一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构及其施工方法与流程

本发明属于隧道隔温衬砌，具体涉及一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构及其施工方法。

背景技术：

1、随着交通基建的快速发展，大量的隧道面临高地温和寒区等恶劣环境。建造隔温衬砌是治理隧道高地温热害和抗冻害的常用措施。一般情况下，隔温衬砌主要由初期支护(初支)、二次衬砌(二衬)、隔温层组成，根据隔温层不同的敷设位置分为3种方案：方案一夹心式衬砌，在初期支护与二次衬砌之间敷设隔热层；方案二贴壁式衬砌，在二次衬砌混凝土内表面上直接敷设隔热层；方案三离壁式，在贴壁式衬砌基础之上，二衬和隔温层之间增设空气层来增强隔热隔湿效果。离壁式隔温衬砌因施工工艺复杂、建设成本高等原因，虽然隔温隔湿效果很好，但应用较少。贴壁式衬砌仅在二衬混凝土表面允许覆盖隔温材料的情况下可以使用，这限制了其使用范围，例如铁路隧道中由于接触网供电以及高速行车的要求而难以应用。夹心式隔温衬砌避免了贴壁式的问题，隔热层位于初支和二衬之间，不影响隧道内部空间的使用功能，因此取得了较为广泛的应用。

2、现有夹心式隔温衬砌是在初支和二衬之间设置隔温层，隔温层的作用是使通过它的传热量减小，隔热效果的好坏，取决于隔热材料的导热性能、厚度及防潮措施等。选用的隔温层材料，应具备导热系数小、轻质、均质、吸水性差、耐火性好等特征，同时还需综合考虑其力学性能和经济指标。常规做法中，为了保护隔热材料，一般在外覆盖防水材料，以免被地下水浸泡，隔温层自身由三层材料叠加形成“三明治”结构。

3、1)在隔热性能方面，主要影响因素是隔热材料的导热系数与厚度，一般而言隔热材料导热系数越小，厚度越大，隔热性能越好，导热系数取决于材料自身，因此常需选择导热系数足够小的保温材料，如隧道中常用的硬质聚氨酯泡沫板、喷涂聚氨酯等。

4、2)在受力性能方面，隧道初支和二衬需共同受力，两者之间存在着一定的法向接触压力。隔温层处于初支和二衬之间，需传递该法向荷载，隔温层将处于受压状态，参与工程结构的传力路径。现有技术中要求隔温层的抗压强度和压缩弹性模量达到一定的限值以上，以期满足强度和刚度的需求。目前隧道中常用轻质、发泡材料作为隔热层(如硬质聚氨酯泡沫板、喷涂聚氨酯)，其抗压强度和压缩弹性模量均较小，易产生较大的压缩变形量。根据材料力学原理，当法向荷载一定时，隔热层厚度越大，材料刚度越小，压缩变形量越大。当隔热层变形过大时，则会出现初支先期破坏的情况，这限制了隔温层的厚度。

5、因此，在以下两种情况下，现有技术应用存在着困难：

6、1)一般而言，更大的隔温层厚度对应更高的隔热性能，更小的厚度对应更小的变形量和更大的刚度，这两者之间存在着矛盾，即隔温层刚度与隔热性能之间的矛盾。对于某些同时要求隔热性能高、变形量小、刚度大的情况，现有技术难以实现，需要进行改进；

7、2)当隧道初支与二衬间传递的法向荷载大，而所选用的隔热材料抗压强度不能满足要求时，现有技术难以应用，需要改进。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构及其施工方法，可同时保证隔温层刚度和隔热性能，施工方便。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构，包括围岩、初支、二衬、隧道内部、第一道防水层、隔热材料和第二道防水层，其特征在于：

4、所述二衬外侧为环状肋形结构，所述环状肋形结构包括多个沿隧道轴线方向间隔设置的凸起和凹槽；第一道防水层设置于初支和二衬之间；

5、隔热材料设置于二衬上的凹槽结构内；隔热材料与二衬上的凹槽之间设置有第二道防水层。

6、进一步，所述第一道防水层外侧设置有透水土工材料。

7、进一步，所述隔热材料为环带状。

8、进一步，所述二衬凸起部分外表面设置有隔热材料，所述二衬凸起部分的隔热材料厚度小于二衬凹槽内的隔热材料。

9、一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构的施工方法，包括如下步骤：

10、步骤一：隧道开挖后，首先施工初支，并在初支表面铺挂透水土工材料；

11、步骤二：在透水土工材料内侧固定第一道防水层，然后将环带状的隔热材料固定在第一道防水层内侧、二衬上的凹槽结构内；

12、步骤三：在隔热材料其余各表面覆盖第二道防水层，并固定牢固；

13、步骤四：采用隧道台车浇筑二衬。

14、本发明的有益效果：

15、1)本发明中隔热材料仅承担很少量的法向荷载，隔热材料厚度可以根据需要设计为较大值，从而实现更优的隔热性能，且可以避免现有技术中隔温层刚度不足以及压缩变形过大的问题；

16、2)本发明中隔热材料仅承担很少量的法向荷载，隔热材料的抗压强度最小限值可以降低，并由此可以选择更多种类的隔热材料；

17、3)本发明结构简单、施工方便，可同时保证隔温层刚度和隔热性能，具有广阔的市场应用前景。

技术特征：

1.一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构，包括围岩(1)、初支(2)、二衬(3)、隧道内部(4)、第一道防水层(5)、隔热材料(6)和第二道防水层(7)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构，其特征在于：所述第一道防水层(5)外侧设置有透水土工材料。

3.根据权利要求2所述的一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构，其特征在于：所述隔热材料(6)为环带状。

4.根据权利要求3所述的一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构，其特征在于：所述二衬(3)凸起部分外表面设置有隔热材料(6)，所述二衬(3)凸起部分的隔热材料(6)厚度小于二衬(3)凹槽内的隔热材料(6)。

5.一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种新型隧道夹心式隔温衬砌结构及其施工方法。现有夹心式隔温衬砌中，隔温层刚度与隔热性能间存在矛盾。本发明隔温衬砌结构包括围岩、初支、二衬、隧道内部、第一道防水层、隔热材料和第二道防水层，二衬外侧为环状肋形结构，环状肋形结构包括沿隧道轴线方向间隔设置的凸起和凹槽；第一道防水层设于初支和二衬间；隔热材料设于二衬上的凹槽结构内；隔热材料与二衬的凹槽间设有第二道防水层，第一道防水层外侧设有透水土工材料。本发明中隔热材料仅承担很少量的法向荷载，隔热材料厚度可根据需要设计为较大值，从而实现更优的隔热性能，且可避免隔温层刚度不足以及压缩变形过大的问题。

技术研发人员：王煦霖,杜孔泽,李国良,李宁,朵生君,向亮,祁占锋,李雷,刘建红,丁彦杰
受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15