[发明专利]寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置及方法

说明书

本发明公开了寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置及方法，其中，调控装置包括排水系统通风装置和温度数据采集分析系统；排水系统通风装置包括通风单元和控制单元；温度数据采集分析系统包括洞外气象站温度计和温度数据处理器，洞外气象站温度计布置在隧道洞口外。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排水系统的保温防冻中，通过通风单元将隧道内温度较高的空气引入排水系统的保温水沟中，从而在排水系统及其周围岩层中储蓄热量以达到排水系统防冻的效果；本发明采用通风单元向保温水沟内输送空气，可充分利用隧道净空以内、限界以外的空间；本发明装置及方法的长期可靠性及防冻效果均优于蒸汽加热法和电缆加热法。

技术领域

本发明涉及隧道冻害防控领域，具体是一种寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置及方法。

背景技术

排水系统作为保证隧道不致因渗漏水造成病害、危及行车安全的工程措施已在隧道工程中被广泛采用，但从工程实践来看，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较为普遍存在，这说明现有高寒隧道排水系统仍存在不足之处，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保温措施主要包括被动保温与主动加热两种方法。被动保温即铺设保温层，尽管目前在研究保温层的材料和施工方法上有较多的研究成果，如采用导热率很小的聚氨酯泡沫和双层铺设等较优的工法，但限于保温层被动隔热的原理，难以彻底消除冻害，对极低温环境下隧道的排水系统防冻的适用性较差。隧道排水系统主动加热方法包括蒸汽加热法和电缆加热法等。蒸汽加热法通过暖通管道输送蒸汽，从而防止渗水冻结，但蒸汽加热法的工程量庞大，运行成本高，且蒸汽系统的设备和管道易腐蚀；电缆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、热量损失大的特点，使用年限较短，仍有很大的应用局限性。

发明内容

为了解决寒区隧道排水系统在低温环境下冻结问题，克服现有排水系统保温加热技术的适用性、长周期的可靠性及经济合理性等方面的不足，提供一种寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置及方法，通过排水系统与调控通风联合作用进行隧道冻害防控，适用范围更广、成本和运行费用更低、对寒区隧道排水系统受冻段的保温加热更有效。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置，包括排水系统通风装置和温度数据采集分析系统，所述的排水系统通风装置包括通风单元和控制单元，所述的通风单元和控制单元分别安装于隧道内保温层的内壁，所述的通风单元和控制单元布置于隧道建筑限界之外，不影响交通的正常运行，并不受交通的影响，所述的通风单元用于根据所述的控制单元的指令向隧道内排水系统的保温水沟输送空气以提高排水系统的温度，从而在排水系统周围岩体中储蓄热量；所述的温度数据采集分析系统包括洞外气象站温度计和温度数据处理器，所述的温度数据处理器安装于保温层的内壁，所述的洞外气象站温度计布置在隧道洞口外，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控制单元，由所述的控制单元控制所述的通风单元的启闭。

本发明寒区隧道排水系统的正积温通风调控装置安装搭建完成后，使用过程中，当隧道洞口外的气温达到或高于设定的启动温度值时，即满足通风调控要求，温度数据处理器将开启通风单元的指令发送给控制单元，开启通风单元，让隧道内温度较高的空气通过通风单元引入隧道内排水系统的保温水沟中，在排水系统及其周围岩层中储蓄热量以达到排水系统防冻的效果；而在隧道洞口外的气温低于设定的启动温度值时，温度数据处理器将关闭通风单元的指令发送给控制单元，关闭通风单元，以减少带入到排水系统中的冷量。