CN204627619U - 隧道防冻害系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种寒区隧道防冻害系统，包括初衬、二衬和用于促进隧道内部与围岩之间的热量交换的换热系统；所述换热系统包括换热管以及填充于所述换热管内的换热介质，所述换热管包括设置于围岩内部的放热管、设置于初衬与二衬之间的吸热管以及连接吸热管与放热管的支管，从而避免使用保温层，以解决现有采用保温层解决围岩冻害存在的不足。

Description

隧道防冻害系统

技术领域

本实用新型涉及隧道防冻害领域，具体是一种隧道防冻害系统。

背景技术

近几年来，随着公路隧道的不断发展，中国在北方修建的隧道也越来越多，隧道最主要的是冻融问题，这将影响隧道的正常运营。随着西部大开发的深入以及青藏铁路建设项目和西气东输工程的开工，隧道将越来越多。隧道与其他隧道不同，就是必须分析隧道围岩的温度场，这往往是隧道成功与否的关键。因为修隧道打破了围岩的原始热状态，使隧道衬砌或因围岩冻胀或因围岩融化而发生破坏，隧道由于冻害的影响，常有8-9个月不能使用，有的隧道由于冻胀力的作用，衬砌裂缝宽达5cm，体积膨胀大约为9％，严重影响了正常的交通。当前北方隧道大多常用保温材料来隔热，现有的保温层存在如下缺点与不足：①保温材料造价高，大大增加了隧道的建造成本，以5cm厚的聚氨酯保温材料为例，每平米造价约为300元，纵向每延米约为6000元；②服役性能逐年下降，在洞内潮湿环境、隧道渗漏水和洞内气温反复变化作用下，保温材料的隔热性逐年变差，直至失效，需要逐年检修，更换频繁；③隧道洞内气温和围岩地温在时间和空间上存在差异，聚氨酯保温层作为固体保温材料，无法满足同一断面不同高度处的隧道衬砌背后围岩冻结和融化同步性。在春融期，隧道顶部围岩先融化，而拱脚处围岩后融化，导致隧道衬砌背后的地下水无法排入到纵向排水沟内，容易造成隧道衬砌表面渗漏、挂冰及路面结冰等病害；在冻结期，隧道底部围岩先冻结、顶部围岩后冻结，隧道上方的地下水无法排入纵向排水沟内，同样造成隧道衬砌表面渗漏、挂冰及路面结冰等病害。另一方面，普通的保温材料位于防水层与二衬之间，影响到力的传递，隧道的稳定性得不到保证。

因此，需要一种能够新型的隧道防冻害系统，能够解决隧道冻害问题的同时又能避免使用保温层，以解决现有采用保温层解决围岩冻害存在的不足。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种避免使用保温层，以解决现有采用保温层解决围岩冻害存在的不足的隧道防冻害系统。

本实用新型的隧道防冻害系统，包括初衬、二衬和用于促进隧道内部与围岩之间的热量交换的换热系统；所述换热系统包括换热管以及填充于所述换热管内的换热介质，所述换热管包括设置于围岩内部的放热管、设置于初衬与二衬之间的吸热管以及连接吸热管与放热管的支管；

进一步，所述换热介质为液氨、氟利昂、丙烷或二氧化碳；

进一步，所述吸热管与放热管的延伸路径与隧道横截面相适形；

进一步，所述初衬与二衬之间设有防水层；

进一步，所述换热管为不锈钢制作；

进一步，所述放热管包括圆柱形管体以及固定与管体外壁的散热片。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的隧道防冻害系统，换热管内可填充氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等汽化温度较低的低沸点换热介质，在冬季或严寒地区，由于隧道内空气温度高于围岩的温度，吸热管中的液体换热介质吸收隧道内空气的热量，蒸发形成汽体介质，在管内压力差的作用下，蒸汽上升至放热管内，与较冷的管壁接触，放出汽化潜热，将热量传递到围岩中。同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体，在重力的作用下，液体沿管壁回流至换热管内端，再蒸发。如此循环往复，将隧道中的热量传递至围岩中，最终阻止隧道衬砌因围岩冻胀或因围岩融化而发生破坏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构示意图。图2为放热管的结构示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型的结构示意图，如图所示，本实施例的隧道防冻害系统， 包括初衬7、二衬2和用于促进隧道内部与围岩3之间的热量交换的换热系统；所述换热系统包括换热管以及填充于所述换热管内的换热介质，所述换热管包括设置于围岩3内部的放热管4、设置于初衬7与二衬2之间的吸热管1以及连接吸热管1与放热管4的支管6，换热管内可填充氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等汽化温度较低的低沸点换热介质，在冬季或严寒地区，由于隧道内空气温度高于围岩3的温度，吸热管1中的液体换热介质吸收隧道内空气的热量，蒸发形成汽体介质，在管内压力差的作用下，蒸汽上升至放热管4内，与较冷的管壁接触，放出汽化潜热，将热量传递到围岩3中。同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体，在重力的作用下，液体沿管壁回流至换热管内端，再蒸发。如此循环往复，将隧道中的热量传递至围岩3中，最终阻止隧道衬砌因围岩3冻胀或因围岩3融化而发生破坏。

本实施例中，所述换热介质为液氨、氟利昂、丙烷或二氧化碳，通过充入换热介质的量控制换热管内的压力从而调节换热介质的气化温度，使换热介质在隧道内部温度下能够气化，受到围岩3的冷凝时能够液化。

本实施例中，所述吸热管1与放热管4的延伸路径与隧道横截面相适形，因此，可以有效增加吸热管1与放热管4的管壁面积，从而大幅度提高其换热小路。

本实施例中，所述初衬7与二衬2之间设有防水层5，两层衬砌间的防水层5，可采用喷涂乳化沥青等防水胶剂，或采用厚度不等的软聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯片、聚乙烯片等防水卷材，并固定在支护上。

本实施例中，所述换热管为不锈钢制作，不锈钢材料换热形成好，其低温抗冲击能力较好，同时也具备一定的抗腐蚀能力，能够避免换热管长期使用后发生泄漏。

本实施例中，所述放热管4包括圆柱形管体以及固定与管体外壁的散热片8，该散热片8能够增加放热管4与围岩3的换热面积，从而提高其换热效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种隧道防冻害系统，其特征在于：包括初衬、二衬和用于促进隧道内部与围岩之间的热量交换的换热系统；所述换热系统包括换热管以及填充于所述换热管内的换热介质，所述换热管包括设置于围岩内部的放热管、设置于初衬与二衬之间的吸热管以及连接吸热管与放热管的支管。

2.根据权利要求1所述的隧道防冻害系统，其特征在于：所述换热介质为液氨、氟利昂、丙烷或二氧化碳。

3.根据权利要求2所述的隧道防冻害系统，其特征在于：所述吸热管与放热管的延伸路径与隧道横截面相适形。

4.根据权利要求3所述的隧道防冻害系统，其特征在于：所述初衬与二衬之间设有防水层。

5.根据权利要求4所述的隧道防冻害系统，其特征在于：所述换热管为不锈钢制作。

6.根据权利要求5所述的隧道防冻害系统，其特征在于：所述放热管包括圆柱形管体以及固定与管体外壁的散热片。