[发明专利]寒区隧道离壁式保温结构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离壁式保温结构的正积温通风调控装置及方法，其中，调控装置包括保温层通风系统和温度数据采集分析系统；保温层通风系统包括安装于隧道内离壁式保温结构的内壁的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安装于离壁式保温结构的内壁的温度数据处理器。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空气层中，从而在隧道衬砌和围岩中储蓄热量以达到隧道防冻保温的效果；本发明采用通风单元向空气层输送空气，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电缆加热技术和防寒保温门。

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离壁式保温结构的正积温通风调控装置及方法。

背景技术

目前寒区隧道衬砌及围岩的常用防冻保暖措施主要为敷设保温层、电缆加热法等。敷设保温层目前作为大多数寒区隧道的保温措施，虽然能减缓围岩与隧道内冷空气的热交换、减小围岩冻融圈、减轻隧道冻害，但是并不能阻止围岩最终冻结。电缆加热法对电热器件及相应配套设施要求较高，能耗大、管理复杂且运营成本高，有很大的局限性。通风系统作为将隧道内有害气体排出洞外的一种换气系统，在隧道工程中被广泛采用，而离壁式保温结构作为寒区隧道保温层的一种常见结构，也已在寒区隧道工程中被广泛采用，离壁式保温结构通过其与衬砌之间形成的空气层，达到保温效果。但在寒冷地区，现有的防冻保暖结构的冻害防控效果有限，隧道内的围岩面临着在低温环境下逐渐冻结并导致隧道出现不同程度冻害的问题。

减少寒区隧道冻害防控措施的工程投资和运行费用、增加寒区隧道冻害防控效果的一个方向是调控通风技术。防寒保温门作为一种隧道通风调控保温技术，目前已有工程实际运用。防寒保温门是一种在冬季阻挡冷空气侵入隧道的冻害防控技术，它可以减缓和阻止冷空气对流作用造成的隧道洞内热量散失，进而提高冬季隧道内空气温度、减小围岩冻融圈、减轻隧道冻害。但是由于防寒保温门频繁的开闭导致保温效果变差、达不到防治冻害的预期效果，且保温门的使用会影响交通的正常运行。

发明内容

为了解决寒区隧道围岩在低温环境下冻结的问题，克服现有防冻保温技术在适用性、长周期的可靠性及经济合理性等方面的不足，本发明提出一种寒区隧道离壁式保温结构的正积温通风调控装置及方法，通过离壁式保温结构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、对交通影响更小、保温效果更好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：寒区隧道离壁式保温结构的正积温通风调控装置，包括保温层通风系统和温度数据采集分析系统；所述的保温层通风系统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离壁式保温结构的内壁，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离壁式保温结构与衬砌之间形成的空气层输送暖空气以提高空气层的温度，从而在隧道衬砌和围岩中储蓄热量；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离壁式保温结构的内壁，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。

本发明寒区隧道离壁式保温结构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离壁式保温结构与衬砌之间的空气层，提高空气层的温度，从而在隧道衬砌和围岩中储蓄热量；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，以减少带入到隧道衬砌和围岩中的冷量，防止产生负温累积，以达到隧道防冻的效果。