一种取热吸能让压隧道结构制造技术

一种取热吸能让压隧道结构，包括：让压式能源锚杆、工字钢拱架、初喷混凝土层、波型钢夹层模块箱、隔热层、防水层、二衬混凝土层、冷水管、热水管、多功能传感器、结构健康监测元件、换热孔、预留连接块、预留管、阀门、换热管组。

A kind of pressure tunnel structure with heat and energy absorption

【技术实现步骤摘要】
一种取热吸能让压隧道结构
本专利技术属于隧道工程、工程防灾减灾及能源地下工程领域，具体涉及一种取热吸能让压隧道结构。
技术介绍
“高地温、地热水、高地应力”已成为当前位于板块活动区的水利水电、交通和矿山等隧道工程的主要特点。当隧道埋深过大，或受到岩浆活动、温泉等地下热水的影响时，在高岩温作用下，衬砌结构内产生附加温度应力，可能引起混凝土开裂，影响衬砌的安全性和耐久性，且会削弱防水材料的力学性能，使防水效果受到影响，进而对隧道全寿命期结构安全性产生潜在影响。与此同时，高应力隧道开挖过程中受高应力影响，隧道将产生软岩大变形和硬岩岩爆、蠕变；在高地温、高地应力耦合作用下，岩体内积聚的高温温降、应变能释放时将导致强烈的围岩破坏，对现场施工人员和设备造成极大的危害。综上所述，高地温高地应力引起的链式热力耦合伤害风险及相应的隧道结构函待进一步进行研究。目前，常用的高地温隧道支护结构体系由“隔热材料+初期支护+防水材料+二次衬砌”等组成，适用于围岩温度80℃，具有减少围岩传递给支护结构的热量，增大支护结构向隧道内空气热量辐射的优点，但上述隧道结构未考虑高地应力的耦合作用。针对高地应力硬岩隧道，防治岩爆常用的方法是提高岩体的储能能力或吸收围岩释放的能量，通过对围岩进行支护来达到预防岩爆的目的。主要采用的结构形式以吸能支护、柔性支护、刚性支护或二者结合的方式为主。针对软岩大变形地层主要有3种方法，一种是加大支护结构刚度，如采用加厚的喷射混凝土、间距更密的高强度钢拱架及较厚的二次衬砌等，但随着隧道开挖过程中应力的逐步释放，支护体系的受力亦会逐步增大；第二种是采用分层支护技术，主要是采用两层或多层施作初期支护。第一层采用刚度较小的支护措施，以释放部分围岩压力及形变能，待围岩压力及位移释放到一定程度后，再施作二层支护，采用分层初期支护对挤压型软岩进行支护时，若第一层喷射混凝土较薄，则容易出现开裂、鼓出或钢拱架扭曲断裂等初期支护破坏现象；可对初喷射混凝土层采用有重型密集的钢支撑、加厚喷混凝土层、加密锚杆间距和增大锚杆长度等进行补强，但又会明显增加了材料用量和工程量。第三种方法是采用具备“强柔性、高可缩性、边支边让”等特点的新型让压支护结构，在保持支护结构恒定承载力的条件下，允许其产生一定的位移量以释放部分围岩压力以及动荷载作用时积聚的能量；待让压量释放完毕后，结构随变形的进一步加大而持续承载直至破坏，以达到充分发挥围岩的自承载能力。这些结构形式优化了支护受力，但未考虑高地温的耦合作用。针对高地应力、高地温隧道耦合环境下的水工、交通和矿山等地下工程，特别针对穿越板块活动带、横断山脉等造山带的川藏铁路、滇藏铁路等超高地温、极高地应力隧道，实现隧道全寿命周期的支护、降温、隔热，防治链式热力耦合型热害，实现围岩稳定、结构长期健康安全，实现地热能开发和工程持续发展具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对高应力、高地温隧道结构体系的发展趋势，针对链式热害的特点以及现有防治和结构技术的不足，提出一种取热吸能让压隧道结构，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种取热吸能让压隧道结构，包括：让压式能源锚杆(1)、工字钢拱架(2)、初喷混凝土层(3)、波型钢夹层模块箱(4)、隔热层(5)、防水层(6)、二衬混凝土层(7)、冷水管(8)、热水管(9)、多功能传感器(10)、结构健康监测元件(11)、换热孔(12)、预留连接块(13)、预留管(14)、阀门(15)、换热管组(16)；所述二衬混凝土层(7)位于最外层，所述防水层(6)焊接于二衬混凝土层(7)上表面，所述隔热层(5)粘结于防水层(6)上表面；所述波型钢夹层模块箱(4)内部为多块水平波浪型金属板组成的层板(411)，外部由上面板(412)、下面板(413)、左侧板(414)、右侧板(415)、前板(416)、后板(417)焊接组成箱体将层板(411)包围其中，所述上面板(412)开有多个换热孔(12)，下面板(413)、及层板(411)设有多组预留管(14)，所述波型钢夹层模块箱(4)下面板(413)紧贴隔热层(5)上表面，所述多功能传感器(15)设置于波型钢夹层模块箱(4)内部；所述初喷混凝土层(3)紧贴波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)上表面，所述工字钢拱架(2)通过预留连接块(13)与波型钢夹层模块箱(4)上部进行焊接，所述让压式能源锚杆(1)杆体中空，其中设置冷水管(8)和热水管(9)，所述让压式能源锚杆(1)一端外表面通过预留连接块(13)焊接于波型钢夹层模块箱(4)上，且其中布设的冷水管(8)、热水管(9)置入左侧板(414)、右侧板(415)的预留管(14)中，所述让压式能源锚杆(1)与工字钢拱架(2)接触位置焊接于工字钢拱架(2)的表面；所述波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)与初喷混凝土层(3)间、下面板(413)与二衬混凝土层(7)间分别设有结构健康监测元件(11)，所述一根冷水管(8)与一根热水管(9)组合为换热管组(16)，共设置三组换热管组(16)，其中左右换热管组(16)布设于两组预留管(14)中，并与让压式能源锚杆(1)中的冷热水管通过软管连接；所述位于波型钢夹层模块箱(4)中的预留管(14)连续贯穿隔热层(5)、防水层(6)、二衬混凝土层(7)，所述另一组换热管(16)通过与让压式能源锚杆(1)连接的预留管(14)亦贯穿二衬混凝土层(7)、防水层(6)、隔热层(5)。进一步的，防水层(6)为带橡胶止水带的EVA板，所述防水层(6)通过超声波焊接机固定，双缝热合爬焊机焊接并紧贴二衬混凝土层(7)上表面。进一步的，所述隔热层(5)为硬质聚氨酯板。进一步的，所述波型钢夹层模块箱(4)外形为方形或弧形管片状箱体，所述层板(411)为优质低碳钢板或铝合金材料制成的板，单层层板(411)厚度为0.3～1.0cm，层与层之间压型相交处最小间隙为5mm，所述上面板(412)和下面板(413)为低碳钢板，板厚度0.5～1.2cm，所述左侧板(414)、右侧板(415)、前板(416)和后板(417)为具有延展性、可弯折的薄金属板。进一步的，所述多功能传感器(10)为具有检测温度、流量、水压的综合性传感器。进一步的，所述结构健康监测元件(11)为设有位移计、土压力盒的多功能元件。进一步的，所述阀门(15)包括进水阀、安全阀、旁通阀，其中，进水阀与冷水管(8)相连接，用来控制水流；旁通阀是装在进水阀管段的旁通管上，用以充水平衡进水阀前后水压；安全阀与热水管(9)相连，在系统中起安全保护作用，所述阀门(15)与换热管组(16)通过车丝与密封圈连接。进一步的，所述波型钢夹层模块箱(4)左右侧板还焊接有起吊环。本专利技术的有益效果是：(1)波型钢夹层模块箱为中空结构，箱体上面板设置密集换热孔，并与初喷混凝土层紧贴；对于水热型隧道，可以收集隧道岩体裂隙中的地热水；对于干热隧道，初喷混凝土层紧贴的密集换热孔，泵入的冷水与其包裹的高温岩体表面进行热流交换，同时，受重力作用，冷水在多层板上下层空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种取热吸能让压隧道结构，其特征在于，包括：让压式能源锚杆(1)、工字钢拱架(2)、初喷混凝土层(3)、波型钢夹层模块箱(4)、隔热层(5)、防水层(6)、二衬混凝土层(7)、冷水管(8)、热水管(9)、多功能传感器(10)、结构健康监测元件(11)、换热孔(12)、预留连接块(13)、预留管(14)、阀门(15)、换热管组(16)；/n所述二衬混凝土层(7)位于最外层，所述防水层(6)焊接于二衬混凝土层(7)上表面，所述隔热层(5)粘结于防水层(6)上表面；/n所述波型钢夹层模块箱(4)内部为多块水平波浪型金属板组成的层板(411)，外部由上面板(412)、下面板(413)、左侧板(414)、右侧板(415)、前板(416)、后板(417)焊接组成箱体将层板(411)包围其中，所述上面板(412)开有多个换热孔(12)，下面板(413)、及层板(411)设有多组预留管(14)，所述波型钢夹层模块箱(4)下面板(413)紧贴隔热层(5)上表面，所述多功能传感器(15)设置于波型钢夹层模块箱(4)内部；/n所述初喷混凝土层(3)紧贴波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)上表面，所述工字钢拱架(2)通过预留连接块(13)与波型钢夹层模块箱(4)上部进行焊接，所述让压式能源锚杆(1)杆体中空，其中设置冷水管(8)和热水管(9)，所述让压式能源锚杆(1)一端外表面通过预留连接块(13)焊接于波型钢夹层模块箱(4)上，且其中布设的冷水管(8)、热水管(9)置入左侧板(414)、右侧板(415)的预留管(14)中，所述让压式能源锚杆(1)与工字钢拱架(2)接触位置焊接于工字钢拱架(2)的表面；所述波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)与初喷混凝土层(3)间、下面板(413)与二衬混凝土层(7)间分别设有结构健康监测元件(11)，所述一根冷水管(8)与一根热水管(9)组合为换热管组(16)，共设置三组换热管组(16)，其中左右换热管组(16)布设于两组预留管(14)中，并与让压式能源锚杆(1)中的冷热水管通过软管连接；所述位于波型钢夹层模块箱(4)中的预留管(14)连续贯穿隔热层(5)、防水层(6)、二衬混凝土层(7)，所述另一组换热管(16)通过与让压式能源锚杆(1)连接的预留管(14)亦贯穿二衬混凝土层(7)、防水层(6)、隔热层(5)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种取热吸能让压隧道结构，其特征在于，包括：让压式能源锚杆(1)、工字钢拱架(2)、初喷混凝土层(3)、波型钢夹层模块箱(4)、隔热层(5)、防水层(6)、二衬混凝土层(7)、冷水管(8)、热水管(9)、多功能传感器(10)、结构健康监测元件(11)、换热孔(12)、预留连接块(13)、预留管(14)、阀门(15)、换热管组(16)；
所述二衬混凝土层(7)位于最外层，所述防水层(6)焊接于二衬混凝土层(7)上表面，所述隔热层(5)粘结于防水层(6)上表面；
所述波型钢夹层模块箱(4)内部为多块水平波浪型金属板组成的层板(411)，外部由上面板(412)、下面板(413)、左侧板(414)、右侧板(415)、前板(416)、后板(417)焊接组成箱体将层板(411)包围其中，所述上面板(412)开有多个换热孔(12)，下面板(413)、及层板(411)设有多组预留管(14)，所述波型钢夹层模块箱(4)下面板(413)紧贴隔热层(5)上表面，所述多功能传感器(15)设置于波型钢夹层模块箱(4)内部；
所述初喷混凝土层(3)紧贴波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)上表面，所述工字钢拱架(2)通过预留连接块(13)与波型钢夹层模块箱(4)上部进行焊接，所述让压式能源锚杆(1)杆体中空，其中设置冷水管(8)和热水管(9)，所述让压式能源锚杆(1)一端外表面通过预留连接块(13)焊接于波型钢夹层模块箱(4)上，且其中布设的冷水管(8)、热水管(9)置入左侧板(414)、右侧板(415)的预留管(14)中，所述让压式能源锚杆(1)与工字钢拱架(2)接触位置焊接于工字钢拱架(2)的表面；所述波型钢夹层模块箱(4)上面板(412)与初喷混凝土层(3)间、下面板(413)与二衬混凝土层(7)间分别设有结构健康监测元件(11)，所述一根冷水管(8)与一根热水管(9)组合为换热管组(16)，共设置三组换热管组(16)，其中左右换热管组(16)布设于两组预留管(14)中，并与让压式能源锚杆(1)中的冷热水管通过软管连接；所述位于波型钢夹层模块箱(4)中的预留管(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：严健，何川，董唯杰，汪波，徐国文，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51