CN103939141B - 隧道排水沟防冻系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道排水沟防冻系统，包括：隧道排水沟、蓄水池，以及在所述隧道排水沟周围的保温层；所述蓄水池中的水面低于所述隧道排水沟的入口；所述隧道排水沟的出口贯穿所述蓄水池的一个侧壁，并位于所述蓄水池中的水面以下设定深度，使得所述隧道排水沟中由所述入口流入的隧道排水经所述出口流出；其中，所述设定深度大于所述隧道排水沟所在地区的水体冻结深度。本发明的技术方案中，在隧道排水沟的周围的保温层、以及蓄水池中浸没隧道排水沟出口的液态水，可以防止隧道排水沟中的排水结冰，从而避免隧道内的水或者隧道外的地下水对隧道结构造成破坏，提高了隧道的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种隧道排水沟防冻系统。
背景技术
随着我国基础建设的发展，大量的隧道挖掘、修建完毕投入使用。
目前的隧道排水系统中通常包括隧道排水沟；隧道排水沟的纵剖面示意图如图1所示，其入口通常位于隧道内或者隧道的外表面附近，其出口位于地面高程低于其入口的地面上；隧道排水沟中的排水由入口流向出口，隧道排水沟的一部分及其出口通常暴露在空气中。
当室外气温降低到零度以下时，隧道排水沟的出口处残留的水容易冻结成冰，冰块可能堵塞隧道排水沟，造成隧道排水沟失去排水的功能。若隧道排水沟的入口位于隧道内，则容易导致隧道内产生积水；当隧道内的气温较低时，隧道内的积水很有可能冻结成冰；由于水冻结成冰后，体积增大硬度增大，很容易造成隧道内被积水浸泡的构造（例如衬砌等）遭受冻胀而产生开裂、酥碎、剥落等问题，严重威胁隧道内通行车辆和人员的安全。若隧道排水沟的入口位于隧道外表面附近，则容易导致地下水在隧道外表面处聚集，对隧道的初支结构产生额外的水压，容易产生隧道漏水、支护结构开裂甚至垮塌等问题，严重威胁隧道内通行车辆和人员的安全。隧道内道路运营的相关部门每年通常需要花费大量的人力物力清除隧道排水沟的结冰，效率底下，成本较高。
综上所述，现有的隧道排水沟存在出口容易冻结的缺陷，影响了隧道的安全性；因此，有必要提供一种可以避免隧道排水沟出口冻结的防冻系统，以提高隧道的安全性。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种隧道排水沟防冻系统，可以避免隧道排水沟的出口冻结，以提高隧道的安全性。
本发明的技术方案，提供了一种隧道排水沟防冻系统，包括：隧道排水沟、蓄水池，以及在所述隧道排水沟周围的保温层；
所述蓄水池中的水面低于所述隧道排水沟的入口；所述隧道排水沟的出口贯穿所述蓄水池的一个侧壁，并位于所述蓄水池中的水面以下设定深度，使得所述隧道排水沟中由所述入口流入的隧道排水经所述出口流出；其中，所述设定深度大于所述隧道排水沟所在地区的水体冻结深度。
较佳地，所述保温层具体包括：覆盖在所述隧道排水沟之上的硬质聚氨酯层，以及覆盖在所述硬质聚氨酯层之上的煤渣层。
较佳地，所述保温层的厚度大于所述隧道排水沟所在地区的土层冻结深度。
较佳地，所述保温层的厚度大于所述隧道排水沟所在地区的土层冻结深度至少0.25米。
进一步，所述保温层还包括：铺设于所述煤渣层与所述硬质聚氨酯层之间的土工布层。
较佳地，所述隧道排水沟防冻系统，还包括：铺设在所述保温层之上的护坡层；所述护坡层用于避免所述保温层遭受外界干扰，并避免所述保温层滑塌。
较佳地，所述护坡层具体包括：覆盖在所述保温层中的煤渣层之上的厚浆砌片石层，以及覆盖在所述厚浆砌片石层之上的沥青层。
较佳地，所述设定深度大于所述隧道排水沟所在地区的水体冻结深度0.25米至1米。
较佳地，所述隧道排水沟的入口的下管壁高于所述隧道排水沟的出口的下管壁至少5米。
本发明的技术方案中，在露天的隧道排水沟的周围增设的保温层，以及蓄水池中位于冻结深度之下、浸没隧道排水沟出口的液态水，可以防止隧道排水沟中的排水结冰，从而避免隧道内的水或者隧道外的地下水对隧道结构造成破坏，提高了隧道的安全性。
附图说明
图1为现有的隧道排水沟的纵剖面示意图；
图2为本发明实施例的隧道排水沟防冻系统的结构的纵剖面示意图；
图3为本发明实施例的隧道排水沟防冻系统中保温层的内部结构的纵剖面示意图；
图4为本发明实施例的隧道排水沟防冻系统中护坡层的内部结构的纵剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本发明的发明人考虑到，冰的密度小于水的密度，因此冰层浮于水层之上；若将隧道排水沟的出口设置于冰层之下的液态水层中，则隧道排水沟的出口处的水不容易结冰；进一步，在隧道排水沟的上层增加保温层，可以使得位于隧道排水沟的入口与出口之间的水不容易结冰；从而保证整个隧道排水沟中的水不容易结冰，防止隧道内的水或者隧道外的地下水对隧道结构的破坏，提高了隧道的安全性。
下面结合附图介绍本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的隧道排水沟防冻系统，其结构的纵剖面示意图如图2所示，包括：隧道排水沟201、在隧道排水沟201周围的保温层202，以及蓄水池203。
保温层202用于避免被本保温层包裹在内部的隧道排水沟201中的排水结冰；保温层202的内部结构的纵剖面示意图，如图3所示，包括：覆盖在隧道排水沟201之上的硬质聚氨酯层301，以及覆盖在硬质聚氨酯层301之上的煤渣层。硬质聚氨酯层301的下表面与隧道排水沟201的上管壁的外表面相接触。保温层202的厚度大于隧道排水沟201所在地区的土层冻结深度。更优的，保温层202的厚度大于隧道排水沟201所在地区的土层冻结深度至少0.25米；硬质聚氨酯层301的厚度至少是5厘米。隧道排水沟201所在地区的土层冻结深度可以根据《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》附录F和G预先确定。
蓄水池203处于蓄水状态，其中的水面低于隧道排水沟201的入口；具体地，蓄水池203中的水面低于隧道排水沟201的入口的下管壁。隧道排水沟201的出口贯穿蓄水池203的一个侧壁，并位于蓄水池203的水面以下设定深度；具体地，隧道排水沟201的出口的下管壁高于蓄水池203的底面，隧道排水沟201的出口的上管壁位于蓄水池203的水面以下设定深度，该设定深度大于隧道排水沟201所在地区的水体（例如河流、湖泊）冻结深度。隧道排水沟201所在地区的水体冻结深度（即结冰层厚度），可以预先通过多种途径获得：例如，可以从隧道排水沟201所在地区的相关部门获取当地的结冰层厚度的历史数据，取历史数据中最大值作为本发明实施例的水体冻结深度；再如，在冬季实测隧道排水沟201所在地区的水体结冰层厚度，将测得的最大值作为本发明实施例的水体冻结深度。
更优的，由于隧道排水沟201的出口的上管壁位于蓄水池203的水面以下设定深度，该设定深度可以大于隧道排水沟201所在地区的水体冻结深度0.25米至1米。
更优的，蓄水池203中的水面与蓄水池203的侧壁的顶端齐平，以便于控制蓄水池203中最高的水面高度，从而便于隧道排水沟201向蓄水池203排水；蓄水池203中被隧道排水沟201的出口贯穿的侧壁外表面与保温层202相接触。
更优的，隧道排水沟201的入口的下管壁（或上管壁）高于隧道排水沟201出口的下管壁（或上管壁）至少5米。
事实上，本发明实施例中的隧道排水沟201的排水过程包括：
隧道中的积水或者隧道外侧的地下水作为排水，通过隧道排水沟201的入口进入隧道排水沟201中后，冲向隧道排水沟201的出口，以及经隧道排水沟201的出口冲入到蓄水池203中。
在隧道排水沟201的排水过程中，本发明实施例的隧道排水沟防冻系统的工作原理如下：
排水从隧道排水沟201的入口冲向隧道排水沟201的出口过程中，由于保温层202的厚度大于隧道排水沟201所在地区的土层冻结深度，即保温层202可以保证被本保温层包裹在内部的隧道排水沟201中的排水水温大于0摄氏度，从而使得隧道排水沟201中的排水不容易结冰。
排水经过隧道排水沟201的出口时，由于蓄水池203中的水面与隧道排水沟201的出口的上管壁之间的设定深度大于隧道排水沟201所在地区的水体冻结深度，即隧道排水沟201的出口埋入于蓄水池203中的冰层之下的液态水中，因此排水经过隧道排水沟201的出口直接冲入到蓄水池203中的液态水中，从而位于隧道排水沟201的出口处的排水不容易结冰。
排水从隧道排水沟201的出口冲入蓄水池203的过程中，即使蓄水池203中的水面出现结冰现象，但在排水的冲击作用下，蓄水池203的各侧壁与池中结冰层之间不容易冻结粘连，而通常是留有缝隙，这些缝隙可供蓄水池203中的水溢出结冰层。
为了防止保温层202中的煤渣层302与硬质聚氨酯层301互相渗透，造成保温层202厚度以及保温层202中的空气体积减小，从而导致保温层202的保温效果减弱；还可以在煤渣层302与硬质聚氨酯层301之间设置土工布层303。土工布层303与煤渣（或硬质聚氨酯）之间摩擦力较大，可以减轻煤渣（或硬质聚氨酯）沿隧道排水沟201的坡度滑动的趋势，增强保温层202的抗拉强度和抗变形能力，从而增强保温层202的稳定性。更优的，土工布层303中的土工布可以是单位面积质量为400g/m2的土工布。
为了避免保温层202遭受雨水冲刷、风沙侵蚀等外界干扰，并避免保温层202沿隧道排水沟201的坡度滑塌；还可以在保温层202之上铺设护坡层204。护坡层204的内部结构的纵剖面示意图，如图4所示，包括：覆盖在保温层202中的煤渣层302之上的厚浆砌片石层402，覆盖在厚浆砌片石层402之上的沥青层401。厚浆砌片石层402的下表面与煤渣层302的上表面相接触（例如相齿接），利用砌片石与煤渣之间较大的摩擦力，还可以防止煤渣沿隧道排水沟201的坡度滑动，增强保温层202的抗拉强度和抗变形能力，从而增强保温层202的稳定性。更优的，沥青层401的厚度可以是2厘米，厚浆砌片石层的厚度可以是30厘米。
本发明的技术方案中，在露天的隧道排水沟的周围增设的保温层，以及蓄水池中位于冻结深度之下、浸没隧道排水沟出口的液态水，可以防止隧道排水沟中的排水结冰，从而避免隧道内的水或者隧道外的地下水对隧道结构造成破坏，提高了隧道的安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种隧道排水沟防冻系统，其特征在于，包括：隧道排水沟、蓄水池，以及在所述隧道排水沟周围的保温层；
所述蓄水池中的水面低于所述隧道排水沟的入口；所述隧道排水沟的出口贯穿所述蓄水池的一个侧壁，并位于所述蓄水池中的水面以下设定深度，使得所述隧道排水沟中由所述入口流入的隧道排水经所述出口流出；其中，所述设定深度大于所述隧道排水沟所在地区的水体冻结深度；
所述保温层具体包括：覆盖在所述隧道排水沟之上的硬质聚氨酯层，以及覆盖在所述硬质聚氨酯层之上的煤渣层。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保温层的厚度大于所述隧道排水沟所在地区的土层冻结深度。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述保温层的厚度大于所述隧道排水沟所在地区的土层冻结深度至少0.25米。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述保温层还包括：铺设于所述煤渣层与所述硬质聚氨酯层之间的土工布层。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：铺设在所述保温层之上的护坡层；所述护坡层用于避免所述保温层遭受外界干扰，并避免所述保温层滑塌。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述护坡层具体包括：覆盖在所述保温层中的煤渣层之上的厚浆砌片石层，以及覆盖在所述厚浆砌片石层之上的沥青层。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定深度大于所述隧道排水沟所在地区的水体冻结深度0.25米至1米。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述隧道排水沟的入口的下管壁高于所述隧道排水沟的出口的下管壁至少5米。
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