一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，该装置包括控温箱

【技术实现步骤摘要】
一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程试验
，尤其涉及一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置及试验方法
。

技术介绍

[0002]随着我国交通建设事业的不断发展，在严寒地区隧道工程的修建也不断增加
。
与其他地区的隧道有所不同，在严寒地区修建的隧道常常会面临因围岩冻结引起的危害
。
截至
2014
年，我国共有铁路隧道
11516
座，发生病害的隧道有
5990
座，占隧道总数的
52.4%
，尤其位于我国西北和东北的很多严寒地区隧道因冻害常年有
8~9
个月不能使用，甚至有些隧道在冻胀力的作用下衬砌裂缝达
5cm。
因此，开展严寒地区隧道防冻保温措施的研发显得异常迫切
。
[0003]隧道发生冻害的根本原因是衬砌背后的围岩发生冻结
。
特别是隧道贯通后，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
。
因此，对于运营隧道而言，防冻保温的关键是防治洞外冷空气对隧道内围岩温度的影响
。
近年来，广大的专家学者考虑到铁路隧道通车频繁
、
安全等级高
、
维护时间短的特点，提出了热风幕对寒区隧道进行防冻保温
。
热风幕通过高速电机带动或离心风轮将一定温度的空气以一定的速度喷射送出，形成一面无形的门帘，在冬季具有可以阻挡冷风进入的作用
。
因此，可以考虑将热风幕安装在隧道内，对寒区隧道起到防冻保温的作用
。
相比防寒保温门
、
隔热保温板
、
保温混凝土
、
电伴热等防冻保温措施，热风幕保温效果受车辆通行影响小，便于后期维护，不会对列车的正常运行造成威胁，并且兼有设计简单
、
安装方便
、
低碳环保等优点
。
[0004]热风幕喷出空气的速度和温度以及热风幕布设的位置和工作区段等参数与热风幕防冻保温效果密切相关
。
以往的寒区隧道热风幕防冻措施设计中，这些参数都大多来源于经验，没有精确数据可以参考
。
但是，隧道贯通后，隧道冻结程度（隧道冻结长度和围岩冻结厚度）与吹入隧道的空气温度和速度密切相关
。
因此，为了达到最好的寒区隧道热风幕防冻效果，就需要精确确定不同隧址气象环境条件下，不同热风幕布设位置和工作区段
、
不同热风幕喷出空气速度和温度情况下的寒区隧道温度场，进而为寒区隧道热风幕防冻措施的设计提供参数依据
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简单
、
成本低
、
精确确定不同条件下温度场的模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置
。
[0006]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供该模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置的试验方法
。
[0007]为解决上述问题，本专利技术所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：该装置包括控温箱
、
隧道模型箱
、
热风幕系统和数据采集系统；所述隧道模型箱包括置于所述控温箱内的箱体；所述箱体内设有贯通隧道，并装填有土体；所述隧道的出口处
设有与控制开关相连的射流风机，该控制开关和射流风机均安装在所述控温箱内；沿所述隧道的轴向等间距布设温度监测断面，在每个温度监测断面的拱顶，左
、
右拱腰和左
、
右拱脚处沿所述隧道径向在所述土体内等间距布设数个所述温度传感器；数个所述温度传感器通过数据采集线与所述数据采集系统连接；沿所述隧道的轴向在拱顶和左
、
右拱腰等间距预留挂钩，每个挂钩上安装有轨道；所述轨道上设有环向支架；所述热风幕系统包括控温型空气压缩机
、
导气管和空气导流盒；所述空气导流盒均布在所述环向支架上，且所述空气导流盒背向所述隧道的面均匀布设有3个进气孔，面向所述隧道的面均匀布满排气小孔；每个所述进气孔的一端连接有所述导气管，该导气管的另一端连接在所述控温型空气压缩机上
。
[0008]所述控温箱的温度调节范围为
‑
30 ℃~20 ℃。
[0009]所述箱体为长方体，包括有机玻璃板制成的侧板
、
挡板和底板；所述底板上沿长度方向对称设有一对所述侧板，沿宽度方向对称设有一对挡板，该挡板上对称设有所述隧道安装口；所述侧板
、
挡板和底板的内侧粘接有泡沫隔热板
。
[0010]所述隧道由混凝土浇筑而成，截面形状为环形，长度与所述隧道模型箱长度相同，内半径为
15~20cm
，环形厚度为
2~3 cm。
[0011]所述空气导流盒是材质为塑料盒，其长度和宽度与所述环向支架内空格的尺寸相同，其厚度与所述环向支架内空格的宽度相同
。
[0012]所述导气管内径与所述进气孔相同，材质为耐压强度是
0.8 MPa
的塑料软管
。
[0013]所述控温型空气压缩机输出空气温度的调节范围为
10 ℃~80 ℃
，空气压力的调节范围为
0~0.8 MPa。
[0014]所述空气导流盒沿所述隧道环向分成若干段
。
[0015]如上所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置的制作方法，包括以下步骤：
①
制作隧道模型箱：
a 分别裁切厚度为
3~5 cm
的5块有机玻璃板作隧道模型箱的侧板
、
挡板和底板，其中所述侧板两块；所述挡板两块，所述底板一块；所述侧板的长度为
6~8m、
宽度为
1.2~1.5m
；所述挡板的长度为
2.5~3.0m
，其宽度与所述挡板的宽度相同；所述底板的长度与所述侧板的长度相同，其宽度与所述挡板的长度相同；
b 将裁切好的两块所述侧板的长边分别用胶水粘接到所述底板的两条长边的边缘处，将两块所述挡板的长边分别粘接到所述底板的两条短边上，形成长度为
6~8m
，宽度为
2.5~3.0m
，高度为
1.2~1.5m
的长方体；
c 分别裁切厚度为
8~10 cm
的聚苯乙烯泡沫板6块作为泡沫隔热板，其中两块的长度为所述侧板的长度减去2倍有机玻璃板的厚度，宽度为所述侧板的宽度减去有机玻璃板的厚度；另外两块的长度与所述挡板的长度相同，宽度为所述侧板的宽度减去有机玻璃板的厚度；最后两块的尺寸与所述侧板和所述挡板围成结构的底面尺寸相同；
d 将尺寸与所述侧板和所述挡板围成结构的底面尺寸相同的一块所述泡沫隔热板粘贴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：该装置包括控温箱（1）
、
隧道模型箱（2）
、
热风幕系统（3）和数据采集系统（5）；所述隧道模型箱（2）包括置于所述控温箱（1）内的箱体（7）；所述箱体（7）内设有贯通隧道（9），并装填有土体（8）；所述隧道（9）的出口处设有与控制开关（
27
）相连的射流风机（
23
），该控制开关（
27
）和射流风机（
23
）均安装在所述控温箱（1）内；沿所述隧道（9）的轴向等间距布设温度监测断面，在每个温度监测断面的拱顶，左
、
右拱腰和左
、
右拱脚处沿所述隧道（9）径向在所述土体（8）内等间距布设数个所述温度传感器（4）；数个所述温度传感器（4）通过数据采集线（
13
）与所述数据采集系统（5）连接；沿所述隧道（9）的轴向在拱顶和左
、
右拱腰等间距预留挂钩（
14
），每个挂钩（
14
）上安装有轨道（
15
）；所述轨道（
15
）上设有环向支架（
18
）；所述热风幕系统（3）包括控温型空气压缩机（
10
）
、
导气管（
11
）和空气导流盒（
12
）；所述空气导流盒（
12
）均布在所述环向支架（
18
）上，且所述空气导流盒（
12
）背向所述隧道（9）的面均匀布设有3个进气孔（
21
），面向所述隧道（9）的面均匀布满排气小孔（
22
）；每个所述进气孔（
21
）的一端连接有所述导气管（
11
），该导气管（
11
）的另一端连接在所述控温型空气压缩机（
10
）上
。2.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述控温箱（1）的温度调节范围为
‑
30 ℃~20 ℃。3.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述箱体（7）为长方体，包括有机玻璃板制成的侧板（
24
）
、
挡板（
25
）和底板（
26
）；所述底板（
26
）上沿长度方向对称设有一对所述侧板（
24
），沿宽度方向对称设有一对挡板（
25
），该挡板（
25
）上对称设有所述隧道（9）安装口；所述侧板（
24
）
、
挡板（
25
）和底板（
26
）的内侧粘接有泡沫隔热板（6）
。4.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述隧道（9）由混凝土浇筑而成，截面形状为环形，长度与所述隧道模型箱（2）长度相同，内半径为
15~20cm
，环形厚度为
2~3 cm。5.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述空气导流盒（
12
）是材质为塑料盒，其长度和宽度与所述环向支架（
18
）内空格的尺寸相同，其厚度与所述环向支架（
18
）内空格的宽度相同
。6.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述导气管（
11
）内径与所述进气孔（
21
）相同，材质为耐压强度是
0.8 MPa
的塑料软管
。7.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述控温型空气压缩机（
10
）输出空气温度的调节范围为
10 ℃~80 ℃
，空气压力的调节范围为
0~0.8 MPa。8.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置，其特征在于：所述空气导流盒（
12
）沿所述隧道（9）环向分成若干段
。9.
如权利要求1所述的一种模拟寒区隧道热风幕的模型试验装置的制作方法，包括以下步骤：
①
制作隧道模型箱（2）：
a 分别裁切厚度为
3~5 cm
的5块有机玻璃板作隧道模型箱（2）的侧板（
24
）
、
挡板（
25
）和底板（
26
），其中所述侧板（
24
）两块；所述挡板（
25
）两块，所述底板（
26
）一块；所述侧板（
24
）的长度为
6~8m、
宽度为
1.2~1.5m
；所述挡板（
25
）的长度为
2.5~3.0m
，其宽度与所述挡板（
25
）
的宽度相同；所述底板（
26
）的长度与所述侧板（
24
）的长度相同，其宽度与所述挡板（
25
）的长度相同；
b 将裁切好的两块所述侧板（
24
）的长边分别用胶水粘接到所述底板（
26
）的两条长边的边缘处，将两块所述挡板（
25
）的长边分别粘接到所述底板（
26
）的两条短边上，形成长度为
6~8m
，宽度为
2.5~3.0m
，高度为
1.2~1.5m
的长方体；
c 分别裁切厚度为
8~10 cm
的聚苯乙烯泡沫板6块作为泡沫隔热板（6），其中两块的长度为所述侧板（
24
）的长度减去2倍有机玻璃板的厚度，宽度为所述侧板（
24
）的宽度减去有机玻璃板的厚度；另外两块的长度与所述挡板（
25
）的长度相同，宽度为所述侧板（
24
）的宽度减去有机玻璃板的厚度；最后两块的尺寸与所述侧板（
24
）和所述挡板（
25
）围成结构的底面尺寸相同；
d 将尺寸与所述侧板（
24
）和所述挡板（
25
）围成结构的底面尺寸相同的一块所述泡沫隔热板（6）粘贴于所述底板（
26
）内表面；将长度为所述侧板（
24
）长度减去2倍有机玻璃板厚度的两块所述泡沫隔热板（6）粘贴于所述侧板（
24
）内表面；将长度与所述挡板（
25
）长度相同的两块所述泡沫隔热板（6）粘贴于所述挡板（
25
）内表面，最终形成所述隧道模型箱（2）；
②
制作隧道（9）：制作衬砌结构模具，采用混凝土浇筑长度与隧道模型箱（2）长度相同，截面形状为环形，内半径为
15~20 cm
，环形厚度为
2~3 cm
的所述隧道（9），待混凝土强度达到
80%
以上，拆除模具，即制成所述隧道（9），沿所述隧道（9）轴向，在拱顶和左
、
右拱腰间隔
20~50 cm
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马勤国，罗晓晓，洪开荣，赵希望，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司中铁隧道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：