可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及隧道洞口邊坡領(lǐng)域，一種可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的結(jié)構(gòu)，包括邊坡巖土體、片石層和邊坡支擋結(jié)構(gòu)；在片石層中，等間距布設(shè)管壁設(shè)有通氣孔的通風(fēng)管道；通風(fēng)管道的上端朝向寒季冷風(fēng)方向，其上下兩端均設(shè)置有水平橫向坡度，其下端與縱向的排水溝相連；在通風(fēng)管道的上下兩個(gè)端口處設(shè)置阻風(fēng)蓋；在邊坡支擋結(jié)構(gòu)底部布設(shè)有與通風(fēng)管道的部位相對(duì)應(yīng)的正方形通風(fēng)口，而邊坡支擋結(jié)構(gòu)其余部位嵌入地表以下。利用片石層中冷空氣的自然對(duì)流循環(huán)及帶有通氣孔的通風(fēng)管內(nèi)快速通風(fēng)降溫的特點(diǎn)，對(duì)高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡進(jìn)行主動(dòng)降溫，降低邊坡體溫度、提升凍土上限、增加地層冷儲(chǔ)量，解決高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡支擋結(jié)構(gòu)凍害問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道洞口邊坡領(lǐng)域，具體涉及一種避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的新穎結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)多年凍土面積占國(guó)土總面積的22%，隨著凍土區(qū)工程建設(shè)的高速發(fā)展，在凍土區(qū)在建及擬建的公路工程越來(lái)越多，這就不可避免的遇到多年凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害問(wèn)題。目前我國(guó)在高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)已建的隧道工程，相當(dāng)一部分出現(xiàn)了洞口邊坡熱融滑塌或凍脹問(wèn)題，威脅支擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及行車(chē)安全性。
[0003]當(dāng)多年凍土區(qū)隧道洞口邊坡開(kāi)挖后，將打破凍土原有的水熱平衡，導(dǎo)致邊坡熱融滑塌及凍脹等災(zāi)害，威脅支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前，處理寒區(qū)隧道洞口邊坡凍害，主要是從保溫及截排水方面考慮。一方面采用遮陽(yáng)棚或保溫板等措施，通過(guò)避免日光照射或增加熱阻來(lái)降低邊坡體溫度；另一方面，利用擋水埝堵截滲入隧道洞口邊坡的地表水，同時(shí)利用保溫滲水盲溝等結(jié)構(gòu)排出坡體內(nèi)部的地下水，避免因地下水凍結(jié)而對(duì)邊坡支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凍脹力。但在高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)，采用保溫措施增加邊坡巖土體的熱阻，只能延緩多年凍土的融化，邊坡巖土體仍然會(huì)隨著使用年限的增加而出現(xiàn)凍融循環(huán)現(xiàn)象；另一方面，當(dāng)年積算冷度的絕對(duì)值大于年積算熱度時(shí)，截排水系統(tǒng)仍然會(huì)由于地下水凍結(jié)而失效，難以保證其耐久性及長(zhǎng)期服役性能，無(wú)法從根本上避免邊坡支擋結(jié)構(gòu)的凍害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的新穎結(jié)構(gòu)。
[0005]為此，本發(fā)明給出的技術(shù)方案是:
一種可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的新穎結(jié)構(gòu)，其特征在于，從內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次包括:邊坡巖土體1、片石層2和邊坡支擋結(jié)構(gòu)3。在所述片石層3中，等間距布設(shè)管壁設(shè)有通氣孔5的通風(fēng)管道4。通風(fēng)管道4的上端朝向寒季冷風(fēng)方向，同時(shí)為方便空氣冷凝水和雨水排出，其上下兩端均設(shè)置水平橫向一定的坡度，其中下端與邊坡底部縱向的排水溝6相連；在通風(fēng)管道4的上下兩個(gè)端口處設(shè)置阻風(fēng)蓋7，所述阻風(fēng)蓋7在寒季開(kāi)啟，而暖季將之關(guān)閉。在所述邊坡支擋結(jié)構(gòu)3底部布設(shè)有與通風(fēng)管道4的部位相對(duì)應(yīng)的正方形通風(fēng)口 8,而邊坡支擋結(jié)構(gòu)3其余部位嵌入地表以下，以保證支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
[0006]應(yīng)用時(shí)，所述通風(fēng)管道4上下兩端的坡度，可確定為水平橫向2%_5%。
[0007]基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，由片石層2及其管壁帶有通氣孔5的通風(fēng)管道4組成了一種避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的功能核心結(jié)構(gòu)，利用冷空氣在片石層2中的自然對(duì)流并結(jié)合通風(fēng)管道4的快速通風(fēng)降溫特點(diǎn)，通過(guò)改變邊坡巖土體內(nèi)的熱傳輸機(jī)理來(lái)調(diào)整邊坡的溫度狀態(tài)，達(dá)到保護(hù)多年凍土的目的。
[0008]具體說(shuō)，此結(jié)構(gòu)在高溫不穩(wěn)定多年凍土區(qū)隧道洞口邊坡坡面與邊坡支擋結(jié)構(gòu)(例如采用漿砌片石擋墻或鋼筋混凝土擋墻等實(shí)現(xiàn)，都為現(xiàn)有技術(shù))之間以貼壁形式鋪設(shè)片石層，其中含帶有通氣孔的通風(fēng)管道，并在通風(fēng)管道上下兩端設(shè)置阻風(fēng)蓋7。由于片石層本身為松散結(jié)構(gòu)，片石之間含有較大空隙，空氣可在空隙內(nèi)自由流動(dòng)，此時(shí)邊坡巖土體中的熱傳導(dǎo)方式將從單一傳熱模式轉(zhuǎn)化為傳熱-對(duì)流耦合模式。在寒季，由于大氣溫度低于地層溫度，密度較大的冷空氣沿片石之間的空隙下沉進(jìn)入邊坡巖土體1，同時(shí)置換地層中密度較小的熱空氣，在片石層中形成對(duì)流換熱，促使邊坡體地層中的熱量散失，起到對(duì)巖土體降溫的作用。在暖季，由于大氣溫度高于巖土體溫度，此時(shí)密度較小的熱空氣無(wú)法下沉進(jìn)入邊坡體，阻止了坡體內(nèi)冷空氣與外界的熱交換，使地層仍能保持較低溫度。綜上所述，片石層所起的綜合效果即為冷空氣輸入遠(yuǎn)大于熱空氣輸入，因此可以保證邊坡巖土體始終處于低溫狀態(tài)，可以增加地層冷儲(chǔ)量，使凍土上限上升，保證支擋結(jié)構(gòu)不會(huì)因凍融循環(huán)作用或熱融滑塌而破壞。
[0009]同時(shí)，在通風(fēng)管端部設(shè)置阻風(fēng)蓋7，在寒季開(kāi)啟，保證冷空氣在管內(nèi)流通，以加快路基散熱，起到儲(chǔ)冷作用；在暖季關(guān)閉，以阻止外界熱量傳入路基，避免熱風(fēng)通過(guò)通風(fēng)管流通，起到隔熱作用。該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)降低邊坡巖土體溫度，增加地層冷儲(chǔ)量，提升多年凍土上限的效果，從而避免邊坡支擋結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)作用下的凍害。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必然帶來(lái)的有益效果為:
提出利用片石層中冷空氣的自然對(duì)流循環(huán)及帶有通氣孔的通風(fēng)管內(nèi)快速通風(fēng)降溫的特點(diǎn)，對(duì)高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡進(jìn)行主動(dòng)降溫的新理念，以降低邊坡體溫度、提升凍土上限、增加地層冷儲(chǔ)量為最終目的，可以從根本上解決高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡支擋結(jié)構(gòu)凍害問(wèn)題。
[0011]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)正視圖。
[0013]圖2為圖1中A-A’截面橫剖面圖。
[0014]圖3為圖1中B-B’截面橫剖面圖:防護(hù)結(jié)構(gòu)寒季結(jié)構(gòu)圖a)。
[0015]圖4為圖1中B-B’截面橫剖面圖:防護(hù)結(jié)構(gòu)暖季結(jié)構(gòu)圖b)。
[0016]圖5為通風(fēng)管道大樣圖。
[0017]圖中:1_邊坡巖土體；2_片石層；3_邊坡支擋結(jié)構(gòu)；4_通風(fēng)管道；5_通氣孔；6-排水溝；7_阻風(fēng)蓋；8-通風(fēng)口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施應(yīng)用例
如圖1-圖5所示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，邊坡體按規(guī)范規(guī)定開(kāi)挖到設(shè)計(jì)坡度后，將坡面整平，在其坡面及地面呈L型貼壁式鋪設(shè)粒徑約20cm左右，厚度為0.5 -1.0m的片石層2。片石層2內(nèi)部均勻布設(shè)直徑20-30cm的S型PVC通風(fēng)管道4，間距為4_5倍管徑，通風(fēng)管道4管體呈梅花型均勻布置直徑5cm的通氣孔5，以保證通風(fēng)管道4內(nèi)的空氣在片石層2內(nèi)的對(duì)流通暢；通風(fēng)管道4底端設(shè)置2%-5%的坡度，與坡底縱向排水溝6相連，以便排出進(jìn)入通風(fēng)管內(nèi)的雨水或雪水；通風(fēng)管道4頂端在坡頂上部5-10cm高度處設(shè)置水平向橫坡，避免降雨條件下雨水直接流入管體內(nèi)；使通風(fēng)管道4上端的橫向部分朝向寒季冷風(fēng)方向，同時(shí)在通風(fēng)管道4上下兩端設(shè)置阻風(fēng)蓋7，在寒季開(kāi)啟，暖季關(guān)閉，以保證最大限度的流通冷空氣；在片石層2外側(cè)貼壁施工邊坡體支擋結(jié)構(gòu)3 (漿砌片石擋墻或鋼筋混凝土擋墻)，邊坡支擋結(jié)構(gòu)3嵌入地表以下一定深度，以保證土壓力下自身的穩(wěn)定性；邊坡支擋結(jié)構(gòu)3在通風(fēng)管道4部位設(shè)置邊長(zhǎng)為40-50cm的正方形通風(fēng)口 8，保證片石層2內(nèi)部的空氣對(duì)流。
[0019]本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的工程施工實(shí)現(xiàn)方式:(1)洞口邊坡體開(kāi)挖后，按規(guī)范要求的坡度對(duì)坡面進(jìn)行整平處理。
[0020](2)選擇粒徑20cm左右的隧道內(nèi)爆破塊石或采石場(chǎng)石材，在坡面上分層貼壁施工厚度0.5-1.0m厚度的片石層2。
[0021](3)在通風(fēng)管設(shè)計(jì)位置鋪設(shè)直徑20-30cm的PVC通風(fēng)管道4，上下兩端采用彎型接頭連接，均設(shè)置2%-5%的坡度，方便管內(nèi)水體排出，上端高出邊坡體表面5-lOcm。
[0022](4)加工與通風(fēng)管道4外徑稍大的阻風(fēng)蓋7，在暖季對(duì)通風(fēng)管道4進(jìn)行封堵。
[0023](5)在坡角部位施工擋墻基坑，在片石層2外側(cè)施工邊坡體支擋結(jié)構(gòu)3 (漿砌片石擋墻或鋼筋混凝土擋墻)，在未設(shè)置通風(fēng)管部位嵌入巖土體中。
[0024]( 6 )在擋墻外地表施工排水溝6。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必然帶來(lái)的有益效果為:
(1)提出利用片石層中冷空氣的自然對(duì)流循環(huán)及帶有通氣孔的通風(fēng)管內(nèi)快速通風(fēng)降溫的特點(diǎn)，對(duì)高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡進(jìn)行主動(dòng)降溫的新理念，以降低邊坡體溫度、提升凍土上限、增加地層冷儲(chǔ)量為最終目的，可以從根本上解決高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡支擋結(jié)構(gòu)凍害問(wèn)題；
(2)片石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，原材料取材方便，可利用隧道中爆破后的圍巖或公路采石場(chǎng)的石材直接鋪設(shè)；
(3)在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)邊坡體沒(méi)有任何熱融擾動(dòng)，無(wú)污染，且無(wú)需任何動(dòng)力設(shè)備，不破壞生態(tài)環(huán)境；
(4)從施工及運(yùn)營(yíng)成本角度，片石層與PVC通風(fēng)管材護(hù)坡結(jié)構(gòu)，無(wú)需保溫及排水系統(tǒng)，可大大節(jié)省投資，且無(wú)需后期維護(hù)費(fèi)用。
【權(quán)利要求】
1.一種可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的結(jié)構(gòu)，其特征在于，從內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次包括:邊坡巖土體(I)、片石層(2 )和邊坡支擋結(jié)構(gòu)(3 ); 在所述片石層(3)中，等間距布設(shè)管壁設(shè)有通氣孔(5)的通風(fēng)管道(4);所述通風(fēng)管道(4)的上端朝向寒季冷風(fēng)方向，，其上下兩端均設(shè)置有水平橫向坡度，其中下端與邊坡底部縱向的排水溝(6)相連；在通風(fēng)管道(4)的上下兩個(gè)端口處設(shè)置阻風(fēng)蓋(7)，所述阻風(fēng)蓋(7)在寒季開(kāi)啟，而暖季將之關(guān)閉； 在所述邊坡支擋結(jié)構(gòu)(3)底部布設(shè)有與通風(fēng)管道(4)的部位相對(duì)應(yīng)的正方形通風(fēng)口(8),而邊坡支擋結(jié)構(gòu)(3)其余部位嵌入地表以下。
2.如權(quán)利要求1所述的可避免高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)隧道洞口邊坡凍害的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述通風(fēng)管道(4)上下兩端的坡度為水平橫向2%-5%。
【文檔編號(hào)】E02D31/14GK103938658SQ201410135146
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】沈世偉, 夏才初, 黃繼輝 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)