CN205117403U - 一种隧道渗水冻结点加热装置 - Google Patents

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杨明
张少兵
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Abstract

本实用新型公开了一种隧道渗水冻结点加热装置,包括集水构件和产热集水构件,集水构件将隧道衬砌的渗水引流并收集起来,集水构件收集的一部水由隧道排水管排掉,另一部分水流入产热集水构件内与产热集水构件中装有的生石灰反应产生热量,热量通过集水构件传递到隧道衬砌内进行隧道的加热。冬天时,固定构件将隧道的渗水引流到集水构件和产热构件内,利用生石灰遇水发生化学反应产生大量热量的原理,进行隧道局部的加热保温;夏天时,仅安装固定构件和集水构件,将隧道内的渗水排出;采用上述措施可以有效地解决地下水在衬砌的渗漏通道上结冰而发生的冻胀现象,使用方法简单,成本低廉,既经济又安全实用。

Description

一种隧道渗水冻结点加热装置
技术领域
本实用新型涉及隧道领域,尤其涉及一种隧道渗水冻结点加热装置。
背景技术
在寒冷地区修建隧道时,工程界经常担心冻胀会给隧道带来种种危害。冻胀是指含水介质水分结冰体积膨胀的现象。分为微观冻胀和细观冻胀:微观冻胀是指水分在较大压力的作用下或在毛细压力的作用下渗入衬砌混凝土内部而发生的冻胀现象。反复冻融,天长日久,衬砌混凝土强度降低。若不采取补救措施或措施不当,衬砌结构便会由局部破坏开始,最终发展到整体失稳。
细观冻胀是指地下水在衬砌的渗漏通道上结冰而发生的冻胀现象。到了冬季渗漏水便在这些孔隙内结冰,冻胀力会破坏脆弱的胶结结构,使骨料间胶结结构松散,影响衬砌结构的整体强度。
隧道的围岩内、初期支护的喷射混凝土内、初期支护与二次衬砌的间隙以及衬砌混凝土内,都可能含水,在寒冷季节当含水部位温度低于0℃时,水分的冻胀现象均会发生。除此之外,在寒冷地区,喷射混凝土和衬砌混凝土会在冻融循环作用下产生损伤劣化,对其结构的耐久性产生影响,严重的会导致隧道结构报废和运营期间发生重大安全事故。
尤其是渗漏水位置冻融破坏更加明显,但是目前针对这类问题大多采用的的是加保温层,设计洞门等措施给隧道保温,成本过高,收效低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足,本实用新型提供了一种隧道渗水冻结点加热装置,该装置利用生石灰遇水产热的原理,将隧道内的渗水收集后一方面通过集水排水构件排除,另一方面由渗水与生石灰反应产生热量对隧道衬砌进行加热,实现了既能加热又能排水的双重效果。
为实现上述目的,本实用新型采取的技术方案为:
一种隧道渗水冻结点加热装置,包括集水构件和产热集水构件,产热集水构件中装有生石灰;
在不需要进行加热的季节使用时,仅安装集水构件,集水构件将隧道衬砌的渗水引导收集并由隧道排水管排掉;
在需要进行加热的季节使用时,集水构件与产热集水构件同轴连通,集水构件将来自隧道衬砌的渗水引流并储存,集水构件储存的水一部分由隧道排水管排掉,集水构件储存的水的另一部分流入产热集水构件内与产热集水构件中装有的生石灰反应产生热量,热量通过集水构件传递到隧道衬砌内进行隧道的加热。
具体的,所述的集水构件包括集水槽和固定引导杆,集水槽为顶壁上设有泄流孔的密封腔体,集水槽同轴安装在固定引导杆的一端,隧道渗水沿固定引导杆通过泄流孔流入集水槽的腔体内;集水槽与隧道排水管连通,集水槽与产热集水构件可开合连通。
进一步的,所述的集水构件还包括排水管,排水管沿垂直于固定引流杆的方向设置在集水槽的侧壁上,排水管连通集水槽与隧道排水管。
优选的,所述的排水管为长度可变的伸缩杆,且排水管设置在集水槽靠近固定引流杆的侧壁上。
更进一步的,所述的集水构件还包括引流管,引流管同轴固设在固定引导杆与集水槽连接的端部,引流管的一端与集水槽的内腔连通,引流管的另一端与产热集水构件可开合连通。
具体的,在引流管与固定引导杆的连接处设置引流口,引流口连通引流管与集水槽的腔体,引流管沿轴向伸出集水槽腔体外,引流管伸出集水槽腔体外的管口内卡设橡胶球,橡胶球的部分球体露在引流管管口外,产热集水构件安装在引流管上并将橡胶球顶入引流管内,使集水槽内的渗水由引流口沿引流管流入产热集水构件内,与产热集水构件内的生石灰接触发生反应产生热量。
进一步的,在所述的引流管内沿轴向设置弹簧,橡胶球顶住弹簧卡设在引流管口。
具体的,所述的产热集水构件包括由上到下依次同轴设置连接槽、加热腔和储水腔,连接槽与集水构件中的引流管固定连接同时将引流管上的橡胶球顶起,使隧道渗水沿引流管通过连接槽分别流向加热腔和储水腔,加热腔内放置生石灰,与水接触后反应产生热量,储水腔用于储存反应后的多余水分。
更具体的,所述的连接槽为圆筒状的结构,在连接槽内同轴套设连接管,连接管用于固定连接引流管,在连接管的底部设置镂空隔板,镂空隔板将引流管管口上的橡胶球推入引流管内连通引流管、集水槽和位于连接槽下方的加热腔和储水腔。
更进一步的,所述的产热集水构件还包括引流部件,引流部件包括引流支管和引流主管,引流主管与连接槽同轴固设且与储水腔连通,引流支管围绕引流主管与引流主管连通,引流支管将渗水引入加热腔内。
本实用新型的优点为:
(1)本实用新型的装置利用生石灰遇水能产生大量的热的原理,设计了一种能利用上述原理给隧道进行加热的装置,该装置不仅能将隧道内的渗水沿特定的方向进行引流收集,同时利用收集的渗水与装置中放置的生石灰进行反应产热,引流水的部件同时又成了对隧道深处加热的部件,进一步的将隧道中的冻融水引出,巧妙的解决了寒区隧道冬季冻融渗水的问题;
(2)本实用新型的装置包括集水构件和产热集水构件,将两者分开的目的是,在不同的使用季节,满足不同的使用要求,尽量的减少材料的使用量;在夏季等不需要加热的季节,仅需使用集水构件将隧道内的渗水引出并由隧道排水管流走;在冬季等需要进行加热和排水的季节,将产热集水构件安装在集水构件上,同时进行产热集水;
(3)本实用新型的装置设计巧妙,一个装置可以满足不同季节的使用要求,且安装方便,极大的节省了工程费用,同时引水加热效果好,适于在寒区隧道内大规模推广使用,节省人力、物力和财力。
附图说明
图1为本实用新型的隧道渗水冻结点加热装置的结构示意图;
图2为图1中的产热集水盒的内部结构示意图;
图3为图1中的产热集水盒的顶部结构示意图;
图4为图1中的集水盒的内部结构示意图;
图5为本实用新型夏季用装置的结构示意图;
图6为图5的剖视图;
图7为安装辅助工具结构示意图;
图8为将图5中的装置安装在隧道内的安装示意图;
图9为将图1中的装置安装在隧道内的安装示意图;
图10为实施例一中暖季隧道渗流量统计图;
图11为实施例二中冬季隧道渗流量统计图;
图中各标号表示为:1-集水构件、101-集水槽、102-排水管、103-固定引导杆、104-引流口、105-引流管、106-橡胶球、107-泄流孔、108-弹簧、2-产热集水构件、201-连接槽、202-引流支管、203-引流主管、204-隔离网、205-连接管、206-镂空隔板、3-生石灰(CaO)、4-安装辅助工具、401-伸缩杆、402-固定接头、5-隧道衬砌、6-隧道排水管、7-隧道路面;
以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。
具体实施方式
本实用新型能够有效地解决隧道内渗漏水冻胀的问题,设备使用方便操作简单,成本低廉,本实用新型设计的核心思想是利用生石灰遇水发生化学反应,产生大量热量的原理,解决隧道局部渗漏水冻融问题。化学反应式如下:
CaO+H2O=Ca(OH)2
通过巧妙的构思设计了一种能利用上述反应原理的装置进行隧道内渗水点的渗水收集和产热加热,采用上述措施可以有效地解决地下水在衬砌的渗漏通道上结冰而发生的冻胀现象,使用方法简单,成本低廉,既经济又安全实用。
具体的,本实用新型是通过以下方案实现的:
结合图1-6,本实用新型的任务在于提供一种隧道渗水冻结点加热装置,该装置包括集水构件1和产热集水构件2,集水构件1将隧道衬砌内的水引流并收集起来,集水构件1收集的一部水由隧道排水管6排掉,另一部分水流入产热集水构件2,产热集水构件2中装有生石灰,生石灰与水混合后产生热量,热量通过集水构件1传递到隧道衬砌内进行隧道衬砌的加热;
具体的集水构件包括集水槽101、固定引导杆103和泄流孔107,固定引导杆103为实心的金属杆,金属杆的端部安装集水槽101,集水槽101为外形是圆柱形的腔体,集水槽101的顶壁为四周边缘凸起的凹槽,凹槽内设置多个泄水孔107,固定引导杆103与集水槽101的顶壁固接,隧道渗水沿着固定引导杆103流入集水槽101的顶壁凹槽内,并通过泄流孔107流入集水槽101的腔体内;
为了能定向的将集水槽101内的渗水由隧道排水管6排除,还包括排水管102,在集水槽101的侧壁上设置与集水槽101内腔连通的排水管102,使用时可将排水管102与隧道排水管6连通进行渗水的排除,上述构件可以在夏季或不需要进行加热的季节单独使用,仅进行隧道内渗水的排除;
进一步的,排水管102为双层套管结构,外面一层可以沿着内部一层滑动,滑动是通过挂钩手动实现的,由排水管102排出的水会通过埋置在二衬里面的隧道排水管6排出;且排水管102设置在集水槽101的侧壁顶部,这样等渗水收集到一定水位后再排除,减轻了渗水量大时,隧道排水管6的排水压力,即为隧道渗水提供了一定范围内的储存空间;
为了能在冬季既能够排除渗水又能够进行隧道加热,还包括引流口104、引流管105、橡胶球106和弹簧108,在固定引导杆103与集水槽101连接的端部同轴固接引流管105,引流管105的一端与固定引导杆103在集水槽101的腔体内连接,且在引流管105与固定引导杆103的连接处设置引流口104,引流口104连通引流管105与集水槽101的腔体,引流管105的另一端伸出集水槽101的腔体外,且引流管105伸出的管头的纵剖面为“漏斗状”的结构,该“漏斗状”的结构的向内倾斜角度为沿着管轴线向内倾斜30°~45°;该管头内卡设橡胶球106,橡胶球106的部分球体露在引流管105管头的外面,管头的外部设置螺纹,产热集水构件2通过螺纹安装在引流管105上并将橡胶106球顶入引流管105内,使集水槽101内的渗水由引流口104沿引流管105流入产热集水构件2内,与产热集水构件2内的生石灰接触发生反应产生热量,产生的热量再通过引流管105、固定引导杆103传递到隧道衬砌内进行加热;
保证橡胶球106在不需要引流管105引流时能自动的进行引流管105管口的封堵,引流管105内部沿轴向设置弹簧108,橡胶球106顶住弹簧108放置,同时防止橡胶球106滑动,保证使用效果;
具体的,产热集水构件2的整体为耐热隔热材料制作的圆柱形腔体结构,包括由上到下依次同轴设置连接槽201、加热腔和储水腔,连接槽201与集水构件1中的引流管105固定连接同时将引流管105上的橡胶球106顶起,使隧道渗水沿引流管105通过连接槽201分别流向加热腔和储水腔,加热腔内放置生石灰,与水接触后反应产生热量,储水腔用于储存反应后的多余水分;
连接槽201为圆筒状的结构,在连接槽201内同轴设置连接管205,连接管205的内壁上设置螺纹,用于连接引流管105,在连接管205的底部设置镂空隔板206,该镂空隔板206顶住引流管105管头上的橡胶球106,将橡胶球106推入引流管105内,这样就连通了引流管105、集水槽101和位于连接槽201下方的加热腔和储水腔;
在镂空隔板206的下方同轴连接引流部件,该引流部件包括引流支管202和引流主管203,引流主管203与连接槽201同轴固设且与储水腔连通,引流支管202围绕引流主管203设置,引流支管202将渗水引入加热腔内,加热腔与储水腔通过一层隔离网204分隔,加热腔内放置生石灰3;
引流主管203、引流支管202和镂空隔板206都用金属材料制备,在引流渗水的同时可以将生石灰3与水产生的热量传递到固定引导杆103上,进而对渗水点周围衬砌混凝土加热,防止冻胀的发生。
结合图7,为了能方便的将产热集水构件2与集水构件1两者快速的安装在隧道上,本实用新型还设计了安装辅助工具4,该工具包括伸缩杆401和固定接头402,伸缩杆401能进行长度的变化,以适应不同高度的安装要求,伸缩杆401的顶端固设固定接头402,固定接头402为三角形的平面架,平面架的三个角上有三个圆柱,可以插入储水腔底部的三个小圆孔内,插好后手持伸缩杆401将产热集水构件2整体放置到集水构件1所在的位置,旋转伸缩杆401,使连接槽201内的连接管205上的螺纹与引流管105外壁上的螺纹拧紧进行固定。
本实用新型的安装使用过程如下:
结合图8和9,使用时,先在隧道的渗漏水位置开钻出一个空洞,用来安放固定引导杆103,固定引导杆103的上端为尖部,方便插入空洞内,固定引导杆103的倾斜角度不能大于30°(相对于竖直方向),再在固定引导杆103的下端位置开凿出一个凹槽,凹槽大小比集水槽略大,方便安装固定集水槽101;
开凿结束后,固定好固定引导杆103和集水槽101,将排水管102插入到隧道排水管6里面,如果没有隧道排水管6,则需要在隧道衬砌5内安装隧道排水管6,然后用水泥浆封住固定就可以了;
安放产热集水构件2时,先用伸缩杆401的三个小圆柱插入到储水腔底部的三个小圆孔内,根据渗漏水点的位置,调节伸缩杆401的长度,将产热集水构件2举到集水构件1的位置,旋转伸缩杆401将产热集水构件2固定在集水构件1上即可;拆卸时,同样的方法反过来使用就可以了。
夏天使用时,只需安装集水构件1即可;
冬天天气寒冷时再将产热集水构件2安装在集水构件1上即可,不必再进行开凿安装;
当产热集水构件2内的生石灰反应完全结束后,将不能继续产生热量,这时需要取下产热集水构件2更换新的产热集水构件2,或者更换产热集水构件2里面的生石灰颗粒;更换的频率,要根据隧道渗漏水量的大小决定,在几天到十几天不等。渗漏水较多则更换的频率高,反之则低。
实施例一:
结合图8,采用本实用新型的隧道渗水冻结点加热装置在暖季对吉林省图们至珲春高速公路项目上的东南里隧道进行集水导流处理,在整个隧道内的几个渗漏水点都安装了这种隧道渗水冻结点加热装置中的集水构件。安装的角度都集中在垂直方向到偏离垂直30°范围内。安放位置都处在隧道拱顶附近的渗漏水点。
采用的集水构件的具体尺寸:在夏季本结构主要功能是导流渗漏水,对尺寸要求较小。本次使用的尺寸为101-集水槽直径65mm,高40mm。102-排水管直径20mm。103-固定引导杆直径10mm,长度400mm。
详见数据统计结果图10:
通过图10的统计结果,我们得出结论,在整个夏季中6、7、8、9四个月的渗流量最大,尤其是7月和8月两个月的流量达到了总流量的50%左右,因此真正考验设备性能的时间集中在这两个月。在统计观测的过程中我们发现在7、8两个月里设备正常工作,因此可以确定本装置可以在夏季很好的起到导流作用,不会妨碍暖季渗漏水通过已有的排水装置排出隧道。
实施例二:
结合图9,采用本实用新型的隧道渗水冻结点加热装置在冬季对吉林省图们至珲春高速公路项目上的东南里隧道进行集水加热处理,在整个隧道内的几个渗漏水点都安装了这种隧道渗水冻结点加热装置中的集水构件。安装的角度都集中在垂直方向到偏离垂直30°范围内。安放位置都处在隧道拱顶附近的渗漏水点。
采用的集水构件的具体尺寸:在夏季本结构主要功能是导流渗漏水,对尺寸要求较小。本次使用的尺寸为集水槽直径65mm,高40mm。排水管直径20mm。固定引导杆直径10mm,长度400mm。
详见数据统计结果见图11:
通过图11的统计结果,可以得出结论,在整个冬季,即1、2、11、12这四个月对隧道进行了加热防冻处理。有统计结果可以看出这四个月的渗流量不大,而且渗流量分布很均匀。对隧道的渗漏水处进行处理过程进行了仔细的观察,发现设备可以完成预期目标。起到了防止渗漏水点的冻胀破坏作用,在加热过程中,水没有结冰被收集在集水盒里面,防止了在渗漏水点大量结冰。

Claims (10)

1.一种隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,包括集水构件(1)和产热集水构件(2),产热集水构件(2)中装有生石灰;
在不需要进行加热的季节使用时,仅安装集水构件(1),集水构件(1)将隧道衬砌的渗水引导收集并由隧道排水管(6)排掉;
在需要进行加热的季节使用时,集水构件(1)与产热集水构件(2)同轴连通,集水构件(1)将来自隧道衬砌的渗水引流并储存,集水构件(1)储存的水一部分由隧道排水管(6)排掉,集水构件(1)储存的水的另一部分流入产热集水构件(2)内与产热集水构件(2)中装有的生石灰反应产生热量,热量通过集水构件(1)传递到隧道衬砌内进行隧道的加热。
2.如权利要求1所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的集水构件(1)包括集水槽(101)和固定引导杆(103),集水槽(101)为顶壁上设有泄流孔(107)的密封腔体,集水槽(101)同轴安装在固定引导杆(103)的一端,隧道渗水沿固定引导杆(103)通过泄流孔(107)流入集水槽(101)的腔体内;
集水槽(101)与隧道排水管(6)连通,集水槽(101)与产热集水构件(2)可开合连通。
3.如权利要求2所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的集水构件(1)还包括排水管(102),排水管(102)沿垂直于固定引导杆(103)的方向设置在集水槽(101)的侧壁上,排水管(102)连通集水槽(101)与隧道排水管(6)。
4.如权利要求3所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的排水管(102)为长度可变的伸缩杆,且排水管(102)设置在集水槽(101)靠近固定引导杆(103)的侧壁上。
5.如权利要求2、3或4所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的集水构件(1)还包括引流管(105),引流管(105)同轴固设在固定引导杆(103)与集水槽(101)连接的端部,引流管(105)的一端与集水槽(101)的内腔连通,引流管(105)的另一端与产热集水构件(2)可开合连通。
6.如权利要求5所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,在引流管(105)与固定引导杆(103)的连接处设置引流口(104),引流口(104)连通引流管(105)与集水槽(101)的腔体,引流管(105)沿轴向伸出集水槽(101)腔体外,引流管(105)伸出集水槽(101)腔体外的管口内卡设橡胶球(106),橡胶球(106)的部分球体露在引流管(105)管口外,产热集水构件(2)安装在引流管(105)上并将橡胶球(106)顶入引流管(105)内,使集水槽(101)内的渗水由引流口(104)沿引流管(105)流入产热集水构件(2)内,与产热集水构件(2)内的生石灰接触发生反应产生热量。
7.如权利要求6所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,在所述的引流管(105)内沿轴向设置弹簧(108),橡胶球(106)顶住弹簧(108)卡设在引流管(105)口。
8.如权利要求6所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的产热集水构件(2)包括由上到下依次同轴设置连接槽(201)、加热腔和储水腔,连接槽(201)与集水构件(1)中的引流管(105)固定连接同时将引流管(105)上的橡胶球(106)顶起,使隧道渗水沿引流管(105)通过连接槽(201)分别流向加热腔和储水腔,加热腔内放置生石灰,与水接触后反应产生热量,储水腔用于储存反应后的多余水分。
9.如权利要求6所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的连接槽(201)为圆筒状的结构,在连接槽(201)内同轴套设连接管(205),连接管(205)用于固定连接引流管(105),在连接管(205)的底部设置镂空隔板(206),镂空隔板(206)将引流管(105)管口上的橡胶球(106)推入引流管(105)内连通引流管(105)、连接槽(201)和位于连接槽(201)下方的加热腔和储水腔。
10.如权利要求9所述的隧道渗水冻结点加热装置,其特征在于,所述的产热集水构件(2)还包括引流部件,引流部件包括引流支管(202)和引流主管,引流主管(203)与连接槽(201)同轴固设且与储水腔连通,引流支管(202)围绕引流主管(203)与引流主管(203)连通,引流支管(202)将渗水引入加热腔内。
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