一种公路隧道智能主动保温排水系统的制作方法

1.本实用新型涉及寒区公路隧道排水系统保温防冻技术领域，具体涉及到一种公路隧道智能主动保温排水系统。


背景技术：

2.全球陆地总面积有1/4被冻土覆盖着，中国作为世界上冻土面积第三多的国家，多年冻土面积约为2.15
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106km2，多分布在中国东北、西北地区，其中大部分地区月平均气温最小值低于-20℃。在冻土地区建设公路隧道对隧道的排水系统要求极高。现有的一些寒区公路隧道建设经验表明，隧道内积水排出不及时，会造成隧道混凝土衬砌开裂及冻胀破坏、隧道穿堂风病害、局部冰丘及冰椎、壁面结霜和结露等病害。
3.针对以上病害，现行的隧道防排水设计主要有以下措施，这些措施有着自身的优势与劣势。其中最常用的是将中心排水沟，墙脚纵向排水管深埋至最大冻结线以下，如此可使其不收冻结影响。这种方案防冻措施可靠，缺点在于造成了一定工程实体的浪费并施工工序较为繁琐，具体表现为，纵向排水管与中心排水管深埋后爆破量增加且后期需要进行混凝土等材料回填，费用较高，隧道两侧边墙墙脚和横向排水管施工难度较大，中心排水沟爆破施工次数较多，会造成一定范围的超挖，同时会造成底板基岩的扰动增长施工循环周期，隧道工期延长等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种寒区公路隧道智能主动保温排水系统，通过电热带主洞供热保障了寒区公路隧道排水系统冬季通畅，避免冻害发生，并通过温控系统实现最大的节能效果。
5.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
6.一种公路隧道智能主动保温排水系统，包括排水装置和加热装置；
7.所述排水装置包括设置在隧道最大冻结线以上的中心排水沟、纵向排水暗管和横向排水管，中心排水沟和纵向排水暗管沿隧道的纵向排布，中心排水沟位于隧道的横向中心，两个纵向排水暗管位于中心排水沟的两侧，纵向排水暗管通过横向排水管与中心排水沟连通；
8.所述加热装置包括控制单元，以及与其连接的电伴热带和温度传感器；
9.所述电伴热带并沿轴向铺设在中心排水沟和纵向排水暗管中，温度传感器用于监测中心排水沟和纵向排水暗管的内部温度，控制单元根据接收的温度参数输出电伴热带的动作信号。
10.优选的，所述横向排水管倾斜设置，并且横向排水管的下端通过弯头与中心排水沟连接。
11.优选的，所述纵向排水暗管位于隧道两侧的边墙墙脚。
12.优选的，所述中心排水沟、纵向排水暗管和横向排水管的下方设置有混凝土基座。
13.优选的，所述中心排水沟、纵向排水暗管和横向排水管的周围设置有保温装置。
14.优选的，所述保温装置为设置在中心排水沟、纵向排水暗管的上方，以及横向排水管四周的珍珠岩保温层。
15.优选的，所述电伴热带铺设在中心排水沟、纵向排水暗管的内底部，温度传感器设置在中心排水沟、纵向排水暗管的内顶部。
16.优选的，所述温度传感器通过变送器与控制单元连接。
17.优选的，所述控制单元通过智能型温控器与电伴热带连接。
18.优选的，所述控制单元通过rs485接口与隧道管理系统连接。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
20.本实用新型提供的一种公路隧道智能主动保温排水系统，将纵向排水暗管、中心排水沟、横向排水管上抬至最大冻结线以上，并在纵向排水暗管和中心排水沟中设置加热装置，对排水管道内部进行加热，能够满足不同冻土深度与不同纵向排水管埋深组合下的隧道排水系统防冻热量需求，解决寒区公路隧道排水系统深埋下的施工繁琐问题与工程浪费问题，同时，对中心排水沟和纵向排水暗管的温度实时监控，通过控制单元控制电伴热带的工作状态，对中心排水沟和纵向排水暗管进行温控防止其冻结，适用于寒区公路隧道有仰拱及无仰拱段落，能有效抵抗寒区公路隧道因排水系统冻结堵塞而造成的病害。
21.进一步，采用珍珠岩保温层作为排水管的被动保温层，对管道的起到隔温作用，避免底层温度穿导至排水管中，也避免了排水管中的温度流失。
22.进一步，通过温度传感器测量管道内温度，然后转换为电信号发送控制单元，控制单元将接收的信号发送给隧道管理平台，使隧道管理人员能够实时了解隧道的温度，以便于隧道的管理维护。
附图说明
23.图1为本实用新型排水系统结构示意图；
24.图2为本实用新型横向排水管结构示意图；
25.图3为本实用新型纵向排水沟结构示意图；
26.图4为本实用新型中心排水沟结构示意图；
27.图5为本实用新型连接弯头结构示意图；
28.图6为本实用新型常规方案对比示意图；
29.图7为本实用新型智能保温系统作用原理示意图。
30.图中：1-中心排水沟，2-纵向排水暗管，3-横向排水管，4-电缆，5-配电控制箱，6-珍珠岩保温层，7-串联恒功率电伴热带，8-防水卷材，9-混凝土基座，10-温度传感器，11-温度变送器，12-无纺布，13-弯管，14-接头， 15-智能型温控器，16-控制单元。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
32.参阅图1-7，一种公路隧道智能主动保温排水系统，包括排水装置、保温装置和加热装置。
33.上述排水装置包括设置在隧道最大冻结线以上的中心排水沟1、纵向排水暗管2和横向排水管3，中心排水沟1和纵向排水暗管2沿隧道的纵向排布，中心排水沟1位于隧道的横向中心，纵向排水暗管2位于隧道两侧的边墙墙脚，纵向排水暗管2通过横向排水管3与中心排水沟1连通，并且中心排水沟1的高度低于纵向排水暗管2的高度。
34.横向排水管3倾斜设置，使纵向排水暗管2中的水能够自流动至中心排水沟1中，横向排水管3的出口通过弯管13与中心排水沟1连通，保证横向排水管3敷设位置自由，同时保证纵向排水暗管2与中心排水沟1的高度落差。
35.优选的，弯管13的两端通过接头14分别与中心排水沟1和横向排水管 3连接。
36.中心排水沟、纵向排水暗管2和横向排水管3的下方设置有c15混凝土基座9，对中心排水沟、纵向排水暗管2和横向排水管3起到承托作用。
37.中心排水沟、纵向排水暗管2和横向排水管3均设置有保温装置，保温装置为设置珍珠岩保温层6，珍珠岩保温层敷设在中心排水沟1、纵向排水暗管2的上方，以及横向排水管3四周。
38.中心排水沟1的珍珠岩保温层的顶面铺设有无纺布12，纵向排水暗管2 的珍珠岩保温层的周围铺设有防水卷材8。
39.中心排水沟1所用的材料是dn600钢管，φ160hdpe纵向排水暗管的材料是dn100钢管。
40.纵向排水暗管2和中心排水沟1均设置加热装置，用于隧道两侧纵向排水暗管和中心排水沟1防冻，加热装置为电伴热系统。
41.电伴热系统包括电缆、配电控制箱5、串联恒功率电伴热带7、温度传感器10、温度变送器11、智能型温控器15和控制单元16。
42.串联恒功率电伴热带7沿纵向排水暗管2和中心排水沟1的轴向铺设，并位于纵向排水暗管2和中心排水沟1的内底部，纵向排水暗管2和中心排水沟1的的内顶面均设置有温度传感器10，温度传感器10与温度变送器11 连接，温度变送器11与控制单元16连接，控制单元16与智能型温控器15 连接，智能型温控器15通过配电控制箱与串联恒功率电伴热带7连接，串联恒功率电伴热带7通过电缆4与配电控制箱连接。
43.智能型温控器15和控制单元16均设置在配电控制箱中，串联恒功率电伴热带供电电压ac220，通过智能型温控器进行温度控制，配电控制箱安装于中心排水沟检查井，主体施工时做相应的预留预埋。
44.优选的，温度传感器安装在检査井所在里程的中心排水沟口往里0.8m 处，温度传感器设置于管道内顶部。
45.根据隧道排水系统埋置深度、排水设施设计直径对串联恒功率电伴热带功率进行选择，期间综合考虑主体工程经济性及建设方的要求，在保证排水设施在正常使用的情况下做到节能减排。
46.纵向排水暗管中每米串联恒功率电伴热带的功率为50w/m，采用输出功率( 10℃)25w/m的串联恒功率电伴热带两根并行敷设。
47.中心排水沟内中每米串联恒功率电伴热带的功率为90w/m，采用输出功率( 10℃)45w/m的串联恒功率电伴热带两根并行敷设。
48.寒区公路隧道智能主动保温排水系统在本实施例具体工作过程如下：
49.如图7所示，按照如上说明将智能主动保温排水系统设计施工好后，随着寒气的侵入，排水管道中温度低于1℃时，温度传感器测得排水管道内的温度，温度变送器将温度信号转变为电信号传输控制单元16，控制单元16 将电信号发送给智能型温控器15，同时通过rs485接口上传隧道管理型站，实现对现场温度的实时监测。
50.智能型温控器接收信号并进行判断，开启串联恒功率电伴热带，对排水设施管道进行加热，当管道内温度超过5℃时，通过同样的方式将电信号传递给智能型温控器进行判断，关闭串联恒功率电伴热带。
51.常规的方案中，隧道排水系统中的纵向排水暗管、中心排水沟、横向排水管将其深埋在最大冻结线以下，该设计隧道两侧边墙墙脚和横向排水管施工难度较大，中心排水沟爆破施工次数较多，会造成一定范围的超挖，同时会造成底板基岩的扰动增长施工循环周期。
52.本实用新型将纵向排水暗管、中心排水沟、横向排水管上抬至最大冻结线以上，并配置电伴热系统，对排水管道内部进行加热，能够满足不同冻土深度与不同纵向排水管埋深组合下的隧道排水系统防冻热量需求，解决寒区公路隧道排水系统深埋下的施工繁琐问题与工程浪费问题。同时采用珍珠岩保温层作为排水管的被动保温层。纵向排水管与中心排水沟中的发热装置采用串联恒功率电伴热带，随温度升高功率降低；通过智能型温控器，控制串联恒功率电伴热带的工作状态，节能减排，环保高效。系统带有智能控制单元将信号传输至隧道管理处，实时反映排水系统工作信息。整个系统调节灵活，信息反馈及时有效，适用于寒区公路隧道有仰拱及无仰拱段落，能有效抵抗寒区公路隧道因排水系统冻结堵塞而造成的病害。
53.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。