CN114033462B - 一种寒区隧道正积温通风调控方法 - Google Patents
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Abstract
一种寒区隧道正积温通风调控方法，本发明将正积温原理与通风调控理念创造性地应用于寒区隧道的保温防冻中，通过采集并分析洞外气温数据，当隧道外的气温高于设定温度限值，温度数据处理器将加大通风指令传输给风机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，温度数据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制器，使得风机在洞外气温较高的时候将洞外温度较高的空气带入洞内，提高洞内的气温以在隧道衬砌和围岩中储蓄热量，而在气温较低时减少冷量进入衬砌和围岩而起到隧道冻害防控的效果。本发明适用性好、长期可靠性及防冻效果均优于电缆加热技术和防寒保温门。
Description
技术领域
本发明属于隧道冻害防控领域，特别涉及一种利用正积温通风调 控的寒区隧道冻害防控方法。
背景技术
通风系统作为将隧道内有害气体排出洞外的一种换气系统在隧道 工程中被广泛采用。在寒冷地区，隧道内的围岩面临着在低温环境下 逐渐冻结并导致隧道出现不同程度冻害的问题。目前寒区隧道衬砌及 围岩的常用防冻保暖措施主要为敷设保温层、电缆加热法等。敷设保 温层目前作为大多数寒区隧道的保温措施，虽然能减缓围岩与隧道内冷空气的热交换、减小围岩冻融圈、减轻隧道冻害，但是并不能阻止 围岩最终冻结。电缆加热法对电热器件及相应配套设施要求较高，前 期资金投入大，工作过程中需全程监测控制，后期运营维护费用高， 且电缆加热法具有升温慢、降温快、耗电量多、热量损失大的特点， 使用年限较短，仍有很大的应用局限性。
减少寒区隧道冻害防控措施的工程投资和运行费用，增加寒区隧 道冻害防控效果的一个方向是调控通风技术。防寒保温门作为一种隧 道通风调控保温技术目前已经比较成熟并且已有工程实际运用，防寒 保温门是一种在冬季阻挡冷空气侵入隧道的冻害防控技术，它可以减 缓和阻止冷空气对流作用造成隧道洞内热量散失，进而提高冬季隧道内空气温度、减小围岩冻融圈、减轻隧道冻害。但是由于防寒保温门 频繁的开闭导致保温效果变差，达不到防治冻害的预期效果，且保温 门的使用会影响交通的正常运行。
因此，本发明提出一种利用正积温通风调控的寒区隧道冻害防控 方法，其适用范围广且经济合理，同时对相应配套设施要求低，能耗 小、管理方便且运营成本低。并且尤其适合于寒季温差大且有正温的 情况。
发明内容
为了解决寒区隧道围岩在低温环境下冻结的问题，克服现有防冻 保温技术在适用性、长周期的可靠性及经济合理性等方面的不足，本 发明提供一种有效的调控通风隧道冻害防控方法，适用范围更广、成 本和运行费用更低、对交通影响更小、保温效果更好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种寒区隧道正积温通风调控方法，首先采集并分析洞外气温数 据，当隧道外的气温高于设定温度限值，温度数据处理器将加大通风 指令传输给风机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，温度数 据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制器，使 得风机在洞外气温较高的时候将洞外温度较高的空气带入洞内，提高洞内的气温以在隧道衬砌和围岩中储蓄热量，而在气温较低时减少冷 量进入衬砌和围岩而起到隧道冻害防控的效果。
进一步，所述洞外气象站温度计和温度数据处理器构建成温度数 据采集分析子系统，所述风机和风机控制器构成通风风速调控子系统， 风机控制器接收由温度数据处理器传来的指令来调控风机的通风风 速。
所述寒区隧道正积温通风调控方法包括以下步骤：
步骤一：温度数据传输线自温度数据处理器引出，连接至洞外气 象站温度计，采集洞口的气温数据并将数据处理结果以命令的形式传 输给风机控制器；
步骤二：风机控制器与隧道内的风机连接，接收来自温度数据处 理器传来的指令，并根据洞外的气温条件来控制风机风速，其中风机 控制器和通风风机可采用隧道内既有的通风风机；
步骤三：温度数据处理器采集洞口处的气温数据，当隧道外的气 温高于设定温度限值，将加大通风指令传输给风机控制器，而在气温 低于所述设定温度限值时，只进行满足隧道最低运行要求的通风，温 度数据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制 器，风机控制器接收到温度数据处理器的指令后控制风机的通风风速。
实现所述方法的装置包括洞外气象站温度计、风机、温度数据处 理器、风机控制器、温度数据传输线和风机控制线，洞外气象站温度 计通过温度数据传输线与温度数据处理器，温度数据处理器与风机控 制器连接，所述风机控制器通过风机控制线与风机连接。
本发明的寒区隧道正积温通风调控方法通过利用隧道通风系统， 当隧道外的气温高于设定温度限值(例如0℃或5℃)，加大通风在隧 道衬砌和围岩中储蓄热量以达到隧道防冻的效果。通过加大通风的方 式来提高隧道内温度，能耗很小，与传统的电缆加热技术相比，大大 降低了运营费用，且电缆加热技术需配备专门的电缆短路监测器、报 警器、温控器等，控制系统复杂，失效风险高，失效后果十分严重， 而本系统仅需通过温度数据处理和风机控制器来控制风机风速，简单有效。另一方面，与防寒保温门相比，无需加设防寒保温门，当洞外 气温满足加大通风要求时，可以不受车流影响将洞外热量带入洞内， 且不影响交通正常运行，工程投资也不高。从长期防冻效果来看，本 发明专利技术的经济性和可靠性均优于电缆加热技术和防寒保温门。
本发明在适用性及经济性方面有着巨大的优势。本系统的通风风 机可利用现有隧道内的通风风机，仅需布置温度数据处理器及风机控 制器，无需对隧道进行过多的改造，费用增加也不多，适用范围广且 经济合理。本发明装置易于管理、失效风险低、不影响交通的正常运 行并不受交通的影响，本发明装置及方法的长期可靠性及防冻效果均优于电缆加热技术和防寒保温门。
本发明的有益效果主要表现在：
(1)本发明将正积温原理和通风调控理念应用到寒区隧道保温防 冻中，是本发明在思路上的创新及特点；
(2)本发明利用隧道内既有的通风风机将隧道外较高温度的空气 带入隧道中，并在围岩中储存热量以达到隧道防冻保温的效果，是本 发明在技术手段上的创新及特点；
(3)本发明所述的通风时机，其特点在于充分利用气温一日内波 动的特点，让暖空气更多的进入隧道内，提高了冬令期隧道内的气温。
附图说明
图1是寒区隧道正积温通风调控方法示意图
图2是寒区隧道正积温通风调控方法通风时机示意图
图3是寒区隧道正积温通风调控方法冻害防控效果示意图
其中：1-围岩；2-衬砌；3-密贴式保温层；4-洞外气象站温度计； 5-风机；6-温度数据处理器；7-风机控制器；8-温度数据传输线；9-风 机控制线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种寒区隧道正积温通风调控方法，首先采集并 分析洞外气温数据，当隧道外的气温高于设定温度限值，温度数据处 理器6将加大通风指令传输给风机控制器7，而在气温低于所述设定 温度限值时，温度数据处理器6将满足隧道最低运行要求的通风指令 传输给风机控制器7，使得风机5在洞外气温较高的时候将洞外温度 较高的空气带入洞内，提高洞内的气温以在隧道衬砌和围岩中储蓄热 量，而在气温较低时减少冷量进入衬砌和围岩而起到隧道冻害防控的 效果。
进一步，洞外气象站温度计4和温度数据处理器6构建成温度数 据采集分析子系统，所述风机5和风机控制器7构成通风风速调控子 系统，风机控制器7接收由温度数据处理器6传来的指令来调控风5 机的通风风速。
本实施例中，寒区隧道正积温通风调控方法包括以下步骤：
步骤一：温度数据传输线8自温度数据处理器6引出，连接至洞 外气象站温度计4，采集洞口的气温数据并将数据处理结果以命令的 形式传输给风机控制器7，其中洞外气象站布置在隧道洞口100m范围内；
步骤二：风机控制器7与隧道内的风机5连接，接收来自温度数 据处理器6传来的指令，并根据洞外的气温条件来控制风机风速，其 中风机控制器7和通风风机可采用隧道内既有的通风风机；
步骤三：温度数据处理器6采集洞口处的气温数据，当隧道外的 气温高于设定温度限值(例如0℃或5℃)，将加大通风指令传输给风 机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，只进行满足隧道最低运行要求的通风，温度数据处理器6将满足隧道最低运行要求的通风 指令传输给风机控制器，风机控制器7接收到温度数据处理器的指令 后控制风机的通风风速。
实现所述方法的装置包括洞外气象站温度计4、风机5、温度数据 处理器6、风机控制器7、温度数据传输线8和风机控制线9，洞外气 象站温度计通过温度数据传输线与温度数据处理器，温度数据处理器 与风机控制器连接，所述风机控制器通过风机控制线与风机连接。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例 所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员 根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.一种寒区隧道正积温通风调控方法，其特征在于，首先采集并分析洞外气温数据，当隧道外的气温高于设定温度限值，温度数据处理器将加大通风指令传输给风机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，温度数据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制器，使得风机在洞外气温较高的时候将洞外温度较高的空气带入洞内，提高洞内的气温以在隧道衬砌和围岩中储蓄热量，而在气温较低时减少冷量进入衬砌和围岩而起到隧道冻害防控的效果；
所述寒区隧道正积温通风调控方法包括以下步骤：
步骤一：温度数据传输线自温度数据处理器引出，连接至洞外气象站温度计，采集洞口的气温数据并将数据处理结果以命令的形式传输给风机控制器；
步骤二：风机控制器与隧道内的风机连接，接收来自温度数据处理器传来的指令，并根据洞外的气温条件来控制风机风速，其中风机控制器和通风风机可采用隧道内既有的通风风机；
步骤三：温度数据处理器采集洞口处的气温数据，当隧道外的气温高于设定温度限值，将加大通风指令传输给风机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，只进行满足隧道最低运行要求的通风，温度数据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制器，风机控制器接收到温度数据处理器的指令后控制风机的通风风速。
2.如权利要求1所述的一种寒区隧道正积温通风调控方法，其特征在于，所述洞外气象站温度计和温度数据处理器构建成温度数据采集分析子系统，所述风机和风机控制器构成通风风速调控子系统，风机控制器接收由温度数据处理器传来的指令来调控风机的通风风速。
3.如权利要求1或2所述的一种寒区隧道正积温通风调控方法，其特征在于，实现所述方法的装置包括洞外气象站温度计、风机、温度数据处理器、风机控制器、温度数据传输线和风机控制线，洞外气象站温度计通过温度数据传输线与温度数据处理器，温度数据处理器与风机控制器连接，所述风机控制器通过风机控制线与风机连接。
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