一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法，包括：温控室和放置于温控室内的隧道模型箱；隧道模型箱，为一前后两端均为敞口状，箱体内装填有围岩，在围岩内，且位于其中部设置有拱形的混凝土衬砌，混凝土衬砌前后贯穿围岩，形成前后两端贯通的隧道；在温控室内，且位于隧道前后端入口均安装有抽风式射流风机；在射流风机上装设有空气温度监测元件，用于监测进入隧道内送风的温度；在围岩内，且环绕于隧道外一周设置有多个围岩温度监测元件，且围岩温度监测元件沿着隧道径向延长线方向间隔排布。该模型试验装置通过模拟吹入隧道空气的风速和风温，从而确定不同自然风条件下的隧道防冻长度。不同自然风条件下的隧道防冻长度。不同自然风条件下的隧道防冻长度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法


[0001]本专利技术属于隧道监测
，具体涉及一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]修建于寒区的铁路及公路隧道与其他地区的隧道不同，在寒区修建的隧道常常会出现严重的冻害现象，如衬砌漏水冻结、边墙冻胀开裂、排水管冻结堵塞等。由于冻害问题，我国西北和东北地区的很多严寒地区隧道常年有8～9个月不能使用，很大程度上弱化了隧道的使用功能，给铁路的正常运营带来极大的安全隐患。
[0003]目前，对隧道防冻设计和抗冻能力的要求也在不断提高。隧道贯通后，侵入隧道的冷空气与衬砌壁面发生强烈的热交换，改变了围岩的温度分布，使衬砌背后的围岩发生了冻结。铺设保温层是目前国内普遍采用的隧道防冻保温措施。在制定隧道保温层铺设方案时，需要确定保温层的材料、铺设长度和铺设厚度，而这些都与寒区隧道的冻结长度和围岩冻结厚度密切相关。因此，确定寒区隧道的防冻长度显得意义重大。现阶段，寒区隧道防冻保温长度大多采用隧道设计规范规定的长度。但是，规范规定的长度大多来源于经验，采用规范规定的防冻长度会存在防冻长度不足或者过长的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法，通过模拟吹入隧道空气的风速和风温，通过控制变量研究各参数与隧道冻结长度及围岩冻结厚度之间的关系，从而确定不同自然风条件下的隧道防冻长度。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置，包括：温控室和放置于温控室内的隧道模型箱；温控室为一封闭腔体；
[0006]隧道模型箱，为一前后两端均为敞口状，其他各面封闭的长方体状箱体，箱体内装填有围岩，在围岩内，且位于其中部设置有拱形的混凝土衬砌，混凝土衬砌前后贯穿围岩，形成前后两端贯通的隧道；
[0007]在温控室内，且位于隧道前后端入口均安装有抽风式射流风机，用于调节进入隧道内的风速；在射流风机上装设有空气温度监测元件，用于监测进入隧道内送风的温度；
[0008]在围岩内，且环绕于隧道外一周设置有多个围岩温度监测元件，多个围岩温度监测元件分为多组，且沿隧道前后轴向方向间隔设置；每组中又分为多小组，在同一环形断面，多小组环绕于隧道一周间隔设置，每一小组中包括3～5个围岩温度监测元件，且围岩温度监测元件沿着隧道径向延长线方向间隔排布。
[0009]进一步地，各小组中围岩温度监测元件分别设置于隧道的拱顶、底部、左右拱腰和左右墙脚处。
[0010]进一步地，在隧道内装设有多个风速监测元件，沿着隧道轴向间隔排布，在同一断面上，分别设置于拱顶和左右墙角处。
[0011]进一步地，该隧道模型箱为玻璃钢箱体，箱体外侧设置有玻璃棉保温板。
[0012]本专利技术还公开了一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置的试验方法，该试验方法如下：
[0013]步骤一、调节温控室气温，由空气温度监测元件和围岩温度监测元件对应的测出隧道和围岩的初始温度；
[0014]步骤二、采用控制变量法，固定射流风机的风速，按照不同的预设温度调节温控室气温，用空气温度监测元件监测温控室气温，在调节温控室气温的同时，启动射流风机，由围岩温度监测元件采集得到不同气温情况下的围岩温度；
[0015]采集后，关闭射流风机，至隧道和围岩的温度重至初始温度；
[0016]步骤三、改变抽风式射流风机的风速，重复步骤二，由围岩温度监测元件采集得到风速改变后的不同气温情况下围岩的温度，再由采集得到的围岩的温度，确定改变后的风速条件下，不同气温情况下围岩在隧道轴向上的冻结长度和在隧道径向上的冻结深度；
[0017]步骤四、根据不同风速、风温情况下的隧道在轴向上的冻结长度和在径向上的冻结深度，拟合隧道冻结长度与风速和风温的关系和围岩冻结深度与风温的关系，从而得到不同自然风条件下的隧道防冻长度。
[0018]本专利技术的有益效果是：1.可以明确不同风速、风温的冷空气对寒区隧道围岩温度场的影响，通过隧道冻结长度和围岩冻结厚度来确定合适隧道防冻长度，达到更优的安全和经济效益。2.为隧道保温层技术方法提供数据支撑，有利于保温层技术的推广，解决寒区隧道冻害问题。3.考虑隧道进、出口处风速和风温的复杂性和变化性，精确确定寒区隧道防冻长度；且选用的装置简单，试验成本低。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的用于确定寒区隧道防冻长度的试验装置立体图；
[0020]图2为本专利技术的用于确定寒区隧道防冻长度的试验装置平面图；
[0021]图3为用于确定寒区隧道防冻长度的试验装置的试验方法流程图；
[0022]图4为寒区隧道模型试验围岩冻结深度与最低气温的关系曲线图；
[0023]图5为寒区隧道模型试验隧道冻结长度与最低气温的关系曲线图。
[0024]其中：1
‑
温控室；2
‑
隧道模型箱；3
‑
玻璃钢箱体；4
‑
玻璃棉保温板；5
‑
围岩；6
‑
隧道；7
‑
混凝土衬砌；8
‑
抽风式射流风机；9
‑
围岩温度监测元件；10
‑
空气温度监测元件；11
‑
风速监测元件。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0026]本专利技术一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置，如图1和2所示，包括：温控室1和放置于温控室1内的隧道模型箱2；温控室1为一封闭腔体，用于控制隧道外界空气温度。
[0027]隧道模型箱2，为一前后两端均为敞口状，其他各面封闭的长方体状箱体，箱体内装填有围岩5，在围岩5内，且位于其中部设置有拱形的混凝土衬砌7，混凝土衬砌7前后贯穿围岩5，形成前后两端贯通的隧道6；隧道模型箱2为玻璃钢箱体3，箱体外侧设置有玻璃棉保
温板4。
[0028]在温控室1内，且位于隧道6前后端入口均安装有抽风式射流风机8，用于调节进入隧道3内的风速；在射流风机8上装设有空气温度监测元件10，用于监测进入隧道6内送风的温度；
[0029]在围岩内，且环绕于隧道6外一周设置有多个围岩温度监测元件9，多个围岩温度监测元件9分为多组，且沿隧道6前后轴向方向间隔设置，间距为1m，每组中又分为多小组，在同一环形断面，多小组环绕于隧道6一周间隔设置，每一小组中包括3～5个围岩温度监测元件9，且围岩温度监测元件9沿着隧道6径向延长线方向间隔排布，间距为0.15m。围岩温度监测元件9用于监测围岩温度。
[0030]各小组中围岩温度监测元件9分别设置于拱顶、底部、左右拱腰和左右墙脚处。
[0031]在隧道6内装设有多个风速监测元件11，沿着隧道6轴向间隔排布，沿隧道轴向风速监测断面的间距为1m，在同一断面上，分别设置于拱顶和左右墙角处。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置，其特征在于，包括：温控室(1)和放置于温控室(1)内的隧道模型箱(2)；所述温控室(1)为一封闭腔体；所述隧道模型箱(2)，为一前后两端均为敞口状，其他各面封闭的长方体状箱体，箱体内装填有围岩(5)，在所述围岩(5)内，且位于其中部设置有拱形的混凝土衬砌(7)，所述混凝土衬砌(7)前后贯穿所述围岩(5)，形成前后两端贯通的隧道(6)；在所述温控室(1)内，且位于所述隧道(6)前后端入口均安装有抽风式射流风机(8)，用于调节进入隧道(3)内的风速；在所述射流风机(8)上装设有空气温度监测元件(10)，用于监测进入隧道(6)内送风的温度；在所述围岩(5)内，且环绕于所述隧道(6)外一周设置有多个围岩温度监测元件(9)，所述多个围岩温度监测元件(9)分为多组，且沿隧道(6)前后轴向方向间隔设置；每组中又分为多小组，在同一环形断面，多小组环绕于所述隧道(6)一周间隔设置，每一小组中包括3～5个围岩温度监测元件(9)，且所述围岩温度监测元件(9)沿着所述隧道(6)径向延长线方向间隔排布。2.如权利要求1所述的一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置，其特征在于，各小组中所述围岩温度监测元件(9)分别设置于所述隧道(6)的拱顶、底部、左右拱腰和左右墙脚处。3.如权利要求2所述的一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置，其特征在于，在所述隧道(6)内装设有多个风速监测元件(11)，沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，赵希望，吴元金，马勤国，彭桂彬，马国栋，周川川，罗占夫，赵军喜，杨效广，曹贵才，高华勇，蔡征宇，史文哲，
申请(专利权)人：中铁隧道勘察设计研究院有限公司华南理工大学，
类型：发明
国别省市：