用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法

摘要

一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，收集隧址区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；确定热棒群的埋设范围和埋设深度，按等边三角形设置热棒，按埋设深度确定热棒长度；采用钻孔插入法埋设热棒，利用热棒可主动将围岩中的热量抽吸出来散发到大气中的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护。本防护方法可加快隧道浅埋段围岩热融圈回冻，缩短冻融循环期；解决了隧道浅埋段围岩回冻周期长、防排水系统易失效、支护结构出现冻融破坏等问题。

权利要求

1.一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，利用热棒的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护，提高隧道防护的可靠性及经济性，其特征在于，该主动防护方法具体为：步骤1：收集隧址区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；

步骤2：确定热棒群埋设深度、位置、范围及平面布置形式

1）隧道中线上确定的每个点对应的隧道拱顶外缘的实际埋深

在隧道浅埋段对应的洞顶地表放出隧道中线，在隧道中线上按2～5m间距逐点测出地表高程，结合隧道施工图纸中的设计高程按下式计算出隧道中线上确定的每个点对应的隧道拱顶外缘的实际埋深：隧道拱顶外缘的实际埋深=实测出的该点地表高程－隧道设计高程－隧道净高－支护结构层厚度；

2）热棒群的埋设位置、范围：

沿隧道纵向：热棒群的埋设范围从仰坡刷坡线后3～5m开始，至隧道拱顶外缘实际埋深= 2×该处多年冻土上限深度+隧道热融圈的厚度时终止；

沿隧道横向：位于热棒群边界的热棒的蒸发段棒体与隧道支护结构之间的最小水平距离为0.5～1.0m；其余位置的热棒蒸发段底端与隧道支护结构之间的距离为0.5～1.0m；

3）热棒群的平面布置形式

相邻两行横向设置的热棒组中、位于不同行的相邻的三个热棒形成一个等边三角形，该等边三角形的边长为相邻两根热棒之间的间距，相邻两根热棒之间的间距采用以下方法得到：根据步骤1搜集的资料，采用修正的傅里叶方程计算出单根热棒在隧址区的传热影响半径r：式中：r表示热棒传热影响范围；k为修正系数，在青藏高原多年冻土区一般取0.20～

0.25；λ表示热棒蒸发段周围土体的导热系数；T表示热棒蒸发段温度波动周期；C表示热棒蒸发段周围冻土的平均热容量；A0表示计算期热棒蒸发段的温度较差； A1表示计算期热棒传热影响范围边界处的温度较差，一般取0.1～0.2℃；

而相邻两根热棒之间的间距等于2r；

步骤3：热棒规格型号及相应数量

热棒蒸发段直径取89mm，热棒蒸发段长度根据步骤2中确定的热棒埋设深度确定，冷凝段长度为2～4m；

根据步骤2中所确定的热棒群的埋设范围及相邻两根热棒之间的间距计算确定所需热棒的数量；

步骤4：采用钻孔插入法埋设热棒，钻孔后将热棒的蒸发段插人钻孔内，并用粘砂土拌成的泥浆回填，控制热棒棒身垂直度不大于棒身长度的1%，回填的泥浆冻结后，热棒埋设完成，所有热棒全部埋设后，即形成热棒群；

然后，利用热棒可主动将围岩中的热量抽吸出来散发到大气中的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护。

2.根据权利要求1所述的用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，其特征在于，该主动热防护方法中采用自动监测系统实时监控热棒群的工作效果，该自动监测系统的设置及埋设方法为：沿隧道纵向、在热棒群的中间位置及埋深最大位置分别设置第一监测断面和第二监测断面，第一监测断面上并排布置多个第一监测点，多个第一监测点位于同一热棒组中相邻两个热棒之间，多个第一监测点位于两端的两个第一监测点中的一个第一监测点与相邻热棒之间的距离为0.3～0.5m，相邻两个第一监测点之间的距离为0.3～0.5m，该多个第一监测点中位于两端的两个第一监测点之间的距离不小于相邻两个热棒间距的一半；第二检测断面上并排布置多个第二监测点，多个第二监测点位于同一热棒组中相邻两个热棒之间，多个第二监测点位于两端的两个第二监测点中的一个第二监测点与相邻热棒之间的距离为0.3～0.5m，相邻两个第二监测点之间的距离为0.3～

0.5m，该多个第二监测点中位于两端的两个第二监测点之间的距离不小于相邻两个热棒间距的一半；每个监测点处埋设地温监测管；地温监测管使用直径40～50mm的桶形的镀锌钢管，地温监测管底端的埋设深度超出监测点周边埋设最深热棒的底端0.5～1.0m，其上部管口高出地表15～30cm；地温监测管埋设完成后，在地温监测管内安装测温线，通过数据线连接测温线和自动数据采集仪，自动数据采集仪与隧道交通信号设施共用电源，自动数据采集仪与无线发射模块相连接，无线发射模块与数据接收模块信号连接，数据接收模块与数据处理终端相连接。

3.根据权利要求2所述的用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，其特征在于，在第一监测断面上设置一处对比监测点，对比监测点与热棒群边界之间的距离为10～15m。

4.根据权利要求2所述的用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，其特征在于，采用经过筛选及反复老化后长期稳定性指标优于0.002℃/a的NTC热敏电阻，热敏电阻经过逐支标定及参数采集后，用导线按间距30～50cm进行串联组装、塑料封套，形成测温线。

5.根据权利要求1所述的用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，其特征在于，所述步骤4中采用小循环钻进、干钻安装热棒的钻孔，该钻孔孔径比热棒蒸发段直径大15～20cm，实际钻进深度比设计深度深10～20cm。

说明书

用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法

技术领域

[0001] 本发明属于多年冻土区隧道热防护技术领域，涉及一种促进多年冻土区隧道浅埋段围岩回冻以及在洞周围岩中快速形成冻土隔水帷幕来保证隧道浅埋段结构安全的热防护技术，特别涉及一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法；该方法的防护效果可以实现自动监测。

背景技术

[0002] 近年来，在西部大开发的背景下，作为国民经济基础性、先导性产业的交通事业得到了全面发展，我国在青藏高原多年冻土区隧道修筑技术方面也取得了初步成就。“十二五”期间，随着国家“五纵五横”交通网络工程的建设，西部交通事业也将得到更为迅猛的发展。总结前期经验，进行技术创新，进一步提高多年冻土区隧道建设水平是摆在广大工程技术人员面前的一项重要任务。

[0003] 冻土特殊的物理力学性质以及围岩冻融作用、冻胀力等因素的存在，给多年冻土区隧道结构的可靠性提出了更高的要求。特别在洞口浅埋段（一般指隧道埋深小于2倍洞径的区段），由于隧道结构所处环境温度主要受大气温度影响，变化幅度大，同时施工造成的热融圈（围岩活动层）接近或与多年冻土上限重叠，冻结层上水易向洞周汇集，因此该段隧道极易出现衬砌开裂、漏水、挂冰等冻融破坏现象。国内已建成的多年冻土区隧道工程，在洞口浅埋段防护方面除加强支护结构外，其余基本都采用与非浅埋段相同的措施，即在初期支护与二次衬砌（或二次衬砌表面）之间设置保温板作为隔热层，依靠调整“热阻”进行“被动”热防护。防护效果监测也采取与其他洞身段相同的方法，即通过在洞周径向钻孔，孔内埋设元件进行监测。

[0004] 目前普遍采用的多年冻土隧道洞口浅埋段围岩防护及其效果监测技术主要存在如下问题：

[0005] 1）加强支护结构强度方面：在提高隧道支护结构强度的同时，也给隧道围岩发生冻胀时提供了更大的抗力，支护结构受到的冻胀力也随之增加，因此其防护效果相对不明显。同时，加强支护一般需要扩大开挖断面，增加的工程费用较高，经济性较差。

[0006] 2）设置隔热保温层方面：在隧道初期支护与二次衬砌（或二次衬砌表面）之间设置隔热保温层，可以提高隧道支护结构层的“热阻”，减少隧道围岩与隧道内环境之间的热交换，对减弱隧道围岩的冻融活动有积极意义。但也存在一些问题，如隔热层对围岩热融圈的回冻有阻滞作用，同时减缓了热融圈内围岩寒季时的冻结速度，易在支护结构外侧形成层状、网状结构冻土，产生一定程度的“分凝冻胀”，加剧围岩的冻胀程度。

[0007] 3）防护效果监测技术方面：目前普遍采用的洞内监测技术比较成熟，但也有一些不足之处，如元件埋设等作业必须与隧道施工同时进行，不可避免地会给隧道开挖、支护等工作造成一定的干扰；隧道开挖作业时容易破坏监测设备；监测设备预埋管件穿过隧道防水板处易出现渗漏水问题；埋入围岩的监测器件损坏后无法修复；监测设备必须设置于隧道限界与衬砌之间有限的空间处，安装、维护不方便等。

发明内容

[0008] 本发明提供了一种通过在隧道顶部地表设置热棒群，用该热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，促进隧道洞口浅埋段回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土隔水帷幕，利用“主动”降温原理（与隔热、保温等被动措施相比，热棒工作时可主动将围岩中的热量源源不断地抽吸出来散发在大气中）对隧道浅埋段结构进行热防护，提高隧道防护的可靠性及经济性，并自动监测防护效果。

[0009] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，利用热棒的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护，提高隧道防护的可靠性及经济性，该主动防护方法具体为：

[0010] 步骤1：收集隧址区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；

[0011] 步骤2：确定热棒群埋设深度、位置、范围及平面布置形式

[0012] 1）热棒群埋设深度

[0013] 在隧道浅埋段对应的洞顶地表放出隧道中线，在隧道中线上按2～5m间距逐点测出地表高程，结合隧道施工图纸中的设计高程按下式计算出隧道中线上确定的每个点对应的隧道拱顶外缘的实际埋深：

[0014] 隧道拱顶外缘的实际埋深=实测出的该点地表高程－隧道设计高程－隧道净高－支护结构层厚度；

[0015] 2）热棒群的埋设位置、范围：

[0016] 沿隧道纵向：热棒群的埋设范围从仰坡刷坡线后3～5m开始，至隧道拱顶外缘实际埋深达到下式的计算值时终止，

[0017] 隧道拱顶外缘实际深度= 2×该处多年冻土上限深度+隧道热融圈的厚度；

[0018] 沿隧道横向：位于热棒群边界的热棒的蒸发段棒体与隧道支护结构之间的最小水平距离为0.5～1.0m；其余位置的热棒蒸发段底端与隧道支护结构之间的距离为0.5～1.0m；

[0019] 3）热棒群的平面布置形式

[0020] 相邻两行横向设置的热棒组中、位于不同行的相邻的三个热棒形成一个等边三角形，该等边三角形的边长为相邻两根热棒之间的间距，

[0021] 相邻两根热棒之间的间距采用以下方法得到：根据步骤1搜集的资料，采用修正的傅里叶方程计算出单根热棒在隧址区的传热影响半径r：

[0022]

[0023] 式中：r表示热棒传热影响范围；k为修正系数，在青藏高原多年冻土区一般取0.20～0.25；λ表示热棒蒸发段周围土体的导热系数；T表示热棒蒸发段温度波动周期；C表示热棒蒸发段周围冻土的平均热容量；A0表示计算期热棒蒸发段的温度较差； A1表示计算期热棒传热影响范围边界处的温度较差，一般取0.1～0.2℃；

[0024] 而相邻两根热棒之间的间距等于2r；

[0025] 步骤3：热棒规格型号及相应数量

[0026] 热棒蒸发段直径取89mm，热棒蒸发段长度根据步骤2中确定的热棒埋设深度确定，冷凝段长度为2～4m。

[0027] 根据步骤2中所确定的热棒群的埋设范围及相邻两根热棒之间的间距计算确定所需热棒的数量；

[0028] 步骤4：采用钻孔插入法埋设热棒，钻孔后将热棒的蒸发段插入钻孔内，并用粘砂土拌成的泥浆回填，控制热棒棒身垂直度不大于棒身长度的1%，回填的泥浆冻结后，热棒埋设完成，所有热棒全部埋设后，即形成热棒群；

[0029] 然后，利用热棒可主动将围岩中的热量抽吸出来散发到大气中的“主动”降温特性，促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕，对隧道浅埋段结构进行热防护。

[0030] 本发明方法具有如下有益效果：

[0031] 1）本方法实施后可以加快隧道浅埋段围岩热融圈的回冻，使其回冻时间从3～5个冻融循环期减少到1～2个冻融循环期。同时，本方法实施后可在洞周形成冻土防渗帷幕，极大地减少冻结层上水向隧道结构方向的渗入。此外，本方法利用热棒的超前工作特性，提早降低冻土温度，提高冻土强度（冻土温度越低，强度越大），进而在隧道结构周围形成冻土抵抗层，可有效减小冻结层上水的冻结压力给隧道防排水措施及支护结构造成的威胁，解决多年冻土区隧道浅埋段围岩回冻周期长、防排水系统易失效、支护结构出现冻融破坏等问题。

[0032] 2）本方法实施后，可以改变围岩回冻时产生的冻胀力方向，减小隧道支护结构起拱线以上部位所受的法向冻胀力，有利于支护结构的安全。

[0033] 3）本方法采用的热棒技术成熟，热传输效率及灵敏度高，宜在寒季施做，可快速消除施工给隧道冻土围岩带来的热干扰，维持洞周冻土围岩的稳定；热防护系统工作时无需外加动力，无噪音，环保性能好，使用寿命长（30年以上），与现有技术相比，工程费用较少，且一次投入后即可长期使用，设备安全性高，安装、维护方便。

[0034] 4）热棒群的工作效果可通过自动监测系统实时掌握，便捷、可靠。

[0035] 5）本方法实施时间不受隧道施工情况限制。若时间安排合理，能在隧道开工前提前实施，可以起到强化冻土围岩、减少热融等作用，对隧道开挖施工非常有利。本方法也可以作为既有冻土隧道浅埋段的冻害治理、预防措施。

附图说明

[0036] 图1是本发明主动热防护方法中的热棒布置平面示意图。

[0037] 图2是本发明主动热防护方法中热棒布置横断面示意图。

[0038] 图3是本发明主动防护方法中监测断面及监测点布置平面示意图。

[0039] 图4是本发明主动防护方法中监测断面及监测点布置横断面示意图。

[0040] 图5是本发明主动防护方法中采用的自动监测系统示意图。

[0041] 图中：1.仰坡刷坡线，2.支护结构，3.热棒，4.热棒群边界，5.隧道中线， 6.侧沟顶面，7.第一监测断面，8.第二监测断面，9.第一监测点，10.第二监测点，11.对比监测点，12.地温监测管，13.热敏电阻，14.测温线，15.数据线，16.自动数据采集仪，17.无线发射模块，18.数据接收模块，19.数据处理终端。

具体实施方式

[0042] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0043] 热棒是一种无芯重力式热管，管内充以工质，管的上部焊上散热叶片，称为冷凝段，管的下部埋入多年冻土中，称为蒸发段，当冷凝段的温度低于蒸发段的温度时，热棒启动。蒸发段液体工质吸收汽化潜热蒸发成汽体，在压差作用下，蒸气沿管内空腔上升至冷凝段，与相对较冷的管壁接触，放出汽化潜热，冷凝成液体，在重力作用下，液体工质沿管壁流回蒸发段再吸热蒸发，如此循环，将地基中热量源源不断送入大气中，从而起到冷冻地基多年冻土的作用。

[0044] 现有的热棒制冷技术在多年冻土区土木工程中主要应用于路基、桥涵、输油管道、电力塔基、冷库等方面，其冷却多年冻土、提高地基强度、抗冻胀融沉的作用得到了工程界的普遍认同，但该技术在隧道结构安全热防护方面尚未得到应用。目前普遍采用的多年冻土隧道洞口浅埋段围岩防护方法存在防护效果相对不明显，经济性较差，会产生一定程度“分凝冻胀”，加剧围岩冻胀程度的问题，同时还存在监测设备安装、维护不方便等问题。为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的方法，即利用热棒的“主动”降温特性（与隔热、保温等被动措施相比，热棒工作时可主动将围岩中的热量源源不断地抽吸出来散发在大气中），促进隧道浅埋段热融圈围岩回冻以及在隧道围岩中快速形成冻土防渗帷幕（土体冻结后有一定的隔水性，可极大地较少地表水及冻结层上水向隧道方向的渗入），对隧道浅埋段结构进行热防护，提高隧道防护的可靠性及经济性。该主动防护方法具体为：

[0045] 本发明方法包括方案设计、热棒与地温监测管埋设以及监测器件安装三个方面，下面结合附图分别进行详细说明。

[0046] 1）方案设计

[0047] 方案设计包括收集隧址区气象、地质资料，确定热棒群埋设位置、范围及平面布置形式，计算热棒埋设间距及规格参数，确定热棒规格型号和相应数量，确定热棒工作效果监测断面位置。具体步骤如下：

[0048] 步骤1：资料收集

[0049] 收集隧址区的气温、风速等气象资料，结合工程地质勘察资料，查明隧道浅埋段围岩的基本热物理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；

[0050] 步骤2：确定热棒群埋设深度、位置、范围及平面布置形式

[0051] 1）热棒群埋设深度

[0052] 在隧道浅埋段对应的洞顶地表放出隧道中线5，在隧道中线5上按2～5m间距逐点测出地表高程，结合隧道施工图纸中的设计高程（公路隧道一般为中线处路面高程；铁路隧道一般为内轨顶面高程）按下式计算出隧道中线5上确定的每个点对应的隧道拱顶外缘的实际埋深：隧道拱顶外缘的实际埋深=实测出的该点地表高程－隧道设计高程－隧道净高－支护结构层厚度。

[0053] 2）热棒群的埋设位置、范围：

[0054] 沿隧道纵向：热棒群的埋设范围从仰坡刷坡线1后3～5m开始，至隧道拱顶外缘实际埋深达到下式的计算值时终止。隧道拱顶外缘实际深度= 2×该处多年冻土上限深度+隧道热融圈的厚度，隧道热融圈的厚度Da一般为3～5m，也可在现场进行实测。

[0055] 沿隧道横向：最外侧两列热棒3，即位于热棒群边界4中的热棒3的蒸发段棒体与隧道支护结构2之间的最小水平距离M在0.5～1.0m之间；其余位置的热棒3蒸发段底端与隧道支护结构2之间的距离为0.5～1.0m。

[0056] 3）热棒群的平面布置形式

[0057] 为了使热棒3工作时形成的“冻土防渗帷幕”顶部较为平整，减少埋设热棒时导致的人为上限（在人类活动影响下多年冻土层顶面距地表的深度）产生的凹凸给冻结层上水顺坡迁移造成的阻滞，热棒3采用等边三角形组成的梅花形布置，即相邻两行横向设置的热棒组中、位于不同行的相邻的三个热棒3形成一个等边三角形，该等边三角形的边长为相邻两根热棒3之间的间距S，如图1所示，S一般为2～4m。

[0058] 相邻两根热棒3之间的间距S采用以下方法得到：根据步骤1搜集的资料，采用修正的傅里叶方程计算出单根热棒3在隧址区的传热影响半径r，而S=2r：

[0059]

[0060] 式中：r表示热棒传热影响范围；k为修正系数，在青藏高原多年冻土区一般取0.20～0.25；λ表示热棒蒸发段周围土体的导热系数；T表示热棒蒸发段温度波动周期；
C表示热棒蒸发段周围冻土的平均热容量；A0表示计算期热棒蒸发段的温度较差（最高值与最低值之差）； A1表示计算期热棒传热影响范围边界处的温度较差（最高值与最低值之差），一般取0.1～0.2℃；

[0061] 步骤3：确定热棒3规格型号及相应数量

[0062] 规格型号： GB/T 27880-2011《热棒》中提供了多种规格型号的热棒供选择，但工程中一般常用的规格型号参数为蒸发段直径D在80～100mm，冷凝段长度Lc小于等于5m，额定功率500W。已有的大量工程实践及相应的监测数据证实，这种规格型号的热棒能很好的满足工程热防护及主动降温需要，且具有良好的经济性，因此一般建议选取此种规格的热棒。为了便于统一施工，本发明方法中使用的热棒3的蒸发段直径D统一取89mm，蒸发段长度根据步骤2中计算所得的热棒埋设深度确定，冷凝段长度一般选2～4m。

[0063] 数量：根据步骤2中所确定的埋深范围及方式计算确定。

[0064] 受隧道浅埋段地表地形限制，热棒冷凝段Lc长度一般选2～4m；蒸发段Le长度一般根据步骤2中计算所得的热棒埋设深度确定；冷凝段外直径D，一般在30~130mm，上述具体参数应结合现场实际情况依据GB/T 27880-2011《热棒》的有关规定确定。

[0065] 步骤4：确定热棒群工作效果监测断面位置

[0066] 热棒群的工作效果可通过自动监测系统实时掌握。自动监测系统包括地温监测元件、数据自动采集、发射以及接收分析三大部分。

[0067] 为了保证监测数据的代表性，沿隧道纵向、在热棒群的中间位置（也就是热棒群沿隧道纵向布置范围的中间位置）及最后部（埋深最大位置）分别设置第一监测断面7和第二监测断面8，如图3所示，两个监测断面均与隧道中线5相垂直；每个监测断面上并排布置多个监测点，即第一监测断面7上并排布置多个第一监测点9，第二检测断面8上并排布置多个第二监测点10；多个第一监测点9位于同一热棒组中相邻两个热棒3之间，多个第一监测点9位于两端的两个第一监测点9中的一个第一监测点9与相邻热棒3之间的距离为0.3～0.5m，相邻两个第一监测点9之间的距离为0.3～0.5m，该多个第一监测点9中位于两端的两个第一监测点9之间的距离不小于相邻两个热棒3间距S的一半；多个第二监测点10位于同一热棒组中相邻两个热棒3之间，多个第二监测点10位于两端的两个第二监测点10中的一个第二监测点10与相邻热棒3之间的距离为0.3～0.5m，相邻两个第二监测点10之间的距离为0.3～0.5m，该多个第二监测点10中位于两端的两个第二监测点
10之间的距离不小于相邻两个热棒3间距S的一半；每个监测点处埋设地温监测管14。此外，在第一监测断面7上设置一处对比监测点11，对比监测点11与热棒群边界4之间的距离为10～15m；对比监测点11对未设置热棒3的天然地层温度进行监测，用于对热棒群工作效果进行对比说明。

[0068] 步骤5：埋设热棒3与地温监测管12

[0069] 采用钻孔插入法埋设热棒3。钻孔采用干钻，小循环钻进，孔径比热棒3蒸发段直径大15～20cm，实际钻进深度比设计深度深10～20cm。钻孔完成后吊起热棒3，将热棒3的蒸发段插入钻孔内，检查热棒3垂直度合格后用支撑物进行固定（棒身垂直度允许偏差不大于棒身长度的1%）。热棒3定位后用粘砂土拌成的泥浆灌入热棒3与钻孔孔壁之间的间隙中，回填泥浆冻结后即可拆除支撑物，完成热棒3埋设，如图4所示。热棒群内的地温监测管12使用直径40～50mm的桶形的镀锌钢管。热棒3埋设施工的同时钻孔埋设地温监测管12，地温监测管12底端的埋设深度超出监测点周边埋设最深热棒3的底端0.5～
1.0m，其上部管口高出地表15～30cm，以防地表水进入管内。地温监测管12与钻孔孔壁之间的间隙亦使用粘砂土拌成的泥浆灌入回填。对比监测点11处埋设一根地温监测管12，其埋置深度为15～20m。

[0070] 步骤6：监测器件安装

[0071] 地温监测管12埋设完成后，即可安装监测器件：采用经过筛选及反复老化后长期稳定性指标优于0.002℃/a的NTC热敏电阻13（测量精度±0.01℃），热敏电阻13经过逐支标定及参数采集后，用导线按间距30～50cm进行串联组装、塑料封套，形成测温线14，如图5所示。测温线14置于地温监测管12中，测温线14朝向测温监测管12开口方向的一端与数据线15的一端相连接，数据线15的另一端穿过埋入地表以下15～30cm、直径为30～50mm的保护管（该保护管内分段设置毡垫，以阻隔空气流通，管口用棉纱封堵）接入安装在隧道管理房中的自动数据采集仪16（市售成品）。自动数据采集仪16与隧道交通信号设施共用电源，自动数据采集仪16与无线发射模块17相连接，无线发射模块17与数据接收模块18信号连接，数据接收模块18与数据处理终端19相连接。测温线14、数据线15、自动数据采集仪16、无线发射模块17、数据接收模块18与数据处理终端19构成了具有地温监测元件、数据自动采集发射以及数据接收与分析三大部分的自动监测系统，测温线14采集的数据由GPRS无线数据传输模块经发射天线载入无线通讯网络，由安装在办公地点的电脑终端通过路由器进行无线接收，技术人员在终端进行数据分析，即可实时掌握热棒群的工作状态，对热棒群的工作效果进行实时监测。
实施例

[0072] 本发明方法首次实际应用于青藏高原某高等级公路隧道浅埋段。

[0073] 该隧道地处青藏高原东部边缘大片连续多年冻土区向岛状多年冻土区的过渡带中，隧道浅埋段穿越的地层以富冰、饱冰冻土为主，年平均地温-0.3~-0.5℃，属高温不稳定多年冻土，抗热干扰能力及热稳定性差。为避免冻融病害，保证隧道结构及运营安全，按照本发明方法在浅埋段地表沿隧道纵向长63m，横向宽21m的范围内设置了热棒群进行主动热防护，并配置了热棒防护效果自动检测系统。使用的热棒从TPA Ⅰ/a89-2.5/4.5-C-GB/T 27880至TPA Ⅰ/a 89-2.5/11-C-GB/T 27880共7种型号，埋设间距
3m，梅花形布置。据监测资料及相关分析，该隧道施工期间形成的热融圈经过2个冻融循环完全回冻，且完全克服了衬砌内的保温材料对热融圈回冻的阻碍作用。

[0074] 对比例

[0075] 现有技术主要通过在初期支护与二次衬砌之间（或二次衬砌表面）设置保温板作为隔热层，依靠调整“热阻”进行“被动”热防护。以青藏铁路风火山隧道为例。该隧道在一次模筑混凝土支护与二次衬砌之间设置了一层厚度为5cm，导热系数K=0.03W/m·K的保温材料。据监测资料及相关分析，该隧道施工期间形成的热融圈经过4个冻融循环后才完全回冻，且衬砌内的保温材料对热融圈的回冻起着一定的阻碍作用。