[发明专利]一种高寒地区隧道防寒抗冻系统

说明书

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种高寒地区隧道防寒抗冻系统。该隧道防寒抗冻系统包括风扇，所述风扇设置于隧道中；发电机，所述发电机与所述风扇相连；抗冻层，所述抗冻层设置于所述隧道的初期支护与二次衬砌之间，或设置于所述二次衬砌靠近与所述隧道中心的一侧；电热元件，所述电热元件与所述发电机电连接，所述电热元件设置于所述隧道的排水系统中和/或抗冻层中。该隧道防寒抗冻方法和热能计算方法基于上述的系统。本发明利用隧道中产生的风能这一清洁能源，不需要人工额外施加能源，在避免发生冻害的同时，还具有节能、无污染、工作频次高的优点。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，特别是一种高寒地区隧道防寒抗冻系统。

背景技术

高寒地区隧道工程往往会面临冻害问题，冻害对隧道工程的修建和运营都会产生严重的不良影响。长期的冻融循环易造成洞口热融滑塌威胁洞口安全，同时也逐年加剧冻胀的力度。寒区隧道洞口段二次衬砌容易产生各类与冻融相关的裂缝，直接影响到结构的自防水性，成为结构漏水、挂冰的主要部位，混凝土结构开裂后更易掉块，威胁行车安全。隧道的排水系统主要由侧沟、中心深埋水沟以及防寒泄水洞组成，由于没有设置保温措施或保温措施设置不合理引起排水系统冻结，进而诱发更为严重的冻害。

目前的现有技术中，隧道抗冻措施主要有防排水法、隔热保温法和加热法等，也可以采用上述几种方法的组合。

其中，防排水法及隔热保温法属于被动抗冻方法，应用较多且效果较好、技术相对成熟。

加热法属主动抗冻方法，该方法能耗大，要求具有一定的前提条件，目前仍处于试验研究阶段。

洞口设置保温门和防寒遮挡设施，可以阻挡外部环境空气流入洞中，有效防止洞内温度受洞外空气的影响而变化，从而减少洞内冻害的发生。在洞口设置保温门等措施施工成本较低，高寒隧道广泛采用这种保温方法，保温效果显著，但是缺点是可能影响往来车辆的正常通行，不适宜在交通量大的隧道设置。

隧道衬砌和防水层之间设置电热带来供热，可有效提升洞内温度，达到隧道防寒保温的目的。该技术的成本比较高，运营费用也很大。主要采用太阳能和地热等新能源技术为加热和保温提供热源。该能源不易获取，不能持续稳定的保证能量供应。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种高寒地区隧道防寒抗冻系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种高寒地区隧道防寒抗冻系统，包括：

风扇，所述风扇设置于隧道中；

发电机，所述发电机与所述风扇相连；

抗冻层，所述抗冻层设置于所述隧道的初期支护与二次衬砌之间，或设置于所述二次衬砌靠近与所述隧道中心的一侧；

电热元件，所述电热元件与所述发电机电连接，所述电热元件设置于所述隧道的排水系统中和/或抗冻层中。

列车在行驶过程中，由于受隧道内空间限制，列车前方所推挤的空气不能全部绕流到列车后方，其受挤压而压力上升；被推挤的空气一部分被列车向前推动，排出到隧道出口，另一部分则通过列车与隧道壁间的空间绕流到列车后方。列车越长，列车与隧道壁间的空间越长，在其中流动的空气所受的阻力越大。列车前方推挤空气所受的压力越大，列车尾部空气的负压值也越大。列车尾部存在的负压涡旋区域会使隧道外空气从隧道入口被引入隧道内。由此形成活塞风。大型车辆或者高速列车的行驶速度超过80km/h时，隧道内产生的高速活塞风风速可接近10m/s，若列车的行驶速度超过160km/h时，高速活塞风的风速可达前者的几倍。