CN108798682B - 一种季节冻土区隧道防冻系统及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种季节冻土区隧道防冻系统及安装方法，本发明在初期支护上设置若干压力传感器，能够实时监测各点的压力变化情况，当冻胀力发生时，压力传感器数值会增大，控制系统接收信息，并以此控制各点的电加热板工作状态，实现了智能化精确控制，有效减小冻胀力及冻害的发生概率，本防冻型式能够实现定点工作，精确定位出现冻胀力的位置，并对该位置进行加热，避免隧道全长加热，造成电能浪费，本发明还设置带进水孔的排水管，能及时拍走冻胀点融化产生的水，避免二次冻胀的发生。本发明结构明确，可操作性强，绿色环保，具有良好的推广前景。

Description

一种季节冻土区隧道防冻系统及安装方法

技术领域

本发明属于防冻保温领域，具体涉及一种季节冻土区隧道防冻系统及安装方法。

背景技术

随着基础交通设施的不断完善，高速公路网逐渐延伸到西部高海拔地区和东北高纬度地区，高海拔和高纬度地区多属于季节冻土区，应高速公路建设要求，不可避免的要修建许多季节冻土区隧道。季节冻土区气候变化明显，冬季和夏季温差大，常常出现冻融循环现象，目前研究表明，季节冻土区隧道受到季节性冻融作用多出现衬砌开裂，衬砌漏水，衬砌挂冰等冻害，一方面是由于早期隧道建设经验不足，未采取合理的防冻保温措施，另一方面是冻胀力成因复杂，现有技术还难以避免冻胀力产生，究其原因上述季节冻土区隧道冻害均是由冻胀力作用引起的。

目前业内公认的冻胀力发生有三个必备条件：围岩破碎，水源充足，持续低温，只要避免三个条件同时发生，就可以避免冻胀力的不利影响。为了减小或消除冻胀力，研究人员也做了许多工作，提出了许多措施，但围岩和水源属于衬砌背后问题，具有不可控性，目前的思路多以避免围岩低温为手段来减小冻胀力，提出了多种保温措施，常用的保温方式有防风门、敷设保温层和电加热等，防风门影响正常行车，对车流量较小的隧道才适用，且保温效果不是太好；在衬砌表面或初支和二衬之间设置保温层，但保温层的保温效果难以达到预期效果；另外还有主动保温的电伴热加热保温防水，但电伴热费用太高，未得到广泛应用。可以看出目前针对季节冻土区隧道的防冻问题还没有一种较好的方法，而季节冻土区隧道的冻害问题是一个亟待解决的现实问题。

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防冻系统及安装方法，能够有效减小季节冻土区隧道的冻害问题。

为了达到上述目的，一种季节冻土区隧道防冻系统，包括设置在隧道内壁上的初期支护，初期支护上设置有若干测点，测点处设置有压力传感器，初期支护外沿隧道环向设置有若干集水管，集水管上开设有若干进水孔，所有集水管均连接排水管，集水管外设置有防水层，防水层外设置有若干电加热板，电加热板外设置有保温层，保温层外具有二次衬砌，压力传感器和电加热板均连接控制系统；

控制系统用于采集所有压力传感器的参数，并与预设阈值进行对比，并控制电加热板开启或关闭，每个电加热板均能通过控制系统独立控制。

初期支护上的测点具有若干组，每组测点等间距设置在初期支护的轴向内表面上，每组测点中具有六个测点，六个测点等间距设置在初期支护的环向内表面上。

集水管首先预制成隧道断面形状，集水管上分布有进水孔，进水孔上覆盖有过滤网。

排水管设置正在隧道的仰拱处。

集水管与排水管采用直角接头连接。

控制系统、压力传感器和电加热板的电源通过太阳能发电和风力发电中的一种或共同提供。

一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，随着隧道开挖过程，施作完初期支护之后，依次安装各个测点的压力传感器，并导出引线；

步骤二，沿隧道环向安装若干集水管，径向安装排水管，将所有集水管与排水管连接；

步骤三，在集水管外安装防水层，防水层安装完毕后，依次分块安装电加热板，并导出引线，每一块电加热板分别连接一根导线，实现独立控制；

步骤四，在电加热板外部安装保温层，保温层外进行二次衬砌；

步骤五，将压力传感器的引线以及电加热板的引线均连接至控制系统；

步骤六，对控制系统进行调试，直至运行正常。

在隧道外安装太阳能发电机和风力发电机，收集电能并为控制系统、压力传感器和电加热板进行供电。

在隧道外设置控制房，将控制系统放置在控制房内。

与现有技术相比，本发明在初期支护上设置若干压力传感器，能够实时监测各点的压力变化情况，当冻胀力发生时，压力传感器数值会增大，控制系统接收信息，并以此控制各点的电加热板工作状态，实现了智能化精确控制，有效减小冻胀力及冻害的发生概率，本防冻型式能够实现定点工作，精确定位出现冻胀力的位置，并对该位置进行加热，避免隧道全长加热，造成电能浪费。本发明还设置带进水孔的集水管，冻胀力发生点加热融化后产生的水能够通过集水管收集，然后通过排水管排出，避免电加热板停止工作后冻胀再次发生。本发明结构明确，可操作性强，绿色环保，具有良好的推广前景。

本发明的安装方法是在传统施工工艺的中，进行初期支护后，在初期支护上设置若干压力传感器和电加热板，再将压力传感器和电加热板连接控制系统，本方法基于传统施工工艺，不需要增加其他复杂步骤，并且预埋压力传感器和电加热板能够使其工作状态更加稳定，本方法施工方便，快捷，便于实施。

附图说明

图1本发明原理图；

图2本发明正视图；

图3本发明侧视图。

其中：1、初期支护；2、压力传感器；3、防水层；4、保温层；5、二次衬砌；6、电加热板；7、集水管；8、排水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1、图2和图3，一种季节冻土区隧道防冻系统，包括设置在隧道内壁上的初期支护1，初期支护1上设置有若干测点，测点处设置有压力传感器2，初期支护1外沿隧道环向设置有若干集水管7，集水管7上开设有若干进水孔，进水孔上覆盖有过滤网，所有集水管7均连接排水管8，集水管7与排水管8采用直角接头连接，排水管8设置正在隧道的仰拱处，集水管7外设置有防水层3，防水层3外设置有若干电加热板6，电加热板6外设置有保温层4，保温层4外具有二次衬砌5，压力传感器2和电加热板6均连接控制系统；

控制系统用于采集所有压力传感器2的参数，并与预设阈值进行对比，并控制电加热板6开启或关闭，每个电加热板6均能通过控制系统独立控制。

初期支护1上的测点具有若干组，每组测点等间距设置在初期支护1的轴向内表面上，每组测点包括六个测点，六个测点等间距设置在初期支护1的环向内表面上。

控制系统、压力传感器2和电加热板6的电源通过太阳能发电和/或风力发电。

初期支护1采用喷射混凝土，集水管7采用薄壁钢管，集水管7预先制成隧道断面形状，便于安装，电加热板6尺寸根据隧道尺寸定制，每块电加热板6由控制系统单独控制，能独立工作；压力传感器2沿隧道周边和轴向布置，压力传感器轴向距离为20m。

电源为压力传感器2、控制系统和电加热板6提供电能，压力传感器2能够实时监测各个点的压力变化情况，并及时反馈给控制系统9，控制系统根据各测点的压力分布情况来调整电加热板6的工作状态，电加热板6能够及时加热，使围岩不发生冻胀，避免冻胀力的发生。

一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，随着隧道开挖过程，施作完初期支护1之后，依次安装各个测点的压力传感器2，并导出引线；

步骤二，沿隧道环向安装若干集水管7，将所有集水管7与排水管8连接；

步骤三，在集水管7外安装防水层3，防水层3安装完毕后，依次分块安装电加热板6，并导出引线，每一块电加热板6分别连接一根导线，实现独立控制；

步骤四，在电加热板6外部安装保温层4，保温层4外进行二次衬砌5；

步骤五，将压力传感器2的引线以及电加热板6的引线均连接至控制系统；

步骤六，在隧道外安装太阳能发电机和风力发电机，收集电能并为控制系统、压力传感器2和电加热板6进行供电，对控制系统进行调试，直至运行正常。

实施例：

某季节性寒区公路隧道长度为1000m，单洞双车道设计，车道宽度为3.75m，设计时速60km/h。隧道区域范围内为季节冻土区，夏季极高气温超过30℃，冬季极低气温小于-30℃，设计资料建议隧道进出口300m范围内设置保温措施。

采用本发明所提供的一种季节性冻土区隧道防冻型式，首先准备所需要的压力传感器，电加热板，排水管和集水管等材料。根据敷设长度总长为600m，压力传感器轴向间距为20m，每个断面布置6个，共需要180个，电加热板、排水管和集水管均先预制好。按照以下步骤实施：

步骤1：压力传感器2的安装。随着隧道开挖过程，施作完初期支护1之后，依次安装各点位的压力传感器2，并导出引线；

步骤2：安装集水管7和排水管8，集水管7的进水孔覆盖过滤网，防止堵塞，进而敷设防水层3；

步骤3：电加热板6的安装。压力传感器2安装完毕后，依次分块安装电加热板6，并导出引线，每一块电加热板分别连接一根导线，可以实现独立控制；

步骤4：控制系统9安装。隧道整体施工完成后，在洞口空地处修筑控制房，并安装控制系统7，控制系统7接压力收传感器2信号，并进一步控制电加热板6的工作状态；

步骤5：电源10配置。在洞口适当位置安装太阳能发电机和风力发电机，收集电能为压力传感器2，电加热板6和控制系统9供电；

步骤6：系统连接与调试。接通压力传感器2，电加热板6和控制系统9的电源线，连接所有传感器到控制系统，并连接所有电加热板6到控制系统9，对系统进行调试，直至运行正常。

Claims (6)

1.一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，隧道防冻系统包括设置在隧道内壁上的初期支护(1)，初期支护(1)上设置有若干测点，测点处设置有压力传感器(2)，初期支护(1)外沿隧道环向设置有若干集水管(7)，集水管(7)上开设有若干进水孔，所有集水管(7)均连接排水管(8)，集水管(7)外设置有防水层(3)，防水层(3)外设置有若干电加热板(6)，电加热板(6)外设置有保温层(4)，保温层(4)外具有二次衬砌(5)，压力传感器(2)和电加热板(6)均连接控制系统；

控制系统用于采集所有压力传感器(2)的参数，并与预设阈值进行对比，并控制电加热板(6)开启或关闭，每个电加热板(6)均能通过控制系统独立控制；

初期支护(1)上的测点具有若干组，每组测点等间距设置在初期支护(1)的轴向内表面上，每组测点中具有六个测点，六个测点等间距设置在初期支护(1)的环向内表面上；

控制系统、压力传感器(2)和电加热板(6)的电源来自于太阳能发电和/或风力发电；

安装方法包括以下步骤：

步骤一，随着隧道开挖过程，施作完初期支护(1)之后，依次安装各个测点的压力传感器(2)，并导出引线；

步骤二，沿隧道环向安装若干集水管(7)，径向安装排水管(8)，将所有集水管(7)均连接排水管(8)；

步骤三，在集水管(7)外安装防水层(3)，防水层(3)安装完毕后，依次分块安装电加热板(6)，并导出引线，每一块电加热板(6)分别连接一根导线，实现独立控制；

步骤四，在电加热板(6)外部安装保温层(4)，保温层(4)外施做二次衬砌(5)；

步骤五，将压力传感器(2)的引线以及电加热板(6)的引线均连接至控制系统；

步骤六，对控制系统进行调试，直至运行正常。

2.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，进水孔上覆盖有过滤网。

3.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，排水管(8)设置在隧道的仰拱处。

4.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，集水管(7)与排水管(8)采用直角接头连接。

5.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，在隧道外安装太阳能发电机和/或风力发电机，收集电能并为控制系统、压力传感器(2)和电加热板(6)进行供电。

6.根据权利要求1所述的一种季节冻土区隧道防冻系统的安装方法，其特征在于，在隧道外设置控制房，将控制系统放置在控制房内。

Images