[发明专利]一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统

说明书

一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统，包括换热系统和供热系统，在隧中横通道内径向辐射状钻孔埋设地埋换热管，所述地埋换热管的进出口及进水管、集热管设在初衬后，形成全断面的埋管取热系统；所述进水管连接所述地埋换热管的进口，所述地埋换热管的出口则接入所述集热管，所述集热管汇集各组换热管的热水后接入热泵，热泵将热水送入供热总管，所述供热总管接入隧道洞口低温段设于环向和纵向排水系统内部的供热支管，供热完成的水汇入回水总管中，进入下一次与地埋管换热和加热排水系统的循环。本发明可靠性较高，适用性较强，节能环保效益突出。

技术领域

本发明属于隧道防排水技术领域，特别涉及一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统。

背景技术

寒区隧道冻害屡见不鲜，如积冰、挂冰、衬砌冻融损伤等，严重威胁隧道安全。对于一般隧道，单纯渗漏水病害的治理实际上有多种措施，而渗漏水在低温环境下的冻结冻胀才是威胁寒区隧道安全的主因。寒区隧道的排水体系常为环向排水管-纵向排水盲管-横向排水管-中央排水管。环向排水管是隧道上部围岩含水的下排通道之一，当环向排水管间距较大时渗水主要沿防水板与喷混凝土之间的空隙下排至纵向排水管，这两部分组成的隧道环向排水是隧道排水系统的起点，若此处排水受阻，整个系统也将失去作用。工程师和学者们较多的研究了隧道纵向排水的保温防冻问题，如根据不同温度设置双侧保温水沟、深埋中心水沟和防寒泄水洞等，但对环向排水的防冻保护却少有对策。施工缝、沉降缝等处是隧道衬砌防水的薄弱部位，常用措施是设置橡胶止水带和膨胀止水条。但由于施工不规范及材料腐蚀老化等因素，三缝处的渗漏水仍可能发生。带注浆管的膨胀止水条可以在发现施工缝或沉降缝渗漏水后通过注浆管进行注浆，从而堵塞渗漏水通道，但在寒区隧道中，渗漏水被冻结在三缝处的漏水通道中，只有在暖季冰融化后才会有水出漏的痕迹，但此时三缝处已遭渗水的结冰冻胀作用，衬砌可能受损，接缝进一步损伤，止水条的注浆孔可能遭阻塞破坏，后续注浆堵漏的效果也会受到影响。

寒区隧道防排水系统包括被动保温与主动加热两种方法。被动保温即铺设保温层，尽管在研究保温层的材料和施工方法上有较多的研究成果，如采用导热率很小的聚氨酯泡沫和双层铺设等较优的工法，但限于保温层被动隔热的方法，难以彻底消除冻害，对极低温环境下隧道的防排水系统防冻的适用性较差。隧道防排水系统主动加热方法包括蒸汽加热法、电加热法和地源热泵法等。蒸汽法通过暖通管道输送蒸汽，从而防止渗水冻结，蒸汽法的工程量庞大，运行成本高，且蒸汽系统的设备和管道易腐蚀；电加热法通过在隧道衬砌表面敷设电伴热带，通电发热来防止水冻结。电伴热加热技术对电热器件及相应配套设施要求较高，前期资金投入大，伴热系统工作过程中需全程监测控制，后期运营维护费用高，且电伴热具有升温慢、降温快、耗电量多、热量损失大的特点，使用年限较短，仍有很大的应用局限性。隧道中部由于埋深较大，往往存储着较大的地热资源，将这部分热源通过热泵的手段使用到隧道防排水系统的加热保温上来，节能环保，是非常有益的措施。有学者提出将换热管铺设于隧中初衬表面与围岩换热，供热管铺设于隧道洞口段加热放排水系统的方法。这种换热方式仅能交换表层围岩的热量，换热量少，故需提供热泵较多能量补充，且供热过程实际是加热隧道衬砌，并不直接作用于防排水系统，因而效率较低，并没有达到利用地温能节能的初衷。

因此需要一种能有效利用地温的，对寒区隧道防排水系统受冻段全面加热保温的，节能的寒区隧道防排水地埋管加热保温系统。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统，可靠性较高，适用性较强，节能环保效益突出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：