一种加速对流通风冷却锚管及施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加速对流通风冷却锚管及施工方法，属寒区边坡支护领域，适用 于多年冻土边坡。
【背景技术】
[0002] 我国冻土大多分布在东北高炜度和西部高海拔地区，尤其是青藏铁路沿线的多年 冻土地区，其冻土类型最为多变，受外界条件影响极其敏感。随着西部大开发战略的不断推 进，西部地区经济建设力度加大，基础设施建设也不断完善，越来越多的公路、铁路、输油输 气管线以及光缆等工程在多年冻土地区开工建设，因此涌现出大量的多年冻土边坡，如果 不对这些冻土边坡进行工程治理，有可能给工程设施的安全运营带来巨大的隐患。
[0003] 随着近年来全球气候的持续变暖，越来越多的多年冻土边坡开始变得不稳定，换 填冻融土层的处理方法因工程量大、造价高、对环境的影响较大等缺点，现已很少使用；隔 热保温稳固措施不够可靠，对地表植被影响较大;普通喷锚支护通常采用水泥浆作为锚固 剂，锚固剂凝固时产生水化热而影响冻土稳定性;而抗滑粧、重力式挡墙等支护结构体积巨 大，抗冻胀能力弱，治理效果不理想。因此，在治理冻土边坡时，通常不作为优选方案。申请 号：201310484345.4的专利提出了一种保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构。该结 构一方面能够通过通风冷却锚管进行对流换热来主动降低周围土体的温度，使其维持冻结 状态;另一方面，集合通风管与锚固技术于一体的通风冷却锚管和框架一起构成空间结构， 两者协同工作，提高了支护边坡的整体稳定性。然而，该发明仍然存在不足，如通风管仅依 靠冷空气在自重作用下流入坡体内进行对流换热，换热能力差，降温效果不理想;结构无法 阻挡外界暖空气进入坡体，在夏季时，暖空气很容易流经通风冷却锚管加速坡体融化;所注 锚固剂为水泥浆，水泥硬化时会释放水化热，该热量会引起冻土融化，回冻时间较长，对冻 土坡体的稳定性影响较大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种加速对流通风冷却锚管及施工方法。
[0005] 本发明是一种加速对流通风冷却锚管及施工方法，其中加速对流通风冷却锚管， 通风冷却锚管包括锚管1、对流管2、纤维袋5、接头6、抽风管19和冻结系统;锚管1为两端带 有外螺纹，后半段钻有通风孔3的钢管;对流管2为带有通风孔3的中空管，且两端均设有定 位架4;接头6为圆筒7前端内设螺纹，中部和后端均设挡环8,注浆管9和U型管10穿过圆筒7， 且密封固定于圆筒7中部，注浆管9的前端套袖阀11;冻结系统由水栗13、水箱14、导管15和 盐水构成;锚管1穿过定位架4嵌套于对流管2内，锚管1后端与接头6连接，卡子12将纤维袋5 从外侧固定于接头6的两个挡环8之间；导管15穿过锚管1与注浆管9连接，通过导管15向纤 维袋5内压力注浆;导管15依次将U型管10、水栗13和水箱14连接形成回路，通过水栗13输送 冷盐水，盐水流经U型管10将纤维袋5内的浆体16冻结;浆体16冻结膨胀锚固于稳定地层;锚 具17将锚管1锚固于垫片18上，对流开关21穿过锚管1安装于对流管2端部，抽风管19 一端安 装抽风开关20、另一端通过卡子12与锚管1连接;抽风开关20和对流开关21分别控制抽风管 19和对流管2的管口封闭与张开。
[0006] 加速对流通风冷却锚管的施工方法，其步骤为： (1) 制作锚管1、对流管2和抽风管19:根据工程中多年冻土冻融活动层的最大厚度确定 锚管1和对流管2的长度，且锚管1比对流管2长30~40cm;锚管1是直径为50~60mm钢管，两端 车削外螺纹，后半段管壁上开设通风孔3;对流管2是直径为100~120mm的中空管，管壁上均 匀开设通风孔3,外围包裹目数为90~160的密目纱布，两端分别设置定位架4,定位架4内环 直径略大于锚管1，通风孔3直径为10~30mm，纵横间距为80~100mm;根据通风需求确定抽风 管19的长度，抽风管19加工为z型弯管，直径与锚管1相同； (2) 制作接头6和纤维袋5:根据工程所需锚固段的长度确定U型管10和纤维袋5的长度； 金属圆筒7前端车削内螺纹，中部和后端从外侧焊接挡环8,圆筒7的直径与锚管1相同，长度 为15cm~20cm，采用直径为8~12mm的塑料管加工注浆管9和U型管10,注浆管9和U型管10穿过 圆筒7，前端露出圆筒7约10~15cm，橡胶密封固定于圆筒7中部，注浆管9的前端套有袖阀11 组成接头6;采用纤维材料加工细长纤维袋5; (3) 制作垫片18:用金属材料制作内垫环和外垫环，内垫环的直径为60~65mm，外垫环的 直径为130~150mm，连接筋将内垫环和外垫环焊接组成垫片18; (4) 制作抽风开关20和对流开关21:将相变温度为~^_:~奶〇的形状记忆聚合物加工成 片状，抽风开关20的聚合物片形状为扇形，对流开关21的聚合物片形状为扇环;用金属材料 制作卡环，将形状记忆聚合物片黏结于卡环上，数量为4~6片;加工训练形状记忆聚合物片， 使其温度低于相变温度时，形状记忆聚合物片处于紧贴卡环壁状态，温度高于相变温度时， 则从紧贴管壁的状态恢复到垂直于卡环壁状态； (5) 放线和定位:边坡开挖后，根据工程设计用测量仪器确定通风冷却锚管的施设位 置； (6) 施工通风冷却锚管：钻孔:在施设位置从坡面向坡内进行钻孔;②组装和安放： 将锚管1穿过定位架4嵌套于对流管2内，锚管1后端与接头6通过螺纹连接，且定位架4紧靠 中部的档环8,采用卡子12将纤维袋5从外侧固定于接头6的两个挡环8之间形成一体，然后 放入坡体的钻孔内；③注浆：导管15穿过锚管1，并与注浆管9连接，通过导管15向纤维袋5 内压力注浆，注浆完成后卸下导管15;?冻结:采用导管15依次将U型管10、水栗13和水箱14 连接形成回路，通过水栗13输送冷盐水、盐水流经U型管10将纤维袋5内的浆体16冷却，经热 交换的高温盐水送回水箱14再进行冷却降温，循环往复，直至浆体16冻结完成，卸下冷却系 统;#锚固：在锚管1上依次套垫片18和锚具17,并进行张拉，锚具17和垫片18将锚管1固定 于坡面上;?安放抽风开关20、对流开关21和抽风管19:在锚管1上套对流开关21，将对流开 关21安装于对流管2上，在抽风管19的一端安装抽风开关20,另一端通过卡子12与锚管1连 接； (7) 按照第(5)、（6)步的步骤施工下一根通风冷却锚管。
[0007] 本发明的有益效果是:本发明综合利用烟囱效应原理、冻结技术、形状记忆聚合物 和锚固技术于一体，构造出加速对流通风冷却锚管。该发明适用于多年冻土边坡工程灾害 治理，主要优点有：（1)基于烟肉效应设置抽风管，加快坡体内的高温气体沿抽风管向坡外 排出的速度；同时促使外界冷空气快速进入对流管内，增强了外界冷空气与坡体对流换热 速率，显著降低坡体温度。（2)当外界温度高于坡体内部温度时，烟囱效应的逆向作用导致 坡体内的气体很难沿抽风管排出坡外，并且外界热空气也会通过对流管进入坡体内。为了 防止烟肉的逆向效应和热空气进入坡体，利用形状记忆聚合物设计出抽风开关和对流开 关。当外界温度高于冻融临界温度（即控制开关的相变温度)_2~0 eC时，形状记忆聚合物 片从紧贴卡环壁状态变为垂直于卡环壁状态，切断对流换热通道，从而达到控制效果目的。 (3)充分利用滑移面以下多年冻土层常年处于冻结状态的特点，采用冻结技术将纤维袋内 的泥浆冻结形成锚固体，避免了普通锚固剂凝固硬化时产生水化热而影响冻土层的稳定 性，而且能将冻融活动层锚固于稳定土体上。（4)通风系统、排风系统、冻结系统和注浆系统 均相互分离，发挥各自作用，互不影响，协同工作实现能通风冷却与锚固功能。（5)本发明结 构简单，组装程度高，施工方法简便易行。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明通风冷却锚管的示意图；图2是本发明锚管1的示意图；图3是本发明 对