[发明专利]一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构

说明书

本发明属于寒区隧道防冻保温技术领域，公开了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴所述初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置所述防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。本发明可解决现有寒区隧道铺设聚氨酯等保温隔热材料在季节冻融作用下隔热性能降低，耐久性差，现场施工过程复杂，影响寒区隧道安全运营等问题。

技术领域

本发明属于寒区隧道防冻保温技术领域，涉及一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构。

背景技术

季节性冻土区隧道贯通后在寒冷季节由于冷空气的流动将会带走大量的热量使隧道排水系统结冰瘫痪，冻融循环作用使围岩强度降低。

目前寒区隧道的防冻措施主要有：供热法、保温隔热层法和防寒门法等。其中保温隔热层因其工程投资小，适用性较强，满足保温隔热要求而被广泛使用；铺设保温隔热材料的方式主要有两种：第一种是在初期支护与二次衬砌之间铺设，如图1所示；第二种是在初期支护与二次衬砌之间以及二次衬砌表面铺设，如图2所示。而传统的保温结构存在以下问题，第一种由于保温材料的可燃性和施工安装过程的复杂性需要对保温材料采取特殊的防火和饰面处理；保温材料覆盖在衬砌表面当衬砌开裂等病害难以发现，不能及时治理。第二种保温隔热层材料的可燃性使它二次衬砌钢筋焊接时易引发火灾；二次衬砌振捣时容易使已施工好的保温材料脱落；保温隔热层在隧道结构内部破坏失效后不易维修和处理；保温材料安装在初期支护和二次衬砌之间由于荷载和水的存在容易使保温材料吸水和变形使保温隔热效果变差甚至破坏失效。且两种衬砌结构都需铺设保温层，隧道开挖断面增大并增加一道施工工序延长了施工时间。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施提供了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构。所述技术方案如下：

提供了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；

其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。

进一步地，气凝胶混凝土的制备工艺为：先将高效减水剂和消泡剂加入天然水混合均匀得到混合液体，然后将超细水泥、高强轻细集料、硅灰、气凝胶颗粒、聚丙烯腈纤维人工混合均匀，形成混合干料；最后将混合液体分两次加入制得的均匀混合干料中，第一次加入混合液体时进行人工搅拌，润湿干料防止气凝胶灰飞，第二次加入混合液体时用搅拌机拌合，搅拌速度宜先慢后快。

进一步地，所述气凝胶颗粒为二氧化硅气凝胶颗粒，气凝胶颗粒粒径在5mm以内。

进一步地，所述硅灰掺量不超过超细水泥质量的10％。

进一步地，所述超细水泥浆体积占比大于40％，气凝胶颗粒体积占比小于60％。

进一步地，所述聚丙烯腈纤维掺量为1.5kg/m³。

进一步地，所述气凝胶混凝土的导热系数根据所述二次衬砌的厚度等效热阻计算。

进一步地，所述气凝胶混凝土的导热系数不大于0.15W/(m·K)，所述气凝胶混凝土的厚度为40～60cm。

本发明实施提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本发明所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，气凝胶混凝土较低的导热系数使得浇筑的二次衬砌既能充当承重结构又兼具一定的保温隔热性能。相当于把传统防冻保温结构由原来的承重防护结构(二次衬砌)和保温结构(保温层)简化为一层气凝胶混凝土二次衬砌。整个隧道防冻衬砌结构的设计更简单，施工更方便，降低了施工成本，提高了施工效率。