一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构制造技术

本发明专利技术属于寒区隧道防冻保温技术领域，公开了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴所述初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置所述防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。本发明专利技术可解决现有寒区隧道铺设聚氨酯等保温隔热材料在季节冻融作用下隔热性能降低，耐久性差，现场施工过程复杂，影响寒区隧道安全运营等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构
本专利技术属于寒区隧道防冻保温
，涉及一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构。
技术介绍
季节性冻土区隧道贯通后在寒冷季节由于冷空气的流动将会带走大量的热量使隧道排水系统结冰瘫痪，冻融循环作用使围岩强度降低。目前寒区隧道的防冻措施主要有：供热法、保温隔热层法和防寒门法等。其中保温隔热层因其工程投资小，适用性较强，满足保温隔热要求而被广泛使用；铺设保温隔热材料的方式主要有两种：第一种是在初期支护与二次衬砌之间铺设，如图1所示；第二种是在初期支护与二次衬砌之间以及二次衬砌表面铺设，如图2所示。而传统的保温结构存在以下问题，第一种由于保温材料的可燃性和施工安装过程的复杂性需要对保温材料采取特殊的防火和饰面处理；保温材料覆盖在衬砌表面当衬砌开裂等病害难以发现，不能及时治理。第二种保温隔热层材料的可燃性使它二次衬砌钢筋焊接时易引发火灾；二次衬砌振捣时容易使已施工好的保温材料脱落；保温隔热层在隧道结构内部破坏失效后不易维修和处理；保温材料安装在初期支护和二次衬砌之间由于荷载和水的存在容易使保温材料吸水和变形使保温隔热效果变差甚至破坏失效。且两种衬砌结构都需铺设保温层，隧道开挖断面增大并增加一道施工工序延长了施工时间。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施提供了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构。所述技术方案如下：提供了一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。进一步地，气凝胶混凝土的制备工艺为：先将高效减水剂和消泡剂加入天然水混合均匀得到混合液体，然后将超细水泥、高强轻细集料、硅灰、气凝胶颗粒、聚丙烯腈纤维人工混合均匀，形成混合干料；最后将混合液体分两次加入制得的均匀混合干料中，第一次加入混合液体时进行人工搅拌，润湿干料防止气凝胶灰飞，第二次加入混合液体时用搅拌机拌合，搅拌速度宜先慢后快。进一步地，所述气凝胶颗粒为二氧化硅气凝胶颗粒，气凝胶颗粒粒径在5mm以内。进一步地，所述硅灰掺量不超过超细水泥质量的10％。进一步地，所述超细水泥浆体积占比大于40％，气凝胶颗粒体积占比小于60％。进一步地，所述聚丙烯腈纤维掺量为1.5kg/m3。进一步地，所述气凝胶混凝土的导热系数根据所述二次衬砌的厚度等效热阻计算。进一步地，所述气凝胶混凝土的导热系数不大于0.15W/(m·K)，所述气凝胶混凝土的厚度为40～60cm。本专利技术实施提供的技术方案带来的有益效果是：1、本专利技术所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，气凝胶混凝土较低的导热系数使得浇筑的二次衬砌既能充当承重结构又兼具一定的保温隔热性能。相当于把传统防冻保温结构由原来的承重防护结构(二次衬砌)和保温结构(保温层)简化为一层气凝胶混凝土二次衬砌。整个隧道防冻衬砌结构的设计更简单，施工更方便，降低了施工成本，提高了施工效率。2、本专利技术所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，把气凝胶混凝土所做的二次衬砌来替代传统的保温层加二次衬砌的结构，减少了一道施工工序，便于施工，节约了施工时间，提高了施工效率。传统铺设保温层需要搭设骨架把保温材料每块拼装上去，而气凝胶混凝土具有易塑性，所组成的保温结构完整性更好，也没有传统防冻结构中保温材料容易脱落的缺点，因此具有更好的完整性，保温效果更好。3、本专利技术所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，由于无传统保温材料铺设，可直观观察到隧道衬砌的状况，便于维护与修复。4、本专利技术所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构所采用的气凝胶混凝土是A级不燃材料无毒无污染，具有更高的安全性，气凝胶混凝土拥有良好的保温性能也有良好的和易性；而传统衬砌结构所采用的保温材料可燃会放出有毒气体，且铺设保温层会增加隧道开挖面积，增加材料使用，施工成本高。5、本专利技术所公开的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，气凝胶混凝土中各配方的相互协调能够克服气凝胶在搅拌过程中灰飞和上浮的缺点，节约施工材料。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统二次衬砌表面直接铺设隔热层的隧道防冻衬砌结构横断面图；图2为传统初期支护与二次衬砌之间以及二次衬砌表面铺设隔热层的隧道防冻衬砌结构横断面图；图3为本专利技术季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构横断面图；图4为本专利技术季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构中气凝胶混凝土的制备流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。目前寒区隧道防冻措施中最主要的保温隔热材料法的方式主要有两种：如图1所示第一种是在二次衬砌表面铺设隔热层；如图2所示第二种是在初期支护与二次衬砌之间以及二次衬砌表面铺设保温层。如图3所示的季节冻土区交通隧道自保温防冻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，其特征在于，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴所述初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置所述防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；/n其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，其特征在于，包括：初期支护、防水层以及二次衬砌；围岩密贴所述初期支护；所述初期支护和二次衬砌之间设置所述防水层；所述二次衬砌由气凝胶混凝土构成；
其中，所述气凝胶混凝土由疏水的气凝胶颗粒、超细水泥、硅灰、高强轻细集料、天然水、聚丙烯腈纤维、高效减水剂以及消泡剂混合搅拌得到。


2.如权利要求1所述的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结构，其特征在于，所述气凝胶混凝土的制备工艺为：
先将高效减水剂和消泡剂加入天然水混合均匀得到混合液体，然后将超细水泥、高强轻细集料、硅灰、气凝胶颗粒、聚丙烯腈纤维人工混合均匀，形成混合干料；最后将混合液体分两次加入制得的均匀混合干料中，第一次加入混合液体时进行人工搅拌，润湿干料防止气凝胶灰飞，第二次加入混合液体时通过搅拌机拌合，为了减少气凝胶的破碎搅拌速度宜先慢后快。


3.如权利要求1所述的季节冻土区交通隧道自保温防冻衬砌结...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩风雷，刘涛，张学富，喻文兵，刘真，刘艳，刘宗韩，
申请(专利权)人：重庆交通大学，重庆国翔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50