可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及隧道洞口边坡领域，一种可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的结构，包括边坡岩土体、片石层和边坡支挡结构；在片石层中，等间距布设管壁设有通气孔的通风管道；通风管道的上端朝向寒季冷风方向，其上下两端均设置有水平横向坡度，其下端与纵向的排水沟相连；在通风管道的上下两个端口处设置阻风盖；在边坡支挡结构底部布设有与通风管道的部位相对应的正方形通风口，而边坡支挡结构其余部位嵌入地表以下。利用片石层中冷空气的自然对流循环及带有通气孔的通风管内快速通风降温的特点，对高温不稳定冻土区隧道洞口边坡进行主动降温，降低边坡体温度、提升冻土上限、增加地层冷储量，解决高温不稳定冻土区隧道洞口边坡支挡结构冻害问题。
【专利说明】可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道洞口边坡领域，具体涉及一种避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的新颖结构。
【背景技术】
[0002]我国多年冻土面积占国土总面积的22%，随着冻土区工程建设的高速发展，在冻土区在建及拟建的公路工程越来越多，这就不可避免的遇到多年冻土区隧道洞口边坡冻害问题。目前我国在高温不稳定冻土区已建的隧道工程，相当一部分出现了洞口边坡热融滑塌或冻胀问题，威胁支挡结构稳定性及行车安全性。
[0003]当多年冻土区隧道洞口边坡开挖后，将打破冻土原有的水热平衡，导致边坡热融滑塌及冻胀等灾害，威胁支挡结构的稳定性。目前，处理寒区隧道洞口边坡冻害，主要是从保温及截排水方面考虑。一方面采用遮阳棚或保温板等措施，通过避免日光照射或增加热阻来降低边坡体温度；另一方面，利用挡水埝堵截渗入隧道洞口边坡的地表水，同时利用保温渗水盲沟等结构排出坡体内部的地下水，避免因地下水冻结而对边坡支挡结构产生冻胀力。但在高温不稳定冻土区，采用保温措施增加边坡岩土体的热阻，只能延缓多年冻土的融化，边坡岩土体仍然会随着使用年限的增加而出现冻融循环现象；另一方面，当年积算冷度的绝对值大于年积算热度时，截排水系统仍然会由于地下水冻结而失效，难以保证其耐久性及长期服役性能，无法从根本上避免边坡支挡结构的冻害。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于克服现有技术的不足，解决高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害问题，本发明公开一种避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的新颖结构。
[0005]为此，本发明给出的技术方案是:
一种可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的新颖结构，其特征在于，从内侧到外侧依次包括:边坡岩土体1、片石层2和边坡支挡结构3。在所述片石层3中，等间距布设管壁设有通气孔5的通风管道4。通风管道4的上端朝向寒季冷风方向，同时为方便空气冷凝水和雨水排出，其上下两端均设置水平横向一定的坡度，其中下端与边坡底部纵向的排水沟6相连；在通风管道4的上下两个端口处设置阻风盖7，所述阻风盖7在寒季开启，而暖季将之关闭。在所述边坡支挡结构3底部布设有与通风管道4的部位相对应的正方形通风口 8,而边坡支挡结构3其余部位嵌入地表以下，以保证支挡结构的稳定。
[0006]应用时，所述通风管道4上下两端的坡度，可确定为水平横向2%_5%。
[0007]基于上述结构设计方案，由片石层2及其管壁带有通气孔5的通风管道4组成了一种避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的功能核心结构，利用冷空气在片石层2中的自然对流并结合通风管道4的快速通风降温特点，通过改变边坡岩土体内的热传输机理来调整边坡的温度状态，达到保护多年冻土的目的。
[0008]具体说，此结构在高温不稳定多年冻土区隧道洞口边坡坡面与边坡支挡结构(例如采用浆砌片石挡墙或钢筋混凝土挡墙等实现，都为现有技术)之间以贴壁形式铺设片石层，其中含带有通气孔的通风管道，并在通风管道上下两端设置阻风盖7。由于片石层本身为松散结构，片石之间含有较大空隙，空气可在空隙内自由流动，此时边坡岩土体中的热传导方式将从单一传热模式转化为传热-对流耦合模式。在寒季，由于大气温度低于地层温度，密度较大的冷空气沿片石之间的空隙下沉进入边坡岩土体1，同时置换地层中密度较小的热空气，在片石层中形成对流换热，促使边坡体地层中的热量散失，起到对岩土体降温的作用。在暖季，由于大气温度高于岩土体温度，此时密度较小的热空气无法下沉进入边坡体，阻止了坡体内冷空气与外界的热交换，使地层仍能保持较低温度。综上所述，片石层所起的综合效果即为冷空气输入远大于热空气输入，因此可以保证边坡岩土体始终处于低温状态，可以增加地层冷储量，使冻土上限上升，保证支挡结构不会因冻融循环作用或热融滑塌而破坏。
[0009]同时，在通风管端部设置阻风盖7，在寒季开启，保证冷空气在管内流通，以加快路基散热，起到储冷作用；在暖季关闭，以阻止外界热量传入路基，避免热风通过通风管流通，起到隔热作用。该结构可实现降低边坡岩土体温度，增加地层冷储量，提升多年冻土上限的效果，从而避免边坡支挡结构在冻融循环作用下的冻害。
[0010]与现有技术相比，本发明技术方案结构设计必然带来的有益效果为:
提出利用片石层中冷空气的自然对流循环及带有通气孔的通风管内快速通风降温的特点，对高温不稳定冻土区隧道洞口边坡进行主动降温的新理念，以降低边坡体温度、提升冻土上限、增加地层冷储量为最终目的，可以从根本上解决高温不稳定冻土区隧道洞口边坡支挡结构冻害问题。
[0011]【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明结构正视图。
[0013]图2为图1中A-A’截面横剖面图。
[0014]图3为图1中B-B’截面横剖面图:防护结构寒季结构图a)。
[0015]图4为图1中B-B’截面横剖面图:防护结构暖季结构图b)。
[0016]图5为通风管道大样图。
[0017]图中:1_边坡岩土体；2_片石层；3_边坡支挡结构；4_通风管道；5_通气孔；6-排水沟；7_阻风盖；8-通风口。
【具体实施方式】
[0018]实施应用例
如图1-图5所示，实际应用时，边坡体按规范规定开挖到设计坡度后，将坡面整平，在其坡面及地面呈L型贴壁式铺设粒径约20cm左右，厚度为0.5 -1.0m的片石层2。片石层2内部均匀布设直径20-30cm的S型PVC通风管道4，间距为4_5倍管径，通风管道4管体呈梅花型均匀布置直径5cm的通气孔5，以保证通风管道4内的空气在片石层2内的对流通畅；通风管道4底端设置2%-5%的坡度，与坡底纵向排水沟6相连，以便排出进入通风管内的雨水或雪水；通风管道4顶端在坡顶上部5-10cm高度处设置水平向横坡，避免降雨条件下雨水直接流入管体内；使通风管道4上端的横向部分朝向寒季冷风方向，同时在通风管道4上下两端设置阻风盖7，在寒季开启，暖季关闭，以保证最大限度的流通冷空气；在片石层2外侧贴壁施工边坡体支挡结构3 (浆砌片石挡墙或钢筋混凝土挡墙)，边坡支挡结构3嵌入地表以下一定深度，以保证土压力下自身的稳定性；边坡支挡结构3在通风管道4部位设置边长为40-50cm的正方形通风口 8，保证片石层2内部的空气对流。
[0019]本实施例结构的工程施工实现方式:(1)洞口边坡体开挖后，按规范要求的坡度对坡面进行整平处理。
[0020](2)选择粒径20cm左右的隧道内爆破块石或采石场石材，在坡面上分层贴壁施工厚度0.5-1.0m厚度的片石层2。
[0021](3)在通风管设计位置铺设直径20-30cm的PVC通风管道4，上下两端采用弯型接头连接，均设置2%-5%的坡度，方便管内水体排出，上端高出边坡体表面5-lOcm。
[0022](4)加工与通风管道4外径稍大的阻风盖7，在暖季对通风管道4进行封堵。
[0023](5)在坡角部位施工挡墙基坑，在片石层2外侧施工边坡体支挡结构3 (浆砌片石挡墙或钢筋混凝土挡墙)，在未设置通风管部位嵌入岩土体中。
[0024]( 6 )在挡墙外地表施工排水沟6。
[0025]本发明实施例技术方案结构设计必然带来的有益效果为:
(1)提出利用片石层中冷空气的自然对流循环及带有通气孔的通风管内快速通风降温的特点，对高温不稳定冻土区隧道洞口边坡进行主动降温的新理念，以降低边坡体温度、提升冻土上限、增加地层冷储量为最终目的，可以从根本上解决高温不稳定冻土区隧道洞口边坡支挡结构冻害问题；
(2)片石护坡结构，原材料取材方便，可利用隧道中爆破后的围岩或公路采石场的石材直接铺设；
(3)在施工及运营过程中对边坡体没有任何热融扰动，无污染，且无需任何动力设备，不破坏生态环境；
(4)从施工及运营成本角度，片石层与PVC通风管材护坡结构，无需保温及排水系统，可大大节省投资，且无需后期维护费用。
【权利要求】
1.一种可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的结构，其特征在于，从内侧到外侧依次包括:边坡岩土体(I)、片石层(2 )和边坡支挡结构(3 ); 在所述片石层(3)中，等间距布设管壁设有通气孔(5)的通风管道(4);所述通风管道(4)的上端朝向寒季冷风方向，，其上下两端均设置有水平横向坡度，其中下端与边坡底部纵向的排水沟(6)相连；在通风管道(4)的上下两个端口处设置阻风盖(7)，所述阻风盖(7)在寒季开启，而暖季将之关闭； 在所述边坡支挡结构(3)底部布设有与通风管道(4)的部位相对应的正方形通风口(8),而边坡支挡结构(3)其余部位嵌入地表以下。
2.如权利要求1所述的可避免高温不稳定冻土区隧道洞口边坡冻害的结构，其特征在于，所述通风管道(4)上下两端的坡度为水平横向2%-5%。
【文档编号】E02D31/14GK103938658SQ201410135146
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】沈世伟, 夏才初, 黄继辉 申请人:同济大学