專利名稱：凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法。
背景技術(shù)：
季節(jié)性凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道一般是越嶺隧道，由于其長度很長，其 出水點(diǎn)多，涌水量大，常年性出流，且地下水為開放的垂直與水平混合補(bǔ)給， 導(dǎo)致隧道的村砌開裂滲水嚴(yán)重。在秋、冬寒季時(shí)，襯砌層中的滲水受冷結(jié)水，
更容易脹腫變形甚至坍塌，給隧道帶來安全問題；同樣，當(dāng)春、夏暖季到來時(shí)， 由于襯砌層中的結(jié)冰溶化，也易使襯砌層變形。這些會(huì)導(dǎo)致襯砌層的嚴(yán)重凍融 凍脹病害嚴(yán)重，嚴(yán)重妨礙了隧道交通的安全。
為保證隧道的襯砌不結(jié)冰受凍，目前隧道的抗防凍措施主要有供熱法、防 寒門法和敷設(shè)隔熱材料法，前兩種由于存在能量消耗或干擾行車等缺點(diǎn)，使用 較少。敷設(shè)隔熱材料法是近年來興起并獲得隧道界高度重視的一項(xiàng)先進(jìn)保溫技 術(shù)。敷設(shè)隔熱材料的方式有兩種 一種是在初期支護(hù)與二次襯砌之間敷設(shè)隔熱 材料，稱為雙層襯砌隔熱處理法；另一種是在二次襯砌混凝土表面上直接敷設(shè) 保溫隔熱層。從結(jié)構(gòu)安全耐久、保溫層便于管理維修等角度，在襯砌混凝土表 面直接敷設(shè)保溫隔熱層的表面隔熱處理法更為合理、可靠。
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，在建的特長公路隧道增多， 對于這種特長隧道，如果也采用現(xiàn)有的敷設(shè)方式在整個(gè)隧道內(nèi)部全程敷設(shè)防凍 保溫層，其材料消耗大，成本高，且日常維護(hù)不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是提供一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱 層的敷設(shè)方法，采用該方法進(jìn)行保溫隔熱層的敷設(shè)，其材料消耗小，敷設(shè)成本 大幅度降低，日常維護(hù)方便。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是 一種凍融凍脹地區(qū)特長公 路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法，其做法為
A、隧道內(nèi)各處溫度的確定根據(jù)隧道所處環(huán)境溫度計(jì)算出隧道內(nèi)各點(diǎn)的 氣溫值。B、保溫隔熱層長度的確定根據(jù)A步得到的隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值，對于 隧道進(jìn)、出口襯砌年最低溫度小于(TC的部位，則敷設(shè)保溫隔熱層，保溫隔熱層 的長度達(dá)到隧道縱向深部襯砌的年最低溫度大于(TC處；而對于隧道縱向深部襯 砌年最低溫度大于0'C處，則不敷設(shè)保溫隔熱層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是 根據(jù)計(jì)算確定隧道內(nèi)氣溫的分布，特長公路隧道的氣溫分布與中短隧道相
比，有以下特點(diǎn)在寒季，沿隧道進(jìn)洞深度的增加，特長隧道內(nèi)的溫度增加，
在隧道縱向最深處其氣溫達(dá)到最高，通常高于0。C,隧道縱向深部的襯砌是不會(huì)
在寒季受凍結(jié)水的。因此對于特長隧道而言，隧道受凍而發(fā)生的凍融凍脹病害
集中體現(xiàn)在隧道進(jìn)、出口段。本發(fā)明方法根據(jù)計(jì)算找出在一年中隧道內(nèi)襯砌年
最低溫度小于(TC的部位及其深度(長度)，只在這些部位敷設(shè)保溫隔熱層；而
對隧道中間那些襯砌年最低溫度高于(TC的部位，則不再進(jìn)行敷設(shè)。從而節(jié)約了
保溫材料的用量和成本，同時(shí)也減少了日常保溫隔熱層的維護(hù)工作量。
上述的保溫隔熱層的長度在達(dá)到隧道縱向深部襯砌的年最低溫度大于O'C 處，再向隧道縱向深處延長15%—30%。
由于敷設(shè)保溫隔熱層后減少了隧道內(nèi)空氣與隧道內(nèi)壁的熱交換，相比沒有
敷設(shè)保溫隔熱層，冷氣侵入隧道內(nèi)的深度要略大一些。為了保證邊緣處的防凍
保溫也達(dá)到年最低溫度大于(TC的要求，在上述保溫隔熱層長度的基礎(chǔ)上，再向
隧道深處延長15%—30%的保溫隔熱層長度，對保溫隔熱層的長度進(jìn)行修正，從
而確保保溫隔熱層的隧道內(nèi)邊緣外的防凍保溫的效果。
上述隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值按以下公式進(jìn)行計(jì)算
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，"為隧道環(huán)境的年平均氣溫，Ay為年溫度變化振幅，d。、 h。為相位，Ad 為日溫度變化振幅；U、 Ay、 Aa均為計(jì)算點(diǎn)距離隧道洞口的函數(shù)，用擬合方式獲得。
這樣，根據(jù)隧道所處的環(huán)境氣溫的歷史記錄及隧道內(nèi)各處氣溫的測量，釆 用回歸的方法即可準(zhǔn)確地確定出隧道內(nèi)的任意一點(diǎn)在任意一小時(shí)的的氣溫值， 從而為隧道內(nèi)的保溫隔熱層長度的確定提供依據(jù)。
上述的保溫隔熱層厚度5按以下公式確定
其中A。為地表的+嫂巖(土)體的導(dǎo)熱系數(shù)，r。為隧道的當(dāng)量半徑，5。 為當(dāng)?shù)貧庀筚Y料中的最大凍深；入為所選擇的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
在隧道內(nèi)要敷設(shè)保溫隔熱層的部位，為確保該處襯砌年最低溫度大于0'C, 保溫隔熱層的厚度設(shè)計(jì)按以上公式求解獲得。從而既能可靠地確定保溫隔熱層 的厚度，同時(shí)也不浪費(fèi)保溫材料，進(jìn)一步節(jié)約成本。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例
本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為
一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法，其做法
為
A、 隧道內(nèi)溫度變化的確定根據(jù)隧道所處環(huán)境溫度計(jì)算出隧道內(nèi)各點(diǎn)的 氣溫值；
B、 保溫隔熱層長度的確定根據(jù)A步得到的隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值，對于 隧道進(jìn)、出口襯砌年最低溫度小于0。C的部位，則敷設(shè)保溫隔熱層，保溫隔熱層 的長度達(dá)到隧道縱向深部村砌的年最低溫度大于OC處；而對于隧道縱向深部襯 砌年最低溫度大于0。C處，則不敷設(shè)保溫隔熱層。
保溫隔熱層的長度在達(dá)到隧道縱向深部襯砌的年最低溫度大于O"C處，再向 隧道縱向深處延長15%—30%。
根據(jù)氣象學(xué)知識，氣溫的年變化及日變化均為正弦函數(shù)，然后，根據(jù)當(dāng)?shù)?氣象記錄及隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫的實(shí)測數(shù)據(jù)，可以得出以下公式，從而求得隧道內(nèi)任意一點(diǎn)任意一小時(shí)的氣溫值
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，U為隧道環(huán)境的年平均氣溫，Ay為年溫度變化振幅，d。、 ho為相位，Ad 為日溫度變化振幅；tm、 Ay、 Ad均為計(jì)算點(diǎn)距離隧道洞口的函數(shù)，用擬合方式獲 得。
本發(fā)明方法中各點(diǎn)的年最低氣溫值的即為上述/>式計(jì)算得出相應(yīng)各點(diǎn)的最 小值。
保溫隔熱層厚度5按以下公式確定
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中入。為地表的松散巖(土)體的導(dǎo)熱系數(shù)，r。為隧道的當(dāng)量半徑， 5fl為氣象資料中的最大凍深；入為所選擇的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
本發(fā)明根據(jù)地表層的最大凍深來設(shè)計(jì)防凍層的厚度，使本發(fā)明能確保隧道
不發(fā)生凍融凍脹病害。
本發(fā)明在實(shí)施時(shí)，隧道保溫隔熱材料的選擇本著經(jīng)濟(jì)、安全、有效和便于 維修的原則選擇保溫隔熱材料。從導(dǎo)熱系數(shù)、溫度穩(wěn)定性、使用溫度范圍、燃 燒性能、密度、吸水率等參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)選。
本發(fā)明所指的特長隧道，是指長度大于3km隧道。
權(quán)利要求
1、一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法，其做法為A、隧道內(nèi)各處溫度的確定根據(jù)隧道所處環(huán)境溫度計(jì)算出隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值；B、保溫隔熱層長度的確定根據(jù)A步得到的隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值，對于隧道進(jìn)、出口襯砌年最低溫度小于0℃的部位，則敷設(shè)保溫隔熱層，保溫隔熱層的長度達(dá)到隧道縱向深部襯砌的年最低溫度大于0℃處；而對于隧道縱向深部襯砌年最低溫度大于0℃處，則不敷設(shè)保溫隔熱層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔 熱層的敷設(shè)方法，其特征在于所述的保溫隔熱層的長度在達(dá)到隧道縱向深部 襯砌的年最低溫度大于(TC處，再向隧道深處延長15%—30°/ 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔 熱層的敷設(shè)方法，其特征在于所述的A步隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值按以下公式進(jìn) 行計(jì)算"m ^ 365 d 24其中，"為隧道環(huán)境的年平均氣溫，Ay為年溫度變化振幅，d。、 h。為相位，Aa為 日溫度變化振幅；tm、 Ay、 Ad均為計(jì)算點(diǎn)距離隧道洞口的函數(shù)，用擬合方式獲得。 4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱 層的敷設(shè)方法，其特征在于所述的保溫隔熱層厚度5按以下公式確定其中入。為地表的^^t巖(土)體的導(dǎo)熱系數(shù)，r。為隧道的當(dāng)量半徑，5。 為氣象資料中的最大凍深；人為所選擇的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
全文摘要
一種凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)方法，其做法為A.隧道內(nèi)各處溫度的確定根據(jù)隧道所處環(huán)境溫度計(jì)算出隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值。B.保溫隔熱層長度的確定根據(jù)A步得到的隧道內(nèi)各點(diǎn)的氣溫值，對于隧道進(jìn)、出口襯砌年最低溫度小于0℃的部位，則敷設(shè)保溫隔熱層，保溫隔熱層的長度達(dá)到隧道深部襯砌的年最低溫度大于0℃處；而對于隧道深部襯砌年最低溫度大于0℃處，則不敷設(shè)保溫隔熱層。該方法尤其適用于凍融凍脹地區(qū)特長公路隧道抗防凍保溫隔熱層的敷設(shè)，其材料消耗小，敷設(shè)成本大幅度降低，日常維護(hù)方便。
文檔編號E21D11/38GK101225744SQ20081004535
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者川 何, 張志強(qiáng), 勇 方, 晏啟祥, 曾艷華, 萍 耿, 謝紅強(qiáng) 申請人:西南交通大學(xué)