一种寒区隧道洞口带空气格的阶梯式保温结构的制作方法

本实用新型涉及一种保温结构，具体涉及一种寒区隧道洞口带空气格的阶梯式保温结构。

背景技术：

随着我国基础建设的不断深入，在严寒地区规划和修建的隧道工程越来越多，且隧道长度越来越长；出现了大量的特长或长隧道，例如川西高原的雪山梁隧道、雀儿山隧道、巴郎山隧道等；为防止寒区隧道冻害，在隧道衬砌表面铺设保温材料防冻融措施被广泛采用；对于中短隧道，保温材料通常沿全长布置，对于特长或长隧道，通常采用经验公式或类比分析法确定洞口段的保温层布设厚度和长度，且采用等厚保温板形式铺设；保温材料对导热性能参数要求严格，往往导致其造价很高，以5cm厚的聚氨酯保温材料为例，每平米造价约为300元，隧道纵向每延米造价约为6000元；根据目前国内外工程实际铺设保温厚度来看，范围一般在5-10cm内，隧址区海拔或维度越高，围岩防冻融所需的保温材料厚度越大。

根据竣工后严寒地区特长或长隧道纵向温度测试可知，在洞口端，洞内气温与环境气温波动基本一致；但往洞身方向延伸，气温振幅会越来越小，年平均气温会越来越高，在达到一定深度后，围岩不会再出现冻结现象，此时不再需要铺设保温材料进行围岩防冻融；但是目前隧道洞口的保温结构存在造价高的问题。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种可节约保温材料，工程造价低的寒区隧道洞口带空气格的阶梯式保温结构。

本实用新型采用的技术方案是：一种寒区隧道洞口带空气格的阶梯式保温结构，包括设置在隧道洞内壁衬砌表面的保温层；保温层至少设置有两段，为从洞口端向内厚度逐渐变小的阶梯式结构；保温层上、下表面为保温材料，内部由支撑骨架构成的多个封闭结构空气格。

进一步的，所述支撑骨架为轻质高强塑料骨架。

进一步的，所述空气格大小相同，呈阵列式排布。

进一步的，所述保温层有五段。

进一步的，所述保温层每段长度均相同。

进一步的，所述空气格大小为20cm×20cm。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型保温层中具有支撑骨架分割构成的空气格，空气格中的空气基本可保持静止，保温效果好；

（2）本实用新型根据隧道纵向温度特点确定保温层厚度，并且内部为空气格结构，可节约大量保温材料，并且工程造价低。

附图说明

图1为本实用新型纵剖面示意图。

图2为本实用新型断面结构示意图。

图3为本实用新型使用时隧道断面图。

图4为本实用新型中支撑骨架结构示意图。

图中：1-保温层，2-支撑骨架，3-衬砌，4-空气格。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1-4所示，一种寒区隧道洞口带空气格的阶梯式保温结构，包括设置在隧道洞内壁衬砌3表面的保温层1；保温层1至少设置有两段，为从洞口端向内厚度逐渐变小的阶梯式结构；保温层1上、下表面为保温材料，内部由支撑骨架2构成的多个封闭结构空气格4。

进一步的，所述支撑骨架2为轻质高强塑料骨架。

进一步的，所述空气格4大小相同，呈阵列式排布。

进一步的，所述保温层1有五段，具体设置保温层的段数可根据实际情况而确定，本实施例中设置有五段。

进一步的，所述保温层1每段长度均相同；每段的长度可根据具体情况来设定。

进一步的，所述空气格4大小为20cm×20cm。

本实用新型充分发挥严寒地区特长或长隧道洞口段保温材料的作用，使用过程中包括以下注意方面：

1、根据洞口环境年平均温度、年振幅、洞口围岩热物理参数，隧址区地热梯度等参数对衬砌3内表面铺设保温材料的本实用新型结构模型进行温度场计算，得出确保围岩不出现冻胀所需保温材料的最小厚度。

2、根据工程类比法或经验公式法或隧道贯通后洞内纵向温度实测，确定距洞口200m、400m、600m、800m、1000m等位置处（具体位置点根据实际隧道计算结果确定）的年平均温度、年振幅，同样采用上述办法，计算围岩温度场，分别确定围岩不出现冻胀所需保温材料的最小厚度。

3、根据不同位置所计算出的保温层厚度，考虑到可能出现温度极端条件，按以往工程设计考虑具体案情系数最终确定所需保温层厚度，通常来说，安全系数可取1.2～1.5。

4、根据所划区间，以距离洞口较近一端保温层厚度值为实际隧道保温材料布设值。

5、当计算所需保温层较厚时（如大于3cm），采取在保温结构中加入轻质塑料骨架的方法，即轻质高强塑料骨架两侧均设置有保温材料，组成保温材料+空气格+保温材料的叠合保温结构。

6、轻质高强塑料骨架可按1cm厚的基本厚度单元设计，空气格尺寸可按20cm×20cm大小设计，轻质高强塑料骨架可以叠加，当要求较厚保温材料才能达到防冻保温效果时，通过叠加方式加大空气格厚度。

空气格4在封闭状态下，空气的导热系数约为0.023W/(m·k)，比目前用于寒区隧道的保温性能最好的保温材料的导热系数还要低；因此采用这种保温结构可以节约保温材料，降低工程造价，而且保温效果好；一方面采用阶梯式的防冻保温结构，即根据隧道纵向保温特点来确定保温层厚度，洞口段保温层厚度较大，越往隧道内延伸，铺设的保温层厚度呈递减趋势；另一方面，当需要保温层厚度较大时，在防冻保温结构中加入轻质高强塑料骨架组成的空气格，即充分利用静止空气导热系数低的特点；即可达到在不影响防冻融效果的情况下，达到节省大量保温材料，减少工程造价的目的。

本实用新型通过在保温层1内加入轻质高强塑料骨架，隔成一定长度和宽度的空气格4，在空气格4两侧铺设保温材料，安装好的保温结构其中的空气格4中空气基本可以保持静止状态，充分利用空气层做保温层；根据隧道纵向温度特点来确定保温层1厚度，采用阶梯式的防冻保温结构，进而达到既定保温效果同时又可以节约大量保温材料，降低工程造价。