[发明专利]一种寒区隧道温度场监测装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种寒区隧道温度场监测装置及其试验方法，包括模型列车加速装置、外界气温控制装置、洞内气温控制装置、围岩地温控制装置以及温度和风速检测装置。本发明用于研究不同环境气温、洞内气温、围岩地温、洞内风速大小和持续时间长短、列车发射速度大小和频率情况下隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律。本发明具有适应范围广，可靠度高，试验精度高，建造费用低等优点，为进一步明确寒区隧道洞内空气温度场、围岩径向和纵向温度场的变化规律，为寒区隧道防寒保温设计提供依据，具有重要的理论意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种寒区隧道温度场监测装置及其试验方法，属于试验模型领域。

背景技术

随着“一带一路”战略的兴起，寒区高速铁路隧道的数量越来越多。温度是引起寒区隧道冻害的主要原因之一，就目前而言缺乏寒区隧道洞内温度场规律的深入认识，更缺乏高速列车风对寒区隧道冻害影响规律研究，防寒设计多以经验为主，出现的隧道冻害问题较多。引起寒区隧道温度场变化规律的因素具有多样性，国内尚没有考虑不同洞内气温、围岩地温、洞内风速大小和持续时间长短、列车发射速度大小和频率情况下寒区隧道温度场监测装置及其试验方法。因此，如何有效科学地对寒区隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律进行研究至关重要。

目前，寒区隧道温度场相关的模型试验能够得到单一因素、局部范围内的洞内温度场的分布规律，缺乏多因素影响下隧道洞内径向和纵向温度场变化规律的研究方法，为寒区隧道防寒保温设计提供依据，具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：为解决现有技术中，寒区隧道温度场相关的模型装置无法研究多因素条件下隧道洞内径向和纵向温度场变化规律，提出了一种寒区隧道温度场监测装置及其试验方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种寒区隧道温度场检测装置及其试验方法，所述监测装置包括模型列车加速装置10，外界气温控制装置1、洞内气温控制装置2、围岩地温控制装置3、隧道模型6以及温度和风速检测装置14，所述的模型列车加速装置10与隧道模型6相连，中间设有前端保温隔板5，模型列车支架9通过滑块11与模型列车加速装置10由螺栓进行连接；外界气温控制装置1控制试验装置的外界环境温度；洞内气温控制装置2控制隧道模型6的洞内气温；围岩温度控制装置3控制隧道模型6的围岩温度。

优选的，所述的外界气温控制装置1内含有变频风机和制冷装置；洞内气温控制装置2内含有变频风机和制冷装置；围岩温度控制装置3内含有蓄水结构13和气压室。

优选的，所述外界气温控制装置1采用封闭式制冷装置；洞内气温控制装置2采用封闭式制冷装置；围岩温度控制装置3采用封闭式水循环装置。

优选的，模型列车加速装置10采用直线电机进行加速，由皮带牵引模型列车8高速运行，模型列车8采用有机玻璃开模制作以CRH 380和谐号模型为制作蓝本，模型比例为1:50。

优选的，温度和风速检测装置14采用快速温度和风速探头以及采用灵敏度高的数据采集仪；温度和风速检测装置的测试元件分布在隧道拱顶、左右拱脚和左右墙脚处；一共设有11个监测断面，温度测试元件一个断面设有20个，风速测试元件一个断面设有5个。

优选的，隧道模型6包括衬砌结构12和蓄水结构13，隧道模型6采用曲墙式结构，衬砌结构12采用混凝土进行浇筑，一共有11块组成，每块长度2 m；衬砌结构12由初期支护和二次衬砌构成；衬砌结构12外侧设有蓄水结构13，并通过围岩地温控制装置3调节水温进而控制蓄水结构中水温，从而达到控制围岩的地温。

优选的，围岩地温控制装置3采用恒温水箱加热水体，通过水泵将恒温水箱里面的水送到隧道模型6的蓄水结构13中，再通过引水管道将水送回恒温水箱，水泵送水压力为2个标准大气压力，其中水温调节范围为0 ℃~30 ℃。

一种寒区隧道温度场监测装置的使用方法包括以下步骤：