一种寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法.pdf

本发明公开了一种寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，采用热气和电能两种能源形式对施工缝处的排水通道进行小范围供热排水，热气和电能单独使用或组合使用。该方法在可排水止水带的基础上，通过设置双源供热管，采用热空气和电能两种能源对隧道施工缝进行小范围、分区段、分时段供热解冻，防止施工缝处排水通道冻结堵塞，实现有效排水，从而避免寒区隧道施工缝出现冻害。

1、  一种寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，其特征在于：采用热气和电能两种能源形式对施工缝处的排水通道进行小范围供热排水，热气和电能单独使用或组合使用。

2、  根据权利要求1所述的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，其特征在于：将双源供热管设置于背贴式可排水止水带和中埋式可排水止水带的排水通道的背水面，双源供热管是梯形、矩形或圆形的橡胶或聚氯乙烯软管，双源供热管中间的空腔供热气通过，从而对排水通道进行供热，同时，双源供热管内穿入电热带，连通电源后发热，能对排水通道进行供热。

3、  根据权利要求1所述的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，其特征在于：将隧道横断面划分为左拱脚加热区段、拱圈加热区段和右拱脚加热区段，通过供热控制系统的控制指令，实现只对左拱脚加热区段和右拱脚加热区段供热，或对整个横断面加热；自隧道洞口开始，每3～5个衬砌循环划分为1个加热区段，通过供热控制系统的控制指令，控制每个区段供热系统的开启和关闭。

4、  根据权利要求1所述的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，其特征在于：根据实时监测不同区段拱顶、拱腰和拱脚处衬砌表面的温度，决定相应区段供热系统的运行工况。

一种寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法
技术领域
本发明涉及一种用于寒冷地区的地下工程，特别是交通隧道的施工缝处的双源供热排水防冻方法。
背景技术
在隧道与地下工程中，由于防水板在铺设和运营过程中常出现破损，导致地下水进入防水板和二次衬砌之间，并通过二次衬砌结构的薄弱环节渗出，如施工缝、伸缩缝和沉降缝(简称三缝)，以及混凝土的裂缝和不密实部位，其中在三缝处的渗漏占80％以上。在寒冷地区，当隧道内气温低于零度时，渗漏部位就会出现冻结引起各种的冻害。
防水和保温是目前防止寒区隧道冻害的主要方法。隧道与地下工程三缝防水常用方法有设置中埋式止水带、中埋式止水条和背贴式止水带等。为了做到无压止水，随着研究的深入，目前工程中逐步推广各种类型的可排水止水带，如中埋式可排水止水带、背贴式可排水止水带等。可排水止水带的特点是在止水带的中部设有与隧道排水系统相通的排水通道，可快速排泄渗水，防止渗水从衬砌表面渗出。但是，在寒区隧道，这些排水通道仍存在冰冻堵塞的问题。目前隧道多采用设置保温层防止隧道冻害。采用保温层防冻存在的问题是：(1)在保温层的作用下，隧道防排水体系必然后冻后融，导致春融期隧道拱脚排水系统堵塞，引起拱圈大面积渗漏；(2)保温层造价很高，施工质量要求很高，稍有不慎，即可能导致保温层局部失效，并在冻融循环作用下迅速扩大，导致全部失效；(3)保温层耐久性不理想，运营养护成本很高。
总的来说，供热防冻是解决寒区隧道冻害的根本方法。国内外曾有采用暖气在隧道内全面供暖的报道。这种全面供暖方法，一方面仅适用于靠近市区具备供暖条件的隧道，另一方面，由于隧道断面大，空气不断流动，全面供暖能耗极高。而实际上，隧道防冻只需保证隧道排水系统下游比上游后冻结先融化即可。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止排水通道冻结堵塞，实现有效排水，以较低的能耗避免寒区隧道施工缝出现冻害的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，采用热气和电能两种能源形式对施工缝处的排水通道进行小范围供热排水，热气和电能单独使用或组合使用。
将双源供热管设置于背贴式可排水止水带和中埋式可排水止水带的排水通道的背水面，双源供热管是梯形、矩形或圆形的橡胶或聚氯乙烯软管，双源供热管中间的空腔供热气通过，从而对排水通道进行供热。同时，双源供热管内穿入电热带，连通电源后发热，能对排水通道进行供热。
将隧道横断面划分为左拱脚加热区段、拱圈加热区段和右拱脚加热区段，通过供热控制系统的控制指令，实现只对左拱脚加热区段和右拱脚加热区段供热，或对整个横断面加热。控制的要求是保证隧道拱脚和边墙处排水通道比拱圈处排水通道后冻结先融解。在冻结期或春融期，拱脚部分进入负温而拱圈仍为正温时，可以只对两侧边墙加热区段进行加热。当隧道全断面都为负温时，可以对整个横断面进行加热。
自隧道洞口开始，每3～5个衬砌循环划分为1个加热区段，通过供热控制系统的控制指令，控制每个区段供热系统的开启和关闭。每个区段设置有温度传感器用以采集拱顶、拱腰和拱脚的温度，并设有程控继电器，通过程序控制电热带的开启和关闭。
根据实时监测不同区段拱顶、拱腰和拱脚处衬砌表面的温度，通过单片机的判断，决定相应区段供热系统的运行工况。
采用上述技术方案的寒区隧道施工缝双源供热排水防冻方法，采用热气和电能两种能源形式对施工缝处的排水通道进行小范围供热排水，以达到寒区隧道防冻目的，热气和电能可以单独使用，也可组合使用。热气可直接来源于隧道中间段的暖空气，也可以在围岩或地下通过循环系统获取地热来生成。电能可直接由隧道供配电系统获得。本发明采用热空气和电能两种能源对隧道施工缝进行小范围、分区段、分时段供热解冻，防止施工缝处排水通道冻结堵塞，实现有效排水，从而避免寒区隧道施工缝出现冻害。
本发明的优点在于：通过对施工缝处可排水止水带的排水通道附近的小区域进行加热，保证排水通道在冻结期和春融期的通畅，加热时间短，加热范围小，可以显著降低能耗；以隧道中部的暖空气和围岩地热形成热空气为主要热源，经济环保，辅以分区段分时段电能加热，确保效果，便于控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是安装梯形双源供热管的背贴式可排水止水带示意图；
图2是安装矩形双源供热管的背贴式可排水止水带示意图；
图3是背贴式可排水止水带安装后浇筑前一模衬砌混凝土的示意图；
图4是前一模衬砌混凝土拆模后安装双源供热管的示意图；
图5是浇注后一模衬砌混凝土时双源供热型背贴式可排水止水带的状态示意图；
图6是隧道横断面上双源供热区段划分及控制示意图；
图7是隧道纵断面上双源供热区段划分及控制示意图。
图中：1-带状基体，2-排水通道，3-隔水凸肋，4-止浆滤水带，5-检测槽，6-双源供热管，7-空腔，8-电热带，9-围岩，10-初期支护，11-防水板，12-挡头模板，13-衬砌模板台车，14-前一模衬砌混凝土，15-后一模衬砌混凝土，16-施工缝，17-继电器，18-左拱脚加热区段，19-拱圈加热区段，20-右拱脚加热区段，21-热流体供热管。
具体实施方式
参见图1和图2所示，双源供热型背贴式可排水止水带的主体结构为带状基体1，带状基体1、排水通道2、隔水凸肋3、止浆滤水带4、检测槽5共同构成普通的背贴式可排水止水带。在两个排水通道2的背水面中间凹槽内，设有双源供热管6。双源供热管6可以为梯形、矩形或圆形，可采用聚氯乙烯、橡胶等高分子材料制成。双源供热管6内有空腔7，可供热流体通过，从而对排水通道2进行加热，防止其冻结堵塞；空腔7内穿有电热带8，可采用电能供热，也能对排水通道2进行加热。
图3～图5为本发明的施工状态图。在隧道与地下工程中，浇注施工缝16的前一模衬砌混凝土14时，先在对应施工缝16位置处的防水板11上冷粘安装止水带带状基体1，将衬砌模板台车13定位，并将挡头模板12卡在两个排水通道2之间的凹槽内，即可浇筑混凝土。待前一模衬砌混凝土14达到强度后即可拆模，在两个排水通道2之间的凹槽内安装双源供热管6，预留供热接头和电路接头后，即可安装后一模衬砌混凝土15的模板，浇筑后一模衬砌混凝土15，并形成施工缝16。
图6和图7为本发明的双源供热模式示意图。在环形的施工缝16处，设有环形的双源供热管6。双源供热管6内的空腔7为一个整体，在两侧拱脚处与热流体供热管21连接，通过热流体进行供热。空腔7内的电热带8分为三段：左拱脚加热区段18、拱圈加热区段19和右拱脚加热区段20。通过供热控制系统的控制指令，实现只对左拱脚加热区段18和右拱脚加热区段20供热，或对整个横断面加热。控制的要求是保证隧道拱脚和边墙处排水通道比拱圈处排水通道后冻结先融解。在冻结期或春融期，拱脚部分进入负温而拱圈仍为正温时，可以只对两侧边墙加热区段进行加热。当隧道全断面都为负温时，可以对整个横断面进行加热。
自隧道洞口开始，每3～5个衬砌循环划分为1个加热区段，通过供热控制系统的控制指令，控制每个区段供热系统的开启和关闭。每个区段设置有温度传感器用以采集拱顶、拱腰和拱脚的温度，并设有程控继电器17，通过程序控制电热带的开启和关闭。
根据实时监测不同区段拱顶、拱腰和拱脚处衬砌表面的温度，通过单片机的判断，决定相应区段供热系统的运行工况。