多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的制作方法

本发明涉及寒区隧道工程领域，具体涉及一种多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构。

背景技术：

多年冻土隧道开挖后，原有的热平衡状态被打破，引起多年冻土围岩融化，形成融化圈。运营期间，洞内气温会随季节变化，造成围岩的冻融循环，引起渗漏水、结构冻胀破坏等冻害问题。促进多年冻土围岩快速回冻、保持稳定冻结状态是多年冻土隧道长期稳定服役的关键。

目前国内外一般采用在隧道衬砌结构上铺设保温隔热层的方式来降低空气与围岩的热交换，减轻冻融循环对衬砌结构的不利影响。常用的保温隔热层铺设方式主要两种，一种是在隧道二次衬砌表面铺设，另一种是在防水层和隧道二次衬砌之间铺设。理论上保温隔热层的铺设能起到有效的保温隔热效果，从而解决多年冻土隧道的冻融循环灾害问题。然而工程实践表明，保温隔热层并不能完全阻隔隧道内部与衬砌背后围岩的热量交换。暖季时，洞内气温较高，会使围岩产生一定程度的消融，而在寒季，冷空气的侵入又会促使围岩重新冻结。传统保温层设置虽然可以在暖季时阻隔热量的侵入，但同时在寒季时也阻止了融化围岩的回冻。

因此，需要一种多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构解决上述问题，既能在暖季起到有效的保温隔热效果，又能在寒季开启，使衬砌背后围岩充分吸冷、快速回冻，同时进一步降低温度，抵抗暖季正温，从而减轻冻融循环，保证多年冻土隧道长期稳定服役。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构，既能在暖季起到有效的保温隔热效果，又能在寒季开启，使衬砌背后围岩充分吸冷，快速回冻，从而减轻冻融循环，保证多年冻土隧道长期稳定服役。

本发明所采用的技术方案为：

多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构，其特征在于：

所述结构位于隧道衬砌结构内，包括铺设在隧道衬砌结构内侧的固定保温板，固定保温板沿隧道纵向间隔设置有环向断开，在断开环槽中设置有可开启式保温板，可开启式保温板在断开环槽中环向均匀布置。

固定保温板背后的隧道衬砌结构上通过锚固螺栓固定有纵向的矩形钢管，矩形钢管内侧固定有环向钢板条，固定保温板固定在环向钢板条内侧。

可开启式保温板固定在可开启式保温板支撑面板上，可开启式保温板支撑面板背面以及对应的隧道衬砌结构上均设置有固定铰支座，对应固定铰支座之间设置有可伸缩螺杆套筒；

可开启式保温板外侧边缘的固定铰支座固定在环向的钢板条上，可伸缩螺杆套筒伸长时，可开启式保温板能绕外侧的固定铰支座向外开启。

固定保温板和可开启式保温板的表面均设置有防火板。

可伸缩螺杆套筒包括内部有螺纹的套筒和套筒内的螺杆，配置有驱动电机，与驱动电机与螺杆相连并带动螺杆正转和反转，实现可伸缩螺杆套筒伸长和缩短。

隧道衬砌结构背后的围岩中设置有外侧温度传感器，隧道内设置有内侧温度传感器。

内侧温度传感器、外侧温度传感器接入控制器，驱动电机也接入控制器，控制器根据内外温差变化控制驱动电机的运行，从而控制可开启式保温板的开启和闭合。

本发明具有以下优点：

本发明能够通过控制器根据隧道衬砌内外实时气温变化控制电机转动，实现可开启式保温板的开启和闭合。既能在暖季隧道内气温较高时起到有效的保温隔热效果，又能在寒季开启，使衬砌背后围岩充分吸冷，快速回冻，从而减轻冻融循环，保证多年冻土隧道长期稳定服役。

附图说明

图1是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构横断面示意图(固定保温板部分)；

图2是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构横断面示意图(可开启式保温板部分)；

图3是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的整体模型示意图；

图4是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的固定保温板横断面细部示意图；

图5是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的保温板闭合状态的横断面细部示意图；

图6是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的保温板闭合状态的纵断面细部示意图；

图7是本发明实施例的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构的保温板开启状态的纵断面细部示意图。

图中标识为：隧道衬砌结构1、矩形钢管2、环向钢板条3、固定保温板4、可开启式保温板5、可开启式保温板支撑面板6、可伸缩螺杆套筒7、驱动电机8、控制器9、内侧温度传感器10、外侧温度传感器11、防火板12、锚固螺栓13、固定铰支座14、空气15、控制器16。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构，所述结构位于隧道衬砌结构1内，包括铺设在隧道衬砌结构内侧的固定保温板4，固定保温板4沿隧道纵向间隔设置有环向断开，在断开环槽中设置有可开启式保温板5，可开启式保温板5在断开环槽中环向均匀布置。固定保温板4和可开启式保温板5的表面均设置有防火板12。

固定保温板4背后的隧道衬砌结构1上通过锚固螺栓13固定有纵向的矩形钢管2，矩形钢管2内侧固定有环向钢板条3，固定保温板4固定在环向钢板条3内侧。

可开启式保温板5固定在可开启式保温板支撑面板6上，可开启式保温板支撑面板6开启侧内侧以及对应的隧道衬砌结构1上均设置有固定铰支座14，对应固定铰支座14之间设置有可伸缩螺杆套筒7；可开启式保温板5固定侧外侧边缘的固定铰支座14固定在环向的钢板条3上。可伸缩螺杆套筒7伸长时，可开启式保温板5能绕外侧的固定铰支座14向外开启。可伸缩螺杆套筒7包括内部有螺纹的套筒和套筒内的螺杆，配置有驱动电机8，与驱动电机8与螺杆相连并带动螺杆正转和反转，实现可伸缩螺杆套筒7伸长和缩短。

隧道衬砌结构1背后的围岩中设置有外侧温度传感器11，隧道内设置有内侧温度传感器10。内侧温度传感器10、外侧温度传感器11接入控制器9，驱动电机8也接入控制器9，控制器9根据内外温差变化控制驱动电机8的运行，从而控制可开启式保温板5的开启和闭合。

以下结合附图对本发明进行进一步详细的说明：

参见附图，本发明所述一种多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构包括设于隧道衬砌结构1上用于固定环向钢板条3的矩形钢管2，固定保温板4、可开启式保温板5、可开启式保温板支撑面板6、可伸缩螺杆套筒7、驱动电机8、控制器9、内侧温度传感器10、外侧温度传感器11、防火板12、锚固螺栓13及固定铰支座14。矩形钢管2沿隧道纵向通过锚固螺栓13固定于隧道衬砌结构1上，同时环向的钢板条3间隔一定距离焊接在矩形钢管2上，同时在固定保温板4环向断开处均设置环向钢板条3，用于加固开启式保温板结构，并且支撑开启式保温板5固定侧外侧边缘的固定铰支座14。固定保温板4铺设于钢板条3上形成离壁铺设，实现保温板4背后空气的自由流通。

可开启式保温板5铺设于可开启式保温板支撑面板6上，可开启式保温板支撑面板6固定侧通过固定铰支座14固定于钢板条3上，开启侧通过固定铰支座14与可伸缩螺杆套筒7相连，可伸缩螺杆套筒7另一端与驱动电机8相连，可由驱动电机8带动伸长或缩短。同时，驱动电机8通过固定铰支座14固定在隧道衬砌结构1上。同时驱动电机8与控制器9的输出端连接，控制器9的输入端连接内侧温度传感器10和外侧温度传感器11。控制器9可根据输入端的温度变化，可控制电机8的正转和反转，实现可伸缩式套筒7的伸长和缩短，从而实现可开启式保温板5的开启和闭合。同时，所有保温板表面均铺设防火板12。

具体的多年冻土隧道可开启式吸冷防融结构开关控制方法包括以下步骤：

步骤一：控制器9接收三个内侧温度传感器10的温度值t1、t2、t3，并判断得出其中最大值tmax；同时接收三个外侧温度传感器11的温度值t′1、t′2、t′3，并判断得出其中最小值t′min；

步骤二：将tmax和t′min进行比较，若tmax＜t′min，当可开启式保温板5处于关闭状态时，控制器9控制驱动电机8正转，使可伸缩式套筒7伸长，开启式保温板5开启，使洞内冷空气进入保温板背后，围岩吸冷回冻；当可开启式保温板5处于开启状态时；则不采取任何操作。若不满足tmax＜t′min，继续下一步骤：

步骤三：当可开启式保温板5处于关闭状态时，不采取任何操作；当可开启式保温板5处于开启状态时；控制器9控制驱动电机8反转，使可伸缩式套筒7缩短，开启式保温板5闭合，阻止隧道衬砌内外热量交换，保持衬砌背后围岩的冻结稳定；

步骤四：每隔10min，重复步骤一、二、三。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。