CN117189207A - 一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法，该正积温通风调控装置包括主动通风系统和控制系统，主动通风系统由通风风机和防冻保温门构成，控制系统由温度监测系统、主动通风控制器和主动通风开关构成，温度监测系统由洞外气象站温度计和温度数据处理器构成。本发明通过开启通风风机和防冻保温门的方式来调节隧道综合保温管沟的温度，一方面，能耗很小，大大降低了工程量及运营费用，本装置仅需通过温度数据处理和主动通风控制器来控制通风风机和防冻保温门的启闭，简单有效；另一方面，本发明大大降低了运营费用。本发明防冻效果更好，装置简单，机理清楚，在长期防冻效果、适用性及经济性方面有着巨大的优势。

Description

一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法

技术领域

本发明属于隧道冻害防控领域，特别涉及一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法。

背景技术

隧道综合保温管沟作为一种新型的排水系统已逐渐被寒区隧道工程所采用，但其主要还是属于一种被动防冻保温的工程措施，且从工程实践来看，高寒地区的隧道建成后仍普遍会出现渗漏水并引发不同程度的冻害，相关资料表明，已运营的高寒地区隧道中，80％以上的隧道存在着各种各样的冻害现象，这其中60％的隧道出现了渗漏水，排水系统失效的现象仍普遍存在，这说明，被动防冻保温的高寒隧道排水系统面临的冻害问题十分严峻，不能很好地解决高寒地区隧道排水遇到的冻害问题。

现行高寒地区隧道排水系统主动防冻措施主要为主动加热法，隧道排水系统主动加热方法主要为电缆加热法。电加热法通过在隧道衬砌表面敷设加热电缆，通电发热来防止水冻结。电缆加热技术对电热器件及相应配套设施要求较高，前期资金投入大，电缆加热系统工作过程中需全程监测控制，后期运营维护费用高，且电缆加热具有升温慢、降温快、耗电量多、热量损失大的缺点，使用年限较短，仍有很大的应用局限性。通风系统在隧道工程中被广泛采用，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。

因此，对于隧道综合保温管沟这种被动保温的排水系统而言，需要使其适用范围更广、成本和运行费用更低、对交通影响更小、保温效果更好，暨需要：“寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法”。

发明内容

为了解决寒区隧道综合保温管沟在低温环境下冻结问题，提供一种能耗小、运营费用低、长期防冻效果好、在适用性及经济性方面有着巨大的优势的寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置和方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置，所述的隧道的结构包括初期支护、二次衬砌和仰拱，初期支护设于围岩的内侧，初期支护的内壁为二次衬砌，仰拱位于隧道最底部，仰拱的上方为路面结构，综合保温管沟位于路面结构的下方、仰拱的上方，所述的综合保温管沟包括管沟侧壁和预制盖板，预制盖板设于管沟侧壁的上方，预制盖板和管沟侧壁的内壁分别覆盖有保温层，保温层位于横向排水管上方，管沟侧壁的外壁覆盖有土工布，管沟侧壁的外侧由回填混凝土包围，管沟侧壁开设有横向排水管和泄水孔，泄水孔位于横向排水管下方，管沟侧壁的内壁设有消防管道和电缆管道，消防管道和电缆管道位于横向排水管上方，所述的正积温通风调控装置包括主动通风系统和控制系统，所述的主动通风系统由通风风机和防冻保温门构成，所述的控制系统由温度监测系统、主动通风控制器和主动通风开关构成，所述的温度监测系统由洞外气象站温度计和温度数据处理器构成，所述的通风风机、温度数据处理器、主动通风控制器和主动通风开关分别布置于所述的管沟侧壁的内壁并位于所述的横向排水管的上方，所述的温度数据处理器和所述的主动通风开关分别与所述的主动通风控制器相连接，所述的综合保温管沟的进口处和出口处分别布置有所述的防冻保温门，所述的洞外气象站温度计布置于隧道洞口外，所述的洞外气象站温度计用于采集隧道洞口外的气温数据并将采集的气温数据传送给所述的温度数据处理器，所述的温度数据处理器用于处理气温数据、根据设定的启动温度值判断气温高低并将判断结果以指令的形式发送给所述的主动通风控制器，由所述的主动通风控制器和主动通风开关控制所述的通风风机和防冻保温门的启闭。

作为优选，所述的洞外气象站温度计布置在隧道洞口外10～50m范围内的空旷地带。

作为优选，为了综合保温管沟内的空气顺畅流通，综合保温管沟内通风风机的布置应考虑隧道的长度，具体地，将隧道的长度记为L，对于L≤1000m的隧道，在综合保温管沟的进口处和出口处各布置一台通风风机；对于1000m<L≤3000m的隧道，在综合保温管沟的进口处、出口处及洞内中间段各布置一台通风风机；对于3000m<L的隧道，在综合保温管沟的进口处、出口处及洞内每隔1500m布置一台通风风机。

一种利用上述正积温通风调控装置实施的寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控方法，寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置安装搭建完成后，在温度数据处理器上设定通风风机和防冻保温门的启动温度值，当隧道洞口外的气温达到或高于设定的启动温度值时，温度数据处理器向主动通风控制器发出开启指令，由主动通风控制器和主动通风开关控制通风风机和防冻保温门开启，提高综合保温管沟内的温度以在综合保温管沟和围岩中储蓄热量；当隧道洞口外的气温低于设定的启动温度值时，温度数据处理器向主动通风控制器发出关闭指令，由主动通风控制器和主动通风开关控制通风风机和防冻保温门关闭，减少冷量进入综合保温管沟和围岩而起到隧道冻害防控的效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明将正积温原理和通风调控理念应用到综合保温管沟的保温防冻中，是本发明在思路上的创新及特点。

(2)本发明通过通风风机和防冻保温门将隧道外较高温度的空气引入到综合保温管沟中、且隔绝了隧道外较低温度的空气，并在综合保温管沟中储存热量以达到隧道综合保温管沟防冻的效果，是本发明在技术手段上的创新及特点。

(3)本发明通过开启通风风机和防冻保温门的方式来调节隧道综合保温管沟的温度，一方面，能耗很小，大大降低了工程量及运营费用，本装置仅需通过温度数据处理和主动通风控制器来控制通风风机和防冻保温门的启闭，简单有效；另一方面，与传统的电缆加热技术相比，本发明大大降低了运营费用，且传统的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。从长期防冻效果来看，本发明的经济性和可靠性均优于传统的蒸汽法和电缆加热技术。由于本发明防冻效果更好，装置简单，机理清楚，故本发明在适用性及经济性方面有着巨大的优势。

(4)本发明所述的通风风机和防冻保温门，其特点在于充分利用综合保温管沟内的空间。

(5)本发明所述的通风风机，其特点在于由布置于综合保温管沟进出口的扩大断面处。

(6)本发明所述的综合保温管沟，其特点在于为空间大，且布置有消防管道。

附图说明

图1为寒区隧道综合保温管沟的横断面位置示意图；

图2为寒区隧道综合保温管沟的纵向布置示意图；

图3为实施例中寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置搭建完成后的横断面布置示意图；

图1～图3中具体的附图标记如下：

1-初期支护、2-二次衬砌、3-路面结构、4-预制盖板、5-保温层、6-消防管道、7-电缆管道、8-横向排水管、9-泄水孔、10-土工布、11-回填混凝土、12-仰拱、13-管沟侧壁、14-通风风机、15-防冻保温门、16洞外气象站温度计、17温度数据处理器、18主动通风控制器、19主动通风开关、20-综合保温管沟。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置，如图1～图3所示，其所应用的隧道的结构包括初期支护1、二次衬砌2和仰拱12，初期支护1设于围岩的内侧，初期支护1的内壁为二次衬砌2，仰拱12位于隧道最底部，仰拱12的上方为路面结构3，综合保温管沟20位于路面结构3的下方、仰拱12的上方，综合保温管沟20包括管沟侧壁13和预制盖板4，预制盖板4设于管沟侧壁13的上方，预制盖板4和管沟侧壁13的内壁分别覆盖有保温层5，保温层5位于横向排水管8上方，管沟侧壁13的外壁覆盖有土工布10，管沟侧壁13的外侧由回填混凝土11包围，管沟侧壁13开设有横向排水管8和泄水孔9，泄水孔9位于横向排水管8下方，管沟侧壁13的内壁设有消防管道6和电缆管道7，消防管道6和电缆管道7位于横向排水管8上方，正积温通风调控装置包括主动通风系统和控制系统，主动通风系统由通风风机14和防冻保温门15构成，控制系统由温度监测系统、主动通风控制器18和主动通风开关19构成，温度监测系统由洞外气象站温度计16和温度数据处理器17构成，通风风机14、温度数据处理器17、主动通风控制器18和主动通风开关19分别布置于管沟侧壁13的内壁并位于横向排水管8的上方，温度数据处理器17和主动通风开关19分别与主动通风控制器18相连接，综合保温管沟20的进口处和出口处分别布置有防冻保温门15，洞外气象站温度计16布置于隧道洞口外10～50m范围内的空旷地带，洞外气象站温度计16用于采集隧道洞口外的气温数据并将采集的气温数据传送给温度数据处理器17，温度数据处理器17用于处理气温数据、根据设定的启动温度值判断气温高低并将判断结果以指令的形式发送给主动通风控制器18，由主动通风控制器18和主动通风开关19控制通风风机14和防冻保温门15的启闭。

为了综合保温管沟20内的空气顺畅流通，综合保温管沟20内通风风机14的布置应考虑隧道的长度，具体地，将隧道的长度记为L，对于L≤1000m的隧道，在综合保温管沟20的进口处和出口处各布置一台通风风机14；对于1000m<L≤3000m的隧道，在综合保温管沟20的进口处、出口处及洞内中间段各布置一台通风风机14；对于3000m<L的隧道，在综合保温管沟20的进口处、出口处及洞内每隔1500m布置一台通风风机14。

实施例2：一种实施例1的正积温通风调控装置实施的寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控方法，寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置安装搭建完成后，在温度数据处理器17上设定通风风机14和防冻保温门15的启动温度值，当隧道洞口外的气温达到或高于设定的启动温度值(如设定为5℃)时，温度数据处理器17向主动通风控制器18发出开启指令，由主动通风控制器18和主动通风开关19控制通风风机14和防冻保温门15开启，提高综合保温管沟20内的温度以在综合保温管沟20和围岩中储蓄热量；当隧道洞口外的气温低于设定的启动温度值时，温度数据处理器17向主动通风控制器18发出关闭指令，由主动通风控制器18和主动通风开关19控制通风风机14和防冻保温门15关闭，减少冷量进入综合保温管沟20和围岩而起到隧道冻害防控的效果。

Claims (4)

1.一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置，所述的隧道的结构包括初期支护、二次衬砌和仰拱，初期支护设于围岩的内侧，初期支护的内壁为二次衬砌，仰拱位于隧道最底部，仰拱的上方为路面结构，综合保温管沟位于路面结构的下方、仰拱的上方，所述的综合保温管沟包括管沟侧壁和预制盖板，预制盖板设于管沟侧壁的上方，预制盖板和管沟侧壁的内壁分别覆盖有保温层，保温层位于横向排水管上方，管沟侧壁的外壁覆盖有土工布，管沟侧壁的外侧由回填混凝土包围，管沟侧壁开设有横向排水管和泄水孔，泄水孔位于横向排水管下方，管沟侧壁的内壁设有消防管道和电缆管道，消防管道和电缆管道位于横向排水管上方，其特征在于，所述的正积温通风调控装置包括主动通风系统和控制系统，所述的主动通风系统由通风风机和防冻保温门构成，所述的控制系统由温度监测系统、主动通风控制器和主动通风开关构成，所述的温度监测系统由洞外气象站温度计和温度数据处理器构成，所述的通风风机、温度数据处理器、主动通风控制器和主动通风开关分别布置于所述的管沟侧壁的内壁并位于所述的横向排水管的上方，所述的温度数据处理器和所述的主动通风开关分别与所述的主动通风控制器相连接，所述的综合保温管沟的进口处和出口处分别布置有所述的防冻保温门，所述的洞外气象站温度计布置于隧道洞口外，所述的洞外气象站温度计用于采集隧道洞口外的气温数据并将采集的气温数据传送给所述的温度数据处理器，所述的温度数据处理器用于处理气温数据、根据设定的启动温度值判断气温高低并将判断结果以指令的形式发送给所述的主动通风控制器，由所述的主动通风控制器和主动通风开关控制所述的通风风机和防冻保温门的启闭。

2.根据权利要求1所述的一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置，其特征在于，所述的洞外气象站温度计布置在隧道洞口外10～50m范围内的空旷地带。

3.根据权利要求1所述的一种寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置，其特征在于，将隧道的长度记为L，对于L≤1000m的隧道，在综合保温管沟的进口处和出口处各布置一台通风风机；对于1000m<L≤3000m的隧道，在综合保温管沟的进口处、出口处及洞内中间段各布置一台通风风机；对于3000m<L的隧道，在综合保温管沟的进口处、出口处及洞内每隔1500m布置一台通风风机。

4.一种利用权利要求1-3中任一项所述的正积温通风调控装置实施的寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控方法，其特征在于，寒区隧道综合保温管沟内正积温通风调控装置安装搭建完成后，在温度数据处理器上设定通风风机和防冻保温门的启动温度值，当隧道洞口外的气温达到或高于设定的启动温度值时，温度数据处理器向主动通风控制器发出开启指令，由主动通风控制器和主动通风开关控制通风风机和防冻保温门开启，提高综合保温管沟内的温度以在综合保温管沟和围岩中储蓄热量；当隧道洞口外的气温低于设定的启动温度值时，温度数据处理器向主动通风控制器发出关闭指令，由主动通风控制器和主动通风开关控制通风风机和防冻保温门关闭，减少冷量进入综合保温管沟和围岩而起到隧道冻害防控的效果。