一種便于拆卸堆疊的隔溫液壓缸成果信息

江明正

隔溫層1 工程概況

大坂山隧道位于國道 227線大通縣與門源縣交界處的祁連山和昆侖山中干區(qū) , 地理坐標(biāo)為東京101°23′～ 101°25′、北緯 37°21′～ 37°23′,區(qū)域?qū)賰?nèi)陸高寒季風(fēng)氣候 , 年內(nèi)冬長而嚴(yán)寒 , 夏短而多雨 , 屬多年凍土島狀分布區(qū)。年平均溫度- 3. 1℃ , 月平均氣溫 15. 8℃ , 月平均最低氣溫 - 25. 6℃ , 極端氣溫22. 5℃, 極端最低氣溫- 34℃。最大凍結(jié)深度南坡3. 0 m , 北坡4. 5 m, 最大積雪深度200 cm。

大坂山隧道在多年凍土的下融區(qū)穿過,隧道全長為1 530 m ,進口樁號K105 020,高程3 792. 75 m ,出口樁號K106 550,高程3 749. 90 m,海拔高度僅次于南美洲安第斯山隧道,居亞洲第一。屬高海拔寒冷地區(qū)公路隧道。為確保隧道結(jié)構(gòu)安全、耐久的使用性能,預(yù)防凍害產(chǎn)生, 該隧道采取了防凍隔溫層。它是由5 cm厚聚氨酯保溫層, 3 cm 厚硅酸鋁防火保溫層及4 mm 無機玻璃鋼保護罩構(gòu)成的防凍措施,經(jīng)過1年左右的使用,效果良好。

隔溫層2防凍隔溫層材料性能測試及評定

2. 1 防火阻燃性能測試及評定

隧道內(nèi)的防凍隔溫材料,既要能隔溫又能防火, 因此對實驗段采用的材料進行了實體防火阻燃性能測試及評定。

2. 2 物理指標(biāo)及熱學(xué)參數(shù)測試

依據(jù)表 1的實測指標(biāo)及特點 ,篩選以下材料進行了物理指標(biāo)及熱學(xué)參數(shù)測試 ,其測試結(jié)果如下:

( 1)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料

密度 37. 6 kg /m3; 吸水率 2. 9% ; 壓縮性能 168k Pa; 水蒸氣透濕系數(shù) 6. 3 ng /( Pa· m· s) ; 導(dǎo)熱系數(shù) 0. 020 9 W /( m· k)。

( 2) PEF聚乙烯 ( 45倍 )泡沫塑料

密度 31. 5 kg / m3 ; 吸水率 1. 0% ; 壓縮性能 16k Pa;水蒸氣透濕系數(shù) 0. 35 ng /( Pa· m· s) ;導(dǎo)熱系數(shù) 0. 035 2 W /( m· k)。

( 3)干法硅酸鋁纖維板

密度 188 kg /m3 ; 導(dǎo)熱系數(shù) 0. 036 W /( m· k);渣球含量 0. 0% ; 纖維平均直徑 6. 5 μm; 含水率0. 2% ; 憎水率 97. 3% ; 有機物 0. 8% 。

( 4)玻璃鋼

樹酯含量 60% ; 固化度 86% ; 抗彎強度 152; 抗拉強度 146 ; 抗壓強度 135 ; 耐腐M Pa M Pa M Pa性好。

隔溫層3 防凍隔溫層現(xiàn)場實驗及效果測試

為了進行比較 ,對硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、 PEF45倍泡沫塑料、 FBT 保溫涂料等 4種材料進行了各約10 m 的現(xiàn)場實驗施工。 實驗情況如下:

( 1) K105 088～ K105 093段 ,距進洞口 59m,施工工藝采用 PEF聚乙烯 ( 45倍 )泡沫塑料板材安裝 ,厚度 10 cm。 并在表面粘接 1 cm厚玻璃鋼防火層。

( 2) K105 093～ K103 103段 , 距進洞口 64m ,施工工藝采用 PU 材料分層噴涂法 ,厚度 6 cm。

( 3) K106 528～ K106 518段 , 距出洞口 17m ,施工工藝采用 PU 模具發(fā)泡沫 ,厚度為 6 cm。 并在 K106 518～ K106 520段的 PU表面粘接了 3cm 厚 FBT 稀土材料 ,于 K106 520～ K106 518段的 PU表面鋪掛了鐵皮防火保護層。

( 4) K105 103～ K105 110段 ,距洞口 74 cm ,未設(shè)隔溫層。

3. 1 防凍隔溫層實驗段溫度測試防凍隔溫層由硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料 , PEF聚乙烯泡沫塑料、硅酸鋁纖維板、小錨桿鐵皮網(wǎng)、玻璃鋼板材等材料組成。

3. 1. 1 測溫孔布置

分別選取 K105 088～ K105 093、 K105 093～ K105 103和 K105 103～ K105 110三個實驗段。

3. 1. 2 測溫儀器

在隧道進出口各設(shè)一所氣象站和一所洞溫觀測站。 并配置以下儀器:

( 1)雙金屬溫度儀 (周記儀 ) ;

( 2)雙銀 (干球 )溫度計;

( 3)實驗段預(yù)埋了 60 cm 和 80 cm 深度的測溫管 (內(nèi)置干球溫度計 ); 070、 K105 320、

( 4) 隧道竣工后在 K105 K105 520、 K105 785、 K106 050、 K106 450斷面處理設(shè)置了 50 cm 和 100 cm深度的后期觀測測溫管 (內(nèi)置熱敏電阻 );

( 5)手持式紅外掃描儀 (紅外線表面測溫儀 );

( 6)百葉箱等。

3. 1. 3 觀測時間及頻率

氣象溫度觀測指定專人 ,并規(guī)定每日 2、 8、 14、20時用溫度計進行測溫; 用雙金屬溫度儀記錄每日的極值溫度;實驗段的溫度觀測規(guī)定每 10 d連續(xù)測試 2 d ,每次讀數(shù)間隔時間為 2 ; 同時用手持式紅外表面測溫儀測試測點的表面溫度。

3. 1. 4 溫度觀測內(nèi)容

在溫度觀測中 ,安排了以下觀測項目: 洞外氣溫、洞內(nèi)氣溫、隧道襯砌表面溫度、距襯砌表面 60cm 和 80 cm 深處圍巖的溫度。溫度測試過程中正洞未貫通 ,影響到測值偏高。但是防寒洞與正洞在 K105 680處豎井貫通 ,使洞內(nèi)已形成氣流對流 ,再加之實驗段位于洞口 ,故本階段觀測值比較接近正洞貫通后的實際情況。

3. 2 測試成果與分析

成果分析

( 1)未設(shè)置隔溫層時 ,在距襯砌表面 60 cm 和 80 cm 深處圍巖溫度基本在 0℃以下。在有裂隙水的情況下 ,會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象 ,由于水結(jié)冰時體積要增大 9% ,從而產(chǎn)生凍脹力 ,引起襯砌混凝土開裂。所以在襯砌表面設(shè)置防凍隔溫層是必要的。

( 2) 距襯砌表面 60cm 和80cm 深處圍巖溫度基本保證在 0℃以上 ,從而保證了襯砌背面水不結(jié)冰 ,防止了凍害的發(fā)生。證實了所選用的隔溫層材料是合理的,體現(xiàn)了鋪設(shè)隔溫層的效果。

(3)全年洞外氣溫變化幅度最大,洞內(nèi)氣溫和壁面溫度較接近,且變化幅度較洞外氣溫要小。體現(xiàn)了地下工程有恒溫性的特點。

(4)未設(shè)隔溫層的實驗段60 cm 孔和80 cm 孔內(nèi)溫度變化幅度較設(shè)置隔溫層的各實驗段孔內(nèi)溫度變化幅度要大,由此說明設(shè)置隔離層是改善和控制襯砌內(nèi)溫度不受外界影響的有效辦法。

(5)從表中可知,各實驗段洞內(nèi)氣溫與壁面溫度基本接近,因此,設(shè)計時把洞內(nèi)氣溫作為壁面溫度進行導(dǎo)熱計算是可行的?？傊?從地溫測孔測試數(shù)據(jù)看,冬季保溫層后面襯砌溫度可保持在0℃以上。經(jīng)過一個冬季的觀察, 選定了硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。 但現(xiàn)場發(fā)泡工藝不理想,導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)超標(biāo),平整度差,因此在仰拱施工中采用了硬質(zhì)聚氨酯型材。 硬質(zhì)聚氨酯材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、防水優(yōu)良的優(yōu)點,但具有可燃性,直接用于隧道不安全。試驗施工中采用的FBT 等防火保溫涂料,出現(xiàn)剝落現(xiàn)象,而其它防火層又不隔熱。后又選用干法硅酸鋁纖維材料,這種材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低,耐高溫的優(yōu)點,缺點是防水性能較差。針對這種材料的特點,把硅酸鋁纖維設(shè)置在硬質(zhì)聚氨酯外面, 再用玻璃鋼及防水保溫涂料作為保護層進行實驗性施工,最后經(jīng)比較選出硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料型材(主體保溫層) 干法硅酸鋁纖維板(復(fù)合保溫及防火層) 玻璃鋼(保護層)的方案。

隔溫層4 結(jié) 語

寒冷地區(qū)隧道防凍害是一個棘手的問題, 筆者通過現(xiàn)場實驗, 證實了采用防凍隔溫措施進行防治凍害的可行性, 并對防凍隔溫層的材料組合和施工工藝進行了優(yōu)化。 今后對隧道通車后防凍隔溫層的使用效果和長期有效性還應(yīng)加強觀測, 同時, 還應(yīng)加強對寒冷地區(qū)隧道產(chǎn)生凍害機理的理論分析研究。 2100433B