[发明专利]一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统及方法

说明书

本公开涉及寒区隧道工程领域，具体涉及一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统及方法。本发明公开了一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统，包括：除冰工作部，除冰工作部包括除冰单元与柔性除冰单元安装格栅，除冰单元通过柔性除冰单元安装格栅固定于隧道衬砌上；除冰单元包括金属盒，顶部设置除冰工作面层，底部设置电热柔性层；能源供给单元，用于为电热柔性层工作提供电电能；控制模块，控制能源供给单元和除冰工作部。除冰系统适合于寒区隧道内及周边铺设安装，利用封装于除冰单元内部的低冰点溶液的变温相变胀缩原理破坏附着冰体的表面粘结并使冰体脱落，进而实现长期高效的主动除冰。

技术领域

本公开涉及寒区隧道工程领域，具体涉及一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统及方法。

背景技术

寒冷地区的冰冻作用会使交通工程建(构)筑物产生冻胀融沉及冻融破坏等工程问题。随着铁路公路网络系统建设快速进行，大量处于寒区的隧道面临的不同程度的冻害问题，隧道冻害不仅造成隧道结构损坏，且可能威胁隧道行车安全。隧道衬砌表面的结冰附着现象严重影响了通车安全，对生产生活活动带来了极大的不便，严重影响了寒区隧道的正常使用。

目前寒区隧道衬砌的除冰方式主要集中于延缓衬砌表面结冰或对已结冰衬砌表面进行清理。其中延缓表面结冰的方式主要有：隧道内通过燃烧热或电热对衬砌加热防止水冻结、衬砌施工时铺设保温层、设置防寒门阻止隧道与外界空气换热、衬砌表面涂覆超疏水涂层减弱冰的附着能力等；对已结冰衬砌表面清理的方式主要有：隧道内加热融冰、机械或人工振动敲击除冰等方式。上述两类除冰方式均存在各自的局限性，延缓衬砌结冰的方法中加热法会产生巨大的运营成本，设置防寒门或多或少影响交通效率，施作保温层仅能延缓而不能抑制结冰的过程，在寒区长时间低温条件下水分依然会冻结，衬砌涂覆超疏水涂层的耐久性不足，其防结冰性能随着清理次数的增多而逐渐降低；对已结冰衬砌表面清理同样对建成后的隧道运营带来高昂的维护成本且治理投入随着冻害逐渐扩展而日益增大，同时短期加热融冰与机械振动对寒区隧道土体均会产生扰动，不利于隧道冻害防治。

综上，现有的寒区隧道衬砌除冰技术均具有各自的局限性，除冰效果也同时受到建设与运营成本的限制，故现存隧道衬砌除冰方法有待进一步优化与改进，目前缺少一种可以较低施工与运营成本的有效、快捷、持久的寒区隧道衬砌除冰方法。

发明内容

针对现有的技术方案的不足，本发明旨在提供一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统及方法，适用于新建与已运营隧道，可应对不同冰冻情况，安装便利、集成程度高，便于维护、运行功耗低、除冰控制精确。可有效的清除寒区隧道工程在冬季环境条件下隧道衬砌表面积冰，且其环境耐久性显著优于其他除冰方式。

为实现上述发明目的，本发明的一个或多个实施例提供了下述技术方案：

第一方面，本发明公开了一种用于寒区隧道衬砌的除冰系统，包括：

除冰工作部，包括除冰单元与柔性除冰单元安装格栅，除冰单元通过柔性除冰单元安装格栅固定于隧道衬砌上；除冰单元包括金属盒，顶部设置除冰工作面层，底部设置电热柔性层；

能源供给单元，用于为电热柔性层工作提供电电能；

控制模块，控制能源供给单元和除冰工作部。

进一步的技术方案，除冰单元还包括压力传感器，位于金属盒内底部，用于测量低冰点溶液相变膨胀后受金属盒与除冰工作面层的变形限制而产生的膨胀压力，其测量的膨胀力传输至控制模块。

进一步的技术方案，除冰单元还包括压力传感器信号导线、电热柔性层供电线，分别与压力传感器、电热柔性层连接；压力传感器信号导线、电热柔性层供电线均通过金属盒内部预留的孔洞引出外接。

进一步的技术方案，电热柔性层埋置于金属盒底部，与金属盒密封连接。