高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其由主动保温系统和被动保温系统组成；主动保温系统包括热源供应装置、热源循环管路、集热装置、补水管路、供暖循环管路和供暖管道；被动保温系统包括设在隧道中心排水管四周的中心排水管防冻层，以及设在隧道侧沟四周的侧沟防冻层，以及设在隧道环向盲管和纵向盲管外侧的盲管防冻层。本发明专利技术的优点在于能够满足保证月平均气温在‑15℃地区隧道排水系统水流通畅不结冰所需要的热量需求，同时加入无机纳米真空绝热保温板作为被动保温措施，有效解决高寒严寒地区隧道排水系统防冻问题。另外，整体系统施工面积小、施工方便、成本低，以及环保高效、结构和功能的稳定性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统
本专利技术涉及隧道排水保温防冻
，具体涉及高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统。
技术介绍
我国铁路发展迅速，在中东部发达地区发展基本成熟的情况下开始向西北、西南、东北等欠发达地区发展。西北和东北属于严寒地区，大部分区域最冷月平均气温低于-10℃，众多地区大量存在着3-6个月的季节性冻土。在这种严寒地区建设铁路隧道对防排水保温的要求极高，否则便会出现隧道内水流和围岩积水冻结，进而引起隧道拱部挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰锥、水沟冰塞、线路冻起等影响安全运营和建筑物正常使用的各种病害。现行的对于隧道内防排水保温防冻的设计主要为：中心深埋水沟及隧底横沟均需设置在当地最大冻结线以下，一般需要深挖至设计仰供下1.5m以上；对环向盲管，深埋保温盲沟开槽设置在初支之外的深槽内，一般深挖深度达初支面向围岩深入到1.2m以上；对于纵向盲管采用硬质聚氨酯保温板保温的设计；侧沟采用双层盖板保温侧沟设计，在极严寒地区采用电伴热面板加热的方式来加热侧沟，从而保证侧沟内温度高于冰点。以上设计存在很大的不足与缺陷：中心深埋水沟及隧底横沟均需设置在当地最大冻结线以下，在较差地层如软岩地层施工时，初期支护仰拱无法及时封闭，容易导致初期支护变形过大甚至开裂；在较好地层施工时，则必须采用爆破手段才能保证功能所需要的设计深度，但又容易危及拱墙稳定性。同时，施工难度大，工作量大。深埋保温盲沟开槽设置在初支之外的深槽内，在较差地层施工时，只能在初期支护施工完成以后，再回头掏槽施工保温盲沟，会剪断初期支护连接筋并凿除部分超前支护；在较好地层施工时，保温盲沟的埋设深度难以保证或者会严重影响盲沟沟槽两侧钢架的稳定性；环向深埋盲管与隧道横沟以及深埋水沟的施工极大影响隧道内工序安排，隧道内空间有限，造成施工进度较慢。硬质聚氨酯保温板厚度厚且无柔韧性，铺设过程中存在空洞，不仅保温性能无法保证，还会造成二衬空洞，影响结构安全性。而且硬质聚氨酯易吸水老化，使用年限短。侧沟双层盖板设计很难起到保温效果，还会造成后期侧沟清理困难；电伴热板虽然能提供热源，但是其使用寿命短、造价高，后期运营需要手动控制，为维护增加难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其解决了严寒地区隧道排水系统保温、防冻效果差的问题。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，由主动保温系统和被动保温系统组成；所述主动保温系统包括热源供应装置、热源循环管路、集热装置、补水管路、供暖循环管路和供暖管道，所述热源供应装置通过热源循环管路与集热装置连接，所述补水管路一端与外界水源连接，另一端与集热装置连接，所述供暖管道铺设于隧道的侧壁和底部，供暖管道通过供暖循环管路与集热装置连接；所述被动保温系统包括设在隧道中心排水管四周的中心排水管防冻层，以及设在隧道侧沟四周的侧沟防冻层，以及设在隧道环向盲管和纵向盲管外侧的盲管防冻层。进一步改进在于，所述热源供应装置选自太阳能集热板或空气能机组。进一步改进在于，所述集热装置为不锈钢储水箱，且不锈钢储水箱设有内置的电热管和外置的电热锅炉。进一步改进在于，所述供暖管道为PE材料结构，其至少铺设在隧道的中心排水管四周、拱脚纵向盲管两侧、环向盲管两侧、排水侧沟底部。进一步改进在于，所述主动保温系统还包括温度传感器、热源电磁阀和温控器，所述温度传感器设在集热装置内，所述热源电磁阀设在热源循环管路上，所述温控器的信号输入端与温度传感器连接，温控器的信号输出端与热源电磁阀连接。进一步改进在于，所述主动保温系统还包括补水电磁阀和水位控制器，所述补水电磁阀设置于补水管路上，所述水位控制器设于集热装置内，水位控制器的控制端与补水电磁阀连接。进一步改进在于，所述主动保温系统还包括供暖电磁阀和定时器，所述供暖电磁阀设在供暖循环管路上，所述定时器的控制端与供暖电磁阀连接。进一步改进在于，所述中心排水管防冻层由c20混凝土管座、碎石过滤层、内保温混凝土、无机纳米真空绝热保温层和外保温混凝土从下往上依次铺设组成，且中心排水管穿插在c20混凝土管座和碎石过滤层之间。进一步改进在于，所述侧沟防冻层由设在侧沟底部和侧壁的无机纳米真空绝热保温板壁，以及设在侧沟顶部的无机纳米真空绝热保温盖板组成。进一步改进在于，所述盲管防冻层由设在环向盲管和纵向盲管外侧的无机纳米真空绝热保温板组成。本专利技术的有益效果在于：采用太阳能或空气能等自然能源进行主动供热保温，能够满足保证月平均气温在-15℃地区隧道排水系统水流通畅不结冰所需要的热量需求，同时加入无机纳米真空绝热保温板作为被动保温措施，有效解决高寒严寒地区隧道排水系统防冻问题。另外，整体系统施工面积小、施工方便、成本低，以及环保高效、结构和功能的稳定性强等优点。附图说明图1为主动保温系统的结构示意图；图2为隧道中心排水管的供暖管道及中心排水管防冻层铺设结构示意图；图3为隧道侧沟的供暖管道及侧沟防冻层铺设结构示意图；图4为隧道环向盲管或纵向盲管的盲管防冻层铺设结构示意图；图5为隧道环向盲管或纵向盲管的供暖管道铺设结构示意图；图中：1-热源供应装置，2-热源循环管路，3-集热装置，4-补水管路，5-供暖循环管路，6-供暖管道，7-电热管，8-电热锅炉，9-温度传感器，10-热源电磁阀，11-温控器，12-补水电磁阀，13-水位控制器，14-供暖电磁阀，15-定时器，16-c20混凝土管座，17-碎石过滤层，18-内保温混凝土，19-无机纳米真空绝热保温层，20-外保温混凝土，21-无机纳米真空绝热保温板壁，22-无机纳米真空绝热保温盖板，23-无机纳米真空绝热保温板。具体实施方式下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。如图1所示，高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，由主动保温系统和被动保温系统组成。其中，主动保温系统包括热源供应装置1、热源循环管路2、集热装置3、补水管路4、供暖循环管路5和供暖管道6，热源供应装置1通过热源循环管路2与集热装置3连接，用于为集热装置3提供热源，补水管路4一端与外界水源(自来水)连接，另一端与集热装置3连接，用于为集热装置3补充水位，供暖管道6铺设于隧道的侧壁和底部，供暖管道6通过供暖循环管路5与集热装置3连接。具体的，热源供应装置1选自太阳能集热板或空气能机组。当使用太阳能集热板时，利用太阳能为供暖循环管路5内的循环水不断提供热量，当使用空气能机组时，利用空气能为供暖循环管路5内的循环水不断提供热量。集热装置3为不锈钢储水箱，且不锈钢储水箱设有内置的电热管7和外置的电热锅炉8。太阳能集热板或空气能机组供热装置原则能满足最不利条件下(即太阳能完全无法提供热量的条件下)系统水位正常运行，但是效率有所降低。为此，采用在不锈钢储水箱上内置电热管7和外置两台电热锅炉8，两者相结合的方式进行辅助加热，其中内置的电热管7保证水箱供热基础水位及水箱内防冻，两台电热锅炉8外置保证供热温度。热源供应装置1循环加热，加上电热管7和电热锅炉8的辅助热源，使得整个系统能够满足保证月平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：由主动保温系统和被动保温系统组成；所述主动保温系统包括热源供应装置(1)、热源循环管路(2)、集热装置(3)、补水管路(4)、供暖循环管路(5)和供暖管道(6)，所述热源供应装置(1)通过热源循环管路(2)与集热装置(3)连接，所述补水管路(4)一端与外界水源连接，另一端与集热装置(3)连接，所述供暖管道(6)铺设于隧道的侧壁和底部，供暖管道(6)通过供暖循环管路(5)与集热装置(3)连接；所述被动保温系统包括设在隧道中心排水管四周的中心排水管防冻层，以及设在隧道侧沟四周的侧沟防冻层，以及设在隧道环向盲管和纵向盲管外侧的盲管防冻层。

【技术特征摘要】
1.高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：由主动保温系统和被动保温系统组成；所述主动保温系统包括热源供应装置(1)、热源循环管路(2)、集热装置(3)、补水管路(4)、供暖循环管路(5)和供暖管道(6)，所述热源供应装置(1)通过热源循环管路(2)与集热装置(3)连接，所述补水管路(4)一端与外界水源连接，另一端与集热装置(3)连接，所述供暖管道(6)铺设于隧道的侧壁和底部，供暖管道(6)通过供暖循环管路(5)与集热装置(3)连接；所述被动保温系统包括设在隧道中心排水管四周的中心排水管防冻层，以及设在隧道侧沟四周的侧沟防冻层，以及设在隧道环向盲管和纵向盲管外侧的盲管防冻层。2.根据权利要求1所述的高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：所述热源供应装置(1)选自太阳能集热板或空气能机组。3.根据权利要求1所述的高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：所述集热装置(3)为不锈钢储水箱，且不锈钢储水箱设有内置的电热管(7)和外置的电热锅炉(8)。4.根据权利要求1所述的高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：所述供暖管道(6)为PE材料结构，其至少铺设在隧道的中心排水管四周、拱脚纵向盲管两侧、环向盲管两侧、排水侧沟底部。5.根据权利要求1所述的高寒严寒地区隧道排水防冻集成系统，其特征在于：所述主动保温系统还包括温度传感器(9)、热源电磁阀(10)和温控器(11)，所述温度传感器(9)设在集热装置(3)内，所述热源电磁阀(10)设在热源...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱长伟，王建，王姣，吕万青，彭松，陈蒙，
申请(专利权)人：铁科创恒新材料科技有限公司，安徽中科保瑞特节能科技有限公司，江西运腾工程材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34