CN108716404A - 一种季节冻土区隧道冻害防治装置及安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种季节冻土区隧道冻害防治装置及安装方法，本发明通过在隧道内表面设置初期支护和二次衬砌，并在初期支护和二次衬砌内设置冷浴管，冷浴管连接制冷仓，本装置能使使季节冻土隧道围岩始终保持负温，减小围岩冻融循环作用对隧道衬砌造成的损伤，与现有季节冻土隧道防冻方法有所区别，不只是一味地升高温度，确保隧道围岩不冻结；本装置设置有与中控室连接的温度传感器，能够实时采集隧道内温度，并及时调整制冷量，提高了整体效率。

Description

一种季节冻土区隧道冻害防治装置及安装方法
技术领域
本发明属于寒区隧道工程病害防治领域，具体涉及一种季节冻土区隧道冻害防治装置及安装方法。
背景技术
随着我国高速公路网不断完善，季节冻土区也修建了很多隧道工程。目前调研资料表明，季节冻土区隧道常常出现衬砌酥碎剥落，衬砌开裂漏水等病害，严重威胁隧道行车安全。与多年冻土区隧道不同，季节冻土区隧道冻害更加明显，究其原因就是隧道外气温周期性变化，导致隧道衬砌与围岩也发生周期性变化，夏季气温较高时，围岩融化，隧道汇水作用导致围岩周边地下水向隧道处汇集，冬季温度降低，围岩冻结，由于夏季的汇水作用会发生更大的冻胀力，一个冻融循环周期使衬砌发生了明显的卸载和再加载作用，长此以往，就回导致隧道衬砌混凝土发生裂损。目前季节冻土区隧道病害防治思路一般包括，主动保温方式和被动保温方式两种，主动保温方式是指通过电加热的方法给隧道提供热能，保证隧道围岩在冬季不发生冻结，被动保温方式是指设置一定厚度的保温层，减少隧道环境与围岩的热交换，避免围岩发生冻胀。目前两种方式各有缺点，如主动保温方式耗能太大，在某些年温度较低的季节冻土隧道显然适用性比较局限，而被动保温方式，短时间效果尚可，但长时间保温效果常常不佳，当然目前还发展了主动被动保温方式相结合的方法，但实践效果来看仍然不是很好，尤其在年平均温度较低的季节冻土区隧道时常会发生衬砌冻裂漏水情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种季节冻土区隧道冻害防治装置及安装方法，通过设置衬砌和围岩之间的制冷系统，保证隧道在夏季温度较高的时候不发生融化，从而保证隧道围岩自建成后始终处于冻结状态，这样既避免了隧道围岩裂隙水在融化时向隧道处汇集，也避免了冻融循环作用造成的衬砌疲劳破坏。
为了达到上述目的，一种季节冻土区隧道冻害防治装置，包括设置在隧道内的支护系统，支护系统内设置有制冷系统，制冷系统连接控制系统，制冷系统和控制系统均连接供电系统；
支护系统包括初期支护和二次衬砌，初期支护与隧道内表面接触，初期支护和二次衬砌间具有内腔，内腔内设置有防水层和保温层，防水层与初期支护接触，保温层与二次衬砌接触；
制冷系统包括置于防水层和保温层之间的冷浴管，冷浴管连接制冷仓，冷浴管与制冷仓组成回路，冷浴管中充填冷浴液，冷浴管的输出管路上设置有增压泵；
控制系统包括设置在隧道内的温度传感器，温度传感器连接信号解调仪，信号解调仪连接中控室，中控室连接制冷仓；
中控室用于接收温度传感器的信号，并判断是否开启制冷系统。
防水层采用EVA防水板，保温层采用聚氨酯保温板。
冷浴管沿隧道纵向环形布置，冷浴管为直径5mm的金属管。
冷浴管上设置有阀门。
温度传感器设置在隧道拱顶处的防水层和保温层之间。
供电系统采用太阳能发电板发电或交流电供电。
一种季节冻土区隧道冻害防治装置的安装方法，包括以下步骤：
步骤一：隧道的掌子面开挖到所需距离后，在掌子面上制作初期支护，然后在初期支护表面敷设防水板；
步骤二：将冷浴管预制成隧道断面形状，敷设于防水板表面；
步骤三：在冷浴管相同断面的隧道拱顶处安装温度传感器，并将引线导出备用；
步骤四：在冷浴管的表面安装保温板，在保温板上施作二次衬砌，重复步骤一至步骤四，直到隧道贯通；
步骤五：将温度传感器连接到信号解调仪上，然后连接到中控室，将中控室与制冷仓连接，将供电系统连接到控制系统和制冷系统；
步骤六：在制冷仓中添加冷浴液，并将控制系统和制冷系统调试到工作正常状态，完成安装。
步骤二中，冷浴管为环形设置，每环间距设置为5m，每环之间通过直角接头连接。
与现有技术相比，本发明通过在隧道内表面设置初期支护和二次衬砌，并在初期支护和二次衬砌内设置冷浴管，冷浴管连接制冷仓，本装置能使使季节冻土隧道围岩始终保持负温，减小围岩冻融循环作用对隧道衬砌造成的损伤，与现有季节冻土隧道防冻方法有所区别，不只是一味地升高温度，确保隧道围岩不冻结；本装置设置有与中控室连接的温度传感器，能够实时采集隧道内温度，并及时调整制冷量，提高了整体效率。
本发明的方法是通过制冷系统，保证季节冻土区隧道围岩夏季不会发生融化，尤其是对年平均温度较低的、高温时间较段的季节冻土隧道，只需在温度较高的几个月开启系统，保证隧道围岩始终处于低温状态，避免隧道衬砌受到冻融疲劳破坏，这种方法能够节省大量电能，具有绿色环保效果。
附图说明
图1为本发明中隧道与支护系统和冷浴管的配合示意图；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为本发明的控制框图；
其中，1为初期支护，2为防水层，3为冷浴管，4为保温层，5为二次衬砌，6为温度传感器，7为制冷仓，8为增压泵，9为阀门，10为信号解调仪，11为中控室，12为隧道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种季节冻土区隧道冻害防治装置，包括设置在隧道12内的支护系统，支护系统内设置有制冷系统，制冷系统连接控制系统，制冷系统和控制系统均连接供电系统；
支护系统包括初期支护1和二次衬砌5，初期支护1与隧道12内表面接触，初期支护1和二次衬砌5间具有内腔，内腔内设置有防水层2和保温层4，防水层2与初期支护1接触，保温层4与二次衬砌5接触；
制冷系统包括置于防水层2和保温层4之间的冷浴管3，冷浴管3连接制冷仓7，冷浴管3与制冷仓7组成回路，冷浴管3中充填冷浴液，冷浴管3的输出管路上设置有增压泵；
控制系统包括设置在隧道12内的温度传感器6，温度传感器6连接信号解调仪10，信号解调仪6连接中控室11，中控室11连接制冷仓7；
中控室11用于接收温度传感器6的信号，并判断是否开启制冷系统。
优选的，防水层2采用EVA防水板，保温层4采用聚氨酯保温板。
优选的，冷浴管3沿隧道12纵向环形布置，冷浴管3为直径5mm的金属管，冷浴管3上设置有阀门9。
优选的，温度传感器6设置在隧道12拱顶处的防水层2和保温层4之间，供电系统采用太阳能发电板发电或交流电供电，优先使用太阳能发电板电量，当电量不足时改用交流电供电。
一种季节冻土区隧道冻害防治装置的安装方法，包括以下步骤：
步骤一：隧道12的掌子面开挖到所需距离后，在掌子面上制作初期支护1，然后在初期支护1表面敷设防水板2；
步骤二：将冷浴管3预制成隧道12断面形状，敷设于防水板2表面，冷浴管3为环形设置，每环间距设置为5m，每环之间通过直角接头连接；
步骤三：在冷浴管3相同断面的隧道拱顶处安装温度传感器6，并将引线导出备用；
步骤四：在冷浴管3的表面安装保温板4，在保温板4上施作二次衬砌5，重复步骤一至步骤四，直到隧道12贯通；
步骤五：将温度传感器6连接到信号解调仪10上，然后连接到中控室11，将中控室11与制冷仓7连接，将供电系统连接到控制系统和制冷系统；
步骤六：在制冷仓7中添加冷浴液，并将控制系统和制冷系统调试到工作正常状态，完成安装。
使用时，在中控室11中设置控制条件，当温度传感器6测得的温度大于零度时，由中控室11发出指令，控制制冷系统开始工作，当温度小于零度时，制冷系统停止工作。

Claims (8)

1.一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，包括设置在隧道(12)内的支护系统，支护系统内设置有制冷系统，制冷系统连接控制系统，制冷系统和控制系统均连接供电系统；
支护系统包括初期支护(1)和二次衬砌(5)，初期支护(1)与隧道(12)内表面接触，初期支护(1)和二次衬砌(5)间具有内腔，内腔内设置有防水层(2)和保温层(4)，防水层(2)与初期支护(1)接触，保温层(4)与二次衬砌(5)接触；
制冷系统包括置于防水层(2)和保温层(4)之间的冷浴管(3)，冷浴管(3)连接制冷仓(7)，冷浴管(3)与制冷仓(7)组成回路，冷浴管(3)中充填冷浴液，冷浴管(3)的输出管路上设置有增压泵；
控制系统包括设置在隧道(12)内的温度传感器(6)，温度传感器(6)连接信号解调仪(10)，信号解调仪(6)连接中控室(11)，中控室(11)连接制冷仓(7)；
中控室(11)用于接收温度传感器(6)的信号，并判断是否开启制冷系统。
2.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，防水层(2)采用EVA防水板，保温层(4)采用聚氨酯保温板。
3.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，冷浴管(3)沿隧道(12)纵向环形布置，冷浴管(3)为直径5mm的金属管。
4.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，冷浴管(3)上设置有阀门(9)。
5.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，温度传感器(6)设置在隧道(12)拱顶处的防水层(2)和保温层(4)之间。
6.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置，其特征在于，供电系统采用太阳能发电板发电或交流电供电。
7.权利要求1所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：隧道(12)的掌子面开挖到所需距离后，在掌子面上制作初期支护(1)，然后在初期支护(1)表面敷设防水板(2)；
步骤二：将冷浴管(3)预制成隧道(12)断面形状，敷设于防水板(2)表面；
步骤三：在冷浴管(3)相同断面的隧道拱顶处安装温度传感器(6)，并将引线导出备用；
步骤四：在冷浴管(3)的表面安装保温板(4)，在保温板(4)上施作二次衬砌(5)，重复步骤一至步骤四，直到隧道(12)贯通；
步骤五：将温度传感器(6)连接到信号解调仪(10)上，然后连接到中控室(11)，将中控室(11)与制冷仓(7)连接，将供电系统连接到控制系统和制冷系统；
步骤六：在制冷仓(7)中添加冷浴液，并将控制系统和制冷系统调试到工作正常状态，完成安装。
8.根据权利要求7所述的一种季节冻土区隧道冻害防治装置的安装方法，其特征在于，步骤二中，冷浴管(3)为环形设置，每环间距设置为5m，每环之间通过直角接头连接。
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