[发明专利]用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法

摘要

一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，收集隧址区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；确定热棒群的埋设范围和埋设深度，按等边三角形设置热棒，按埋设深度确定热棒长度；采用钻孔插入法埋设热棒，利用热棒可主动将围岩中的热量抽吸出来散发到大气中的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护。本防护方法可加快隧道浅埋段围岩热融圈回冻，缩短冻融循环期；解决了隧道浅埋段围岩回冻周期长、防排水系统易失效、支护结构出现冻融破坏等问题。

主权项

1. 一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，利用热棒的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护，提高隧道防护的可靠性及经济性，其特征在于，该主动防护方法具体为： 步骤1：收集隧址区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；步骤2：确定热棒群埋设深度、位置、范围及平面布置形式1）热棒群埋设深度在隧道浅埋段对应的洞顶地表放出隧道中线，在隧道中线上按2～5m间距逐点测出地表高程，结合隧道施工图纸中的设计高程按下式计算出隧道中线上确定的每个点对应的隧道拱顶外缘的实际埋深：隧道拱顶外缘的实际埋深=实测出的该点地表高程－隧道设计高程－隧道净高－支护结构层厚度；2）热棒群的埋设位置、范围：沿隧道纵向：热棒群的埋设范围从仰坡刷坡线后3～5m开始，至隧道拱顶外缘实际埋深达到下式的计算值时终止，隧道拱顶外缘实际深度= 2×该处多年冻土上限深度+隧道热融圈的厚度； 沿隧道横向：位于热棒群边界的热棒的蒸发段棒体与隧道支护结构之间的最小水平距离为0.5～1.0m；其余位置的热棒蒸发段底端与隧道支护结构之间的距离为0.5～1.0m；3）热棒群的平面布置形式相邻两行横向设置的热棒组中、位于不同行的相邻的三个热棒形成一个等边三角形，该等边三角形的边长为相邻两根热棒之间的间距，相邻两根热棒之间的间距采用以下方法得到：根据步骤1搜集的资料，采用修正的傅里叶方程计算出单根热棒在隧址区的传热影响半径r： 式中：r表示热棒传热影响范围；k为修正系数，在青藏高原多年冻土区一般取0.20～0.25；λ表示热棒蒸发段周围土体的导热系数；T表示热棒蒸发段温度波动周期；C表示热棒蒸发段周围冻土的平均热容量；A₀表示计算期热棒蒸发段的温度较差； A₁表示计算期热棒传热影响范围边界处的温度较差，一般取0.1～0.2℃；而相邻两根热棒之间的间距等于2r；步骤3：热棒规格型号及相应数量热棒蒸发段直径取89mm，热棒蒸发段长度根据步骤2中确定的热棒埋设深度确定，冷凝段长度为2～4m。根据步骤2中所确定的热棒群的埋设范围及相邻两根热棒之间的间距计算确定所需热棒的数量；步骤4：采用钻孔插入法埋设热棒，钻孔后将热棒的蒸发段插人钻孔内，并用粘砂土拌成的泥浆回填，控制热棒棒身垂直度不大于棒身长度的1%，回填的泥浆冻结后，热棒埋设完成，所有热棒全部埋设后，即形成热棒群；然后，利用热棒可主动将围岩中的热量抽吸出来散发到大气中的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护。