专利名称：冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热层的敷设方法
技术领域：
本发明涉及一种冻融冻胀地区特长公路隧道防冻保温隔热层的敷设方法。
背景技术：
季节性冻融冻胀地区特长公路隧道一般是越岭隧道，由于其长度很长，其 出水点多，涌水量大，常年性出流，且地下水为开放的垂直与水平混合补给， 导致隧道的村砌开裂渗水严重。在秋、冬寒季时，衬砌层中的渗水受冷结水，
更容易胀肿变形甚至坍塌，给隧道带来安全问题；同样，当春、夏暖季到来时， 由于衬砌层中的结冰溶化，也易使衬砌层变形。这些会导致衬砌层的严重冻融 冻胀病害严重，严重妨碍了隧道交通的安全。
为保证隧道的衬砌不结冰受冻，目前隧道的抗防冻措施主要有供热法、防 寒门法和敷设隔热材料法，前两种由于存在能量消耗或干扰行车等缺点，使用 较少。敷设隔热材料法是近年来兴起并获得隧道界高度重视的一项先进保温技 术。敷设隔热材料的方式有两种 一种是在初期支护与二次衬砌之间敷设隔热 材料，称为双层衬砌隔热处理法；另一种是在二次衬砌混凝土表面上直接敷设 保温隔热层。从结构安全耐久、保温层便于管理维修等角度，在衬砌混凝土表 面直接敷设保温隔热层的表面隔热处理法更为合理、可靠。
随着我国经济建设的发展，公路建设突飞猛进，在建的特长公路隧道增多， 对于这种特长隧道，如果也采用现有的敷设方式在整个隧道内部全程敷设防冻 保温层，其材料消耗大，成本高，且日常维护不方便。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热 层的敷设方法，采用该方法进行保温隔热层的敷设，其材料消耗小，敷设成本 大幅度降低，日常维护方便。
本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是 一种冻融冻胀地区特长公 路隧道抗防冻保温隔热层的敷设方法，其做法为
A、隧道内各处温度的确定根据隧道所处环境温度计算出隧道内各点的 气温值。B、保温隔热层长度的确定根据A步得到的隧道内各点的气温值，对于 隧道进、出口衬砌年最低温度小于(TC的部位，则敷设保温隔热层，保温隔热层 的长度达到隧道纵向深部衬砌的年最低温度大于(TC处；而对于隧道纵向深部衬 砌年最低温度大于0'C处，则不敷设保温隔热层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是 根据计算确定隧道内气温的分布，特长公路隧道的气温分布与中短隧道相
比，有以下特点在寒季，沿隧道进洞深度的增加，特长隧道内的温度增加，
在隧道纵向最深处其气温达到最高，通常高于0。C,隧道纵向深部的衬砌是不会
在寒季受冻结水的。因此对于特长隧道而言，隧道受冻而发生的冻融冻胀病害
集中体现在隧道进、出口段。本发明方法根据计算找出在一年中隧道内衬砌年
最低温度小于(TC的部位及其深度(长度)，只在这些部位敷设保温隔热层；而
对隧道中间那些衬砌年最低温度高于(TC的部位，则不再进行敷设。从而节约了
保温材料的用量和成本，同时也减少了日常保温隔热层的维护工作量。
上述的保温隔热层的长度在达到隧道纵向深部衬砌的年最低温度大于O'C 处，再向隧道纵向深处延长15%—30%。
由于敷设保温隔热层后减少了隧道内空气与隧道内壁的热交换，相比没有
敷设保温隔热层，冷气侵入隧道内的深度要略大一些。为了保证边缘处的防冻
保温也达到年最低温度大于(TC的要求，在上述保温隔热层长度的基础上，再向
隧道深处延长15%—30%的保温隔热层长度，对保温隔热层的长度进行修正，从
而确保保温隔热层的隧道内边缘外的防冻保温的效果。
上述隧道内各点的气温值按以下公式进行计算
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，"为隧道环境的年平均气温，Ay为年温度变化振幅，d。、 h。为相位，Ad 为日温度变化振幅；U、 Ay、 Aa均为计算点距离隧道洞口的函数，用拟合方式获得。
这样，根据隧道所处的环境气温的历史记录及隧道内各处气温的测量，釆 用回归的方法即可准确地确定出隧道内的任意一点在任意一小时的的气温值， 从而为隧道内的保温隔热层长度的确定提供依据。
上述的保温隔热层厚度5按以下公式确定
其中A。为地表的+嫂岩(土)体的导热系数，r。为隧道的当量半径，5。 为当地气象资料中的最大冻深；入为所选择的保温材料的导热系数。
在隧道内要敷设保温隔热层的部位，为确保该处衬砌年最低温度大于0'C, 保温隔热层的厚度设计按以上公式求解获得。从而既能可靠地确定保温隔热层 的厚度，同时也不浪费保温材料，进一步节约成本。
下面结合具体实施方式
对本发明进行进一步说明。
具体实施例方式
实施例
本发明的一种具体实施方式
为
一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热层的敷设方法，其做法
为
A、 隧道内温度变化的确定根据隧道所处环境温度计算出隧道内各点的 气温值；
B、 保温隔热层长度的确定根据A步得到的隧道内各点的气温值，对于 隧道进、出口衬砌年最低温度小于0。C的部位，则敷设保温隔热层，保温隔热层 的长度达到隧道纵向深部村砌的年最低温度大于OC处；而对于隧道纵向深部衬 砌年最低温度大于0。C处，则不敷设保温隔热层。
保温隔热层的长度在达到隧道纵向深部衬砌的年最低温度大于O"C处，再向 隧道纵向深处延长15%—30%。
根据气象学知识，气温的年变化及日变化均为正弦函数，然后，根据当地 气象记录及隧道内各点的气温的实测数据，可以得出以下公式，从而求得隧道内任意一点任意一小时的气温值
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，U为隧道环境的年平均气温，Ay为年温度变化振幅，d。、 ho为相位，Ad 为日温度变化振幅；tm、 Ay、 Ad均为计算点距离隧道洞口的函数，用拟合方式获 得。
本发明方法中各点的年最低气温值的即为上述/>式计算得出相应各点的最 小值。
保温隔热层厚度5按以下公式确定
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中入。为地表的松散岩(土)体的导热系数，r。为隧道的当量半径， 5fl为气象资料中的最大冻深；入为所选择的保温材料的导热系数。
本发明根据地表层的最大冻深来设计防冻层的厚度，使本发明能确保隧道
不发生冻融冻胀病害。
本发明在实施时，隧道保温隔热材料的选择本着经济、安全、有效和便于 维修的原则选择保温隔热材料。从导热系数、温度稳定性、使用温度范围、燃 烧性能、密度、吸水率等参数上进行优选。
本发明所指的特长隧道，是指长度大于3km隧道。
权利要求
1、一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热层的敷设方法，其做法为A、隧道内各处温度的确定根据隧道所处环境温度计算出隧道内各点的气温值；B、保温隔热层长度的确定根据A步得到的隧道内各点的气温值，对于隧道进、出口衬砌年最低温度小于0℃的部位，则敷设保温隔热层，保温隔热层的长度达到隧道纵向深部衬砌的年最低温度大于0℃处；而对于隧道纵向深部衬砌年最低温度大于0℃处，则不敷设保温隔热层。
2、 根据权利要求1所述的一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔 热层的敷设方法，其特征在于所述的保温隔热层的长度在达到隧道纵向深部 衬砌的年最低温度大于(TC处，再向隧道深处延长15%—30°/ 。
3、 根据权利要求1所述的一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔 热层的敷设方法，其特征在于所述的A步隧道内各点的气温值按以下公式进 行计算"m ^ 365 d 24其中，"为隧道环境的年平均气温，Ay为年温度变化振幅，d。、 h。为相位，Aa为 日温度变化振幅；tm、 Ay、 Ad均为计算点距离隧道洞口的函数，用拟合方式获得。 4、根据权利要求1所述的一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热 层的敷设方法，其特征在于所述的保温隔热层厚度5按以下公式确定其中入。为地表的^^t岩(土)体的导热系数，r。为隧道的当量半径，5。 为气象资料中的最大冻深；人为所选择的保温材料的导热系数。
全文摘要
一种冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热层的敷设方法，其做法为A.隧道内各处温度的确定根据隧道所处环境温度计算出隧道内各点的气温值。B.保温隔热层长度的确定根据A步得到的隧道内各点的气温值，对于隧道进、出口衬砌年最低温度小于0℃的部位，则敷设保温隔热层，保温隔热层的长度达到隧道深部衬砌的年最低温度大于0℃处；而对于隧道深部衬砌年最低温度大于0℃处，则不敷设保温隔热层。该方法尤其适用于冻融冻胀地区特长公路隧道抗防冻保温隔热层的敷设，其材料消耗小，敷设成本大幅度降低，日常维护方便。
文档编号E21D11/38GK101225744SQ20081004535
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者川 何, 张志强, 勇 方, 晏启祥, 曾艳华, 萍 耿, 谢红强 申请人:西南交通大学