道的正常运行与使用寿命，因此如何在这些隧道的修建过程中采用有效的措施，在使用期间达到预期效果是工程界亟待解决的一个难题。中国发明专利(cn116753024 a)提供了一种加热式的隧道排水系统，一定程度上满足了排水管防冻的需求，但加热装置在施工中较难安装，且使用期有限；中国发明专利(cn 113482672 a)提供了一种防冻保温加热体系，采用供热体系对隧道加热，满足隧道的防冻需要，但该供热体系耗能较大，考虑到寒区隧道地处环境偏远，能源供给不便，保温体系适用性有待考究。从施工角度出发，为解决穿越高海拔严寒地区危险坡体隧道结构因冻害而破坏，发明一种结构合理，便于应用同时兼顾经济成本的严寒隧道防寒保温层体系十分重要。

技术实现思路

1、本发明致力于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供了一种高海拔严寒地区隧道防寒保温系统及其搭建方法。考虑到高海拔严寒地区的气候特点，气温的高低变化与海拔高低呈一定关系，即海拔平均每升高100米，气温要下降约0.6℃，本发明适用于海拔超过3000m以上的严寒地区，在保证隧道洞室围岩稳定及温度可控的前提下，有效防止严寒隧道的病害发生，尤其是隧道洞口段，保证在不良地质条件下的施工质量及隧洞的正常使用。

2、为实现上述目的，本发明的一个目的是提供一种高海拔严寒地区隧道防寒保温系统，保温系统包括隧道保温层和排水系统，其中：

3、隧道保温层包括由内向外依次布设的二次衬砌、土工布a、防水板、土工布b与初期支护；

4、排水系统包括衬砌背后排水机构和中心排水管，衬砌背后排水机构沿隧道拱墙环向布设，以排出拱墙围岩渗水；中心排水管铺设在隧道底部的中间位置处。

5、在上述技术方案的基础上，隧道保温层还包括橡塑保温层，橡塑保温层布设于拱顶与边墙上，且位于土工布a与防水板之间。

6、在上述技术方案的基础上，进一步地，隧道保温层还包括预埋防水板，预埋防水板设置在隧道拱脚处且位于二次衬砌内。

7、在上述技术方案的基础上，更进一步地，衬砌背后排水机构包括环向排水管、竖向导流管和纵向排水管，环向排水管通过加热式连接管与竖向导流管相连形成网面结构，网面结构沿着隧道拱墙环向布设，并在网面结构的两端连接纵向排水管，通过纵向排水管排出拱墙围岩渗水。

8、在上述技术方案的基础上，更进一步地，加热式连接管是一个十字型管壳，沿着十字型管壳内壁包裹有碳纤维加热膜，在十字型管壳的横向管壳两端接口段内部设置有缠绕电热丝，十字型管壳的竖向管壳内设置有竖直电热丝，竖直电热丝两端设置有感应器。

9、在上述技术方案的基础上，更进一步地，十字型管壳的横向管壳两端接口段内嵌有绝缘体接口，环向排水管与绝缘体接口螺纹连接，竖向导流管端部通过缠绕无纺布直接插入加热式连接管的竖向排水管接口。

10、在上述技术方案的基础上，更进一步地，中心排水管四周填充沥青土工布保温层，在中心排水管两侧设置有热交换管，热交换管与热泵机相连，热泵机通过横向导流管与纵向排水管相连。

11、本发明的另一个目的是提供一种高海拔严寒地区隧道防寒保温系统搭建方法，包括如下步骤：

12、步骤1：检验围岩面凹凸程度，当凹凸程度过大时，需进行平整度处理，如岩面开裂过大或存在较大空洞，需进行注浆处理；如岩面均匀起伏，预先在岩面喷射3~5cm混凝土，以便安装排水管。

13、步骤2：安装环向排水管、竖向导流管与加热式连接管，通过铆钉将环向排水管、竖向导流管安装至岩面，并通过加热式连接管拼接；隧道拱顶的预留泄漏点位置处布设若干温度传感器，并预埋导线，不同截面根据先期勘察，布设1~3个不等。温度变化明显、水脉发育区域，可一定程度增多数量。加热式连接管外部包裹橡胶外皮，正面和背面设置热熔垫片，通过自粘胶带粘接，防止冻胀破坏加热结构。随后施作喷射混凝土，完全覆盖排水管，形成喷射混凝土+排水管的初期支护。

14、步骤3：施作保温层结构，在喷射混凝土表面布设土工布b，并采用砌体钉固定，砌体钉直接打入初期支护。随后依次施作防水板与橡塑保温层，利用自粘胶带与热熔垫片将橡塑保温层正面整体粘结至防水板上，根据隧道断面形状调整可变形连接槽，使橡塑保温层与防水板紧贴。

15、步骤4：安装纵向排水管，与保温层结构同时施作，从下至上以此为混凝土基座、纵向排水管与喷射混凝土，喷射混凝土表面加设土工布a与防水板。

16、步骤5：安装横向导流管，导流管与纵向排水管直接连接，将衬砌背后水排入中心排水沟中。部分横向导流管连接预设热泵机，水流流经热泵机与热交换管后，排入中心排水沟。

17、步骤6：最后施作二次衬砌，采用添加抗裂防水膨胀剂的素混凝土或钢筋混凝土。

18、步骤1中，为使排水管更好地配合岩石表面，开挖前应喷涂2至5厘米厚的混凝土保证围岩平整度。并在预设泄漏点位置布设引流管。

19、步骤2中，加热式连接管外部包裹橡胶外皮，正面和背面设置热熔垫片，通过自粘胶带粘接。

20、步骤3中，砌体钉与土工布b加设热熔胶垫与垫片，防止砌体钉破坏防水板。防水板间采用专用焊接热溶胶，结合部位不小于100mm，粘接剥离强度不低于原来抗拉强度的80%。

21、步骤4中，纵向排水管与横向、纵向导流管连接，拱脚处防水板搭接，长度≥100mm，并与二次衬砌内预埋防水板进行连接。预埋防水板可作为施工缝的第一道防水，施工缝内设置橡胶密封带作为第二道防水。

22、步骤5中，横向导流管内水流经热泵机流入热交换管，经热交换管后流回热泵机，最后流入中心排水管。热泵机内设有温度感应器，当温度低于0℃时，热泵机开始工作。

23、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

24、1.本发明采取双重保温措施，采用主动、被动保温结合的复合保温方式，保温防冻效果较好，且更易控制。

25、2.本发明所设置的隧道保温层极大程度减少围岩水进入保温衬砌结构，一旦进入也能及时排出，同时采用双层保温结构，能极大减少低温的侵入程度，橡塑层保温结构在保温同时还有二次防水的作用，极大减少了冻胀危害，实现高寒地区隧道保温层的快速施工，有效提高了保温措施的使用年限。

26、3.本发明采用主动保温结构，对环向排水管与中心排水管部分区域进行集中加热，主动改变隧道防冻段的温度条件，实现对高寒隧道衬砌背后温度的实时监测和自动调控。