CN202882951U

CN202882951U - 高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统

Info

Publication number: CN202882951U
Application number: CN 201220585564
Authority: CN
Inventors: 关振长; 蒋宇静; 邓涛; 黄明
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2022-11-08

Abstract

本实用新型涉及一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，所述隧道由外到内依次为围岩、初衬、防水板、二衬以及保温隔热层，所述二衬和保温隔热层之间沿隧道长度方向间隔设置有若干根暖管，所述暖管两端下部埋入隧道路面下的围岩内，所述暖管两端部内密封有冷媒。与现有防冻保温技术相比，运营过程中无需消耗任何能量，完全借助冷媒自发的蒸发气态上升和凝结液态下落的循环，不断将热量从路面下围岩搬运到二衬表面，进而实现隧道衬砌的自动防冻保温；同时其设计灵活，施工方便，成本较低廉。

Description

高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统

技术领域

本实用新型涉及一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，特别适用于山岭隧道的防冻保温。

背景技术

高纬度、高海拔寒冷地区的公路、铁路隧道，往往由于冬季冷空气的入侵，普遍发生诸如衬砌漏水结冰、路面溢水结冰与衬砌剥落掉块等冻害现象。冻害导致隧道衬砌混凝土的耐久性普遍降低，严重影响隧道的正常运营与安全。因此，对新建或既有隧道进行冻害预防或处治显得尤为重要。

目前，国内外广泛采用的被动型防冻保温措施是在二衬表面（或二衬与防水板之间）铺设一定厚度的保温隔热层，以减小二衬混凝土与周围空气进行热交换的速率。在洞口段有时还采用一些主动型防冻保温措施：如利用电锅炉或燃料锅炉，给埋设在二衬背后的供暖管直接供给暖气；如利用热泵让冷媒在取暖管与供暖管之间不断循环，将围岩深部热量通过取暖管“搬运”给二衬背后的供暖管。

上述现有技术存在的不足之处为：在高寒地区仅靠被动型防冻保温措施无法根除隧道冻害的发生（尤其是在洞口段）；而采用主动型防冻保温措施则需要消耗较多的能量（尤其是直接加热供暖方式），其运营维护成本较高。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，所述隧道由外到内依次为围岩、初衬、防水板、二衬以及保温隔热层，所述二衬和保温隔热层之间沿隧道长度方向间隔设置有若干根暖管，所述暖管两端下部埋入隧道路面下的围岩内，所述暖管两端部内密封有冷媒。

与现有主动型防冻保温技术相比，本实用新型具有以下显著优点：运营过程中无需消耗任何能量，完全借助冷媒在暖管中自发的蒸发凝结循环，不断将深部围岩的热量搬运到上部衬砌中，以实现隧道衬砌的自动防冻保温，其运营维护成本极低；同时，其设计灵活（可根据当地气候条件调节入地深度与间距），施工方便（与防冻保温层同步施做，仅须增加钻孔一道工序），生产安装成本较低廉。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为自动防冻保温系统的横断面图。

图2为自动防冻保温系统的侧视图。

图3为自动防冻保温系统的局部放大图。

图4为暖管工作原理的示意图。

图中：1-围岩，2-初衬，3-防水板，4-二衬，5-暖管，6-保温隔热层，7-液态冷媒，8-气态冷媒。

具体实施方式

如图1~3所示，一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，所述隧道由外到内依次为围岩1、初衬2、防水板3、二衬4以及保温隔热层6，所述二衬4和保温隔热层6之间沿隧道长度方向间隔设置有若干根暖管5，所述暖管5的直径、壁厚和长度可按设计要求（隧道横断面尺寸与当地气候水文条件等）确定，所述暖管5的间距可按设计要求确定，所述暖管5两端下部埋入隧道路面下的围岩1内，所述暖管5两端部内密封有冷媒。图1中：左半幅为隧道有仰拱情形，右半幅为隧道无仰拱情形。

如图4所示，所述暖管5是将一定质量的冷媒密闭封存在一定长度的塑料管中，所述冷媒通过自发蒸发气态上升和凝结液态下落的循环，不断将热量从路面下围岩1搬运到二衬4表面，进而实现隧道衬砌的自动防冻保温。当暖管5上、下两部分存在温度差时（上冷下热），下部的液态冷媒7不断蒸发并从周围岩1土体吸收热量，其蒸汽上升到上部遇冷后，上部的气态冷媒8再次凝结成液态回流到下部，并向周围空气散发热量。实际上，所述暖管5的工作原理与大气降水是一致的，通过冷媒自发的蒸发凝结循环，不断将热量从下部搬运到上部。因此，所述冷媒的选择至关重要，应该选择饱和蒸汽压高（即挥发性强）且汽化热高（即热搬运效率大）的循环介质，同时应考虑成本便宜且对人体无伤害，可优先选择乙醇。

在本实施例中，所述暖管5下部埋入方法如下：在二衬4成型后，先从二衬4上预留孔道向路面下围岩1内部钻孔，然后将暖管5下部埋入孔洞内并用水泥砂浆回灌密实。所述暖管5上部经胶黏剂粘结于二衬4表面，所述保温隔热层6经固定支架铺设于二衬4表面，所述固定支架厚度与暖管5直径相匹配（相等或相近），以使得保温隔热层6外表面较为平整。所述保温隔热层6由多块保温隔热板材热熔合搭接而成，所述保温隔热板材的材质和厚度均可按设计要求确定。

一般地，对最大冻深在1.0~2.0m之间的地区：所述保温隔热层6选用3~4cm厚的聚氨酯泡沫塑料板；所述暖管5选用壁厚2~3mm、直径3~4cm的PVC塑料管，埋入长度为6~10m；所述暖管5在隧道洞口段的间距为0.5m，在隧道洞口过渡段的间距为1.0m，在隧道洞身段的间距至少为2.0m。具体实施方法如下。

（1）根据隧道横断面尺寸与当地气候水文条件，设计所需暖管5的直径、壁厚与长度，并委托工厂定制生产，生产加工流程如下：按设计规格截取一段PVC塑料管作为暖管5，并将其一端用热熔合方法封闭；将一定量的乙醇注入塑料管内，考虑乙醇长期挥发的可能性，注入乙醇量建议为暖管5设计埋入围岩1深度的一半；将管中剩余空气抽除后，用热熔合方法将塑料管另一端封闭。

（2）隧道二衬4施工时，应在暖管5设计埋设位置处留有孔道，孔道直径比暖管5设计直径略大3~4cm，孔道方向与铅垂线方向成10~20度角，孔道间距按设计要求，建议在洞口段为0.5m，洞口过渡段为1.0m，洞身段为2.0m或更大。

（3）二衬4成型后，从预留孔道向路面下的围岩1内部钻孔，孔洞直径略大于暖管5直径1~2cm，孔洞深度由设计埋入深度确定。

（4）将暖管5两端下部埋入孔洞内，并用水泥砂浆回灌密实；将暖管5上部用胶黏剂（建议选用966氯丁防冻胶）环向粘结于二衬4表面。

（5）将设计厚度的保温隔热层6（材质建议选用聚氨酯泡沫塑料板）用固定支架铺设在二衬4表面，固定支架厚度应与暖管5直径相匹配，使得保温隔热层6外表面较为平整；保温隔热层6的搭接应采用热熔合方法，并注意搭接缝的处理。

（6）最后在保温隔热层6外表面刷上界面剂和防火涂层。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，所述隧道由外到内依次为围岩、初衬、防水板、二衬以及保温隔热层，其特征在于：所述二衬和保温隔热层之间沿隧道长度方向间隔设置有若干根暖管，所述暖管两端下部埋入隧道路面下的围岩内，所述暖管两端部内密封有冷媒。

2.根据权利要求1所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述暖管上部经胶黏剂粘结于二衬表面。

3.根据权利要求1或2所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述保温隔热层经固定支架铺设于二衬表面。

4.根据权利要求3所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述固定支架厚度与暖管直径相同。

5.根据权利要求1所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述暖管为塑料管。

6.根据权利要求5所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述塑料管为PVC管。

7.根据权利要求1所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述保温隔热层由多块保温隔热板材热熔合搭接而成。

8.根据权利要求7所述的高寒地区隧道衬砌的自动防冻保温系统，其特征在于：所述保温隔热板材为聚氨酯泡沫塑料板。