用于隧道洞口功能性结构的制作方法

本发明涉及铁路、公路隧道施工领域，特别是一种具有保温、提示、调节视觉和装饰功能的用于隧道洞口功能性结构。

背景技术：

随着高速公路的发展，开始向北部高寒地区延伸，高寒地区隧道工程开始逐年增多，隧道保温是北方高寒地区隧道施工的重中之重。昼夜温差变化较大，使隧道口的混凝土衬砌表面容易出现裂缝，从而造成安全隐患，而且外形也不美观。在高寒地区隧道工程中电力供应较为困难，在从隧道内出来的过程中，驾驶员容易因为隧道内外光线的急剧变化而发生“闪盲”现象，容易发生安全事故。中国专利文献cn206429255u记载了一种寒区隧道洞口段保温防冻系统，通过设置发热电缆来提高隧道的温度，仅冬季开启或冬季限时开启，保证洞周围岩渗水不冻结，进而降低运营期隧道养护成本，保证运营安全。但是该方案在供电较为困难的地区不适用，而且施工和运营成本也较高。cn205013018u记载了一种高寒地区隧道洞口段防水保温层施工结构，采用了土工布、防水板、保温板和支架的机构，实现混凝土的保温，但是该方案施工工序较为繁琐，施工效率低，成本高。cn209799991u记载了一种新型寒区隧道洞口前端防寒门保温系统，通过光伏方阵发电组提供的能量调节水温，从而调节隧道内气温，达到保温效果。但是在实际应用中，光伏发电的效率较低，通常仅有8%~11%，实验室内目前已知的资料也仅有17%，发电效率较低，要实现能够调节隧道内气温的程度，需要非常多的光伏方阵发电组，造成施工成本过高，并不实用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于隧道洞口功能性结构，能够在实现保温抗裂功能的基础上，简化隧道洞口的保温结构，便于施工和安装。进一步优选的，能够进一步提高保温和温度平衡的效果，在不耗能甚至低耗能的基础上，能够提示驾驶员即将到达隧道出口，并且能够辅助刺激驾驶员的眼睛瞳孔收缩，以使驾驶员能够适应出口外的亮度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于隧道洞口功能性结构，在隧道的洞口段设有面板结构，所述的面板结构的面板层将洞口段的外壁包覆，并且面板层与洞口段的混凝土衬砌表面之间形成空腔结构，所述的空腔结构与内洞段连通。

优选的方案中，在混凝土衬砌表面固设有多个沿隧道纵向的纵向管，在纵向管之间设有环向管；

所述的环向管与混凝土衬砌表面之间设有过流空隙；

在纵向管和环向管上固设有面板层。

优选的方案中，所述的纵向管与固定角钢固定连接，固定角钢通过膨胀螺栓与混凝土衬砌表面连接；

环向管与固定角钢固定连接，固定角钢通过膨胀螺栓与混凝土衬砌表面连接；环向管的厚度小于纵向管的厚度，且环向管与面板层连接的一面与纵向管平齐，以使环向管与混凝土衬砌表面之间留有过流空隙；

环向管与纵向管焊接连接。

优选的方案中，所述的面板层为铝塑板、装饰塑料板或金属板。

优选的方案中，在洞口段外侧顶部的面板结构内设有太阳能热管，太阳能热管通过循环管路与位于内洞段的换热储水箱连通；

换热储水箱与面板结构的纵向管和环向管中的一组或多组管路连通。

优选的方案中，换热储水箱的外壁还设有换热翅片，以和内洞段的空气进行换热。

优选的方案中，换热储水箱还与风机冷却夹套连通，以通过风机冷却夹套内的冷却水交换热量。

优选的方案中，换热储水箱与风机冷却夹套通过双路管路连通，在至少一路管路上设有电磁阀，电磁阀由蓄电池或太阳能电池板供电；

在换热储水箱和风机冷却夹套中的至少一个设有温度传感器；

以根据温度切换电磁阀的通断状态。

优选的方案中，在隧道的洞口段和内洞段接近洞口的位置设有多个连续布置的反光环，反光环为环状结构，在远离洞口的一面设有大致垂直于隧道轴线的反光面，所述的反光面上设有反光漆、反光膜或反光涂层。

优选的方案中，在洞口段外侧顶部设有太阳能电池板，太阳能电池板通过线路与led灯带电连接；

led灯带位于反光环远离洞口的一侧，以使led灯带的光线能够被直射或反射到驾驶员的眼睛；

还设有用于控制led灯带启闭的传感器，所述的传感器包括振动传感器、声音传感器、红外传感器和光电传感器中的一种或多种的组合。

本发明提供的一种用于隧道洞口功能性结构，通过采用纵向管、环向管和面板层的结构，能够在混凝土衬砌表面形成一层空腔结构，该空腔结构能够避免混凝土衬砌表面被风直吹，并能够利用空腔结构形成温度缓冲，从而减少混凝土衬砌结构的温度梯度变化，保护混凝土衬砌表面。发明人发现，在隧道的内洞段和洞口段温度能够相差达到20℃以上，通过将空腔结构与内洞段连通，从而能够将内洞段较高温度的气流引入到空腔结构内，起到升温保护的效果。进一步优选的，通过设置在洞口段的太阳能热管，能够白天通过太阳能将液体介质加热，并储存在位于内洞段的换热储水箱内，而在夜晚则能够通过换热储水箱内的液体介质，减少混凝土衬砌结构的温度变化速度，从而达到保护洞口段混凝土衬砌结构的效果。更进一步的，将换热储水箱与风机冷却夹套连接，能够进一步提高风机的冷却效果和混凝土衬砌结构的保温效果。设置的反光环能够提醒驾驶员已经要到达洞口，注意安全，配合led灯带，能够进一步刺激驾驶员的眼睛的瞳孔收缩，以使驾驶员能够适应洞口外的强光光线，提高安全。本发明的面板结构的面板层，也具有较高的装饰效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构的纵向剖视图。

图2为本发明的洞口段示意图。

图3为本发明的面板结构的局部纵向剖视图。

图4为本发明的面板结构的局部立面结构示意图。

图5为本发明的纵向管安装结构的横截面示意图。

图6为本发明的整体结构的优选方案的纵向剖视图。

图7为本发明的利用液体介质进行保温的各部件连接结构示意图。

图8为本发明的反光板和led灯带的布置结构示意图。

图9为本发明中布置了反光板的隧道横截面示意图。

图中：洞口段1，面板结构2，面板层21，纵向管22，环向管23，固定角钢24，过流空隙25，膨胀螺栓26，内洞段进风27，自攻螺钉28，太阳能电池板3，内洞段4，管路5，太阳能热管6，换热储水箱7，风机冷却夹套8，电磁阀9，反光环10，led灯带11，温度传感器12。

具体实施方式

实施例1：

如图1~5中，一种用于隧道洞口功能性结构，在隧道的洞口段1设有面板结构2，所述的面板结构2的面板层21将洞口段1的外壁包覆，并且面板层21与洞口段1的混凝土衬砌表面之间形成空腔结构，所述的空腔结构与内洞段4连通。由此结构，空腔结构实现保温的效果，避免冷空气直吹混凝土，从而避免混凝土表面的温度梯度变化过于急剧，导致的混凝土因热胀冷缩不均匀而产生裂缝的文图。利用内洞段4较高温度的气流，直接吹入到空腔结构内，从而使空腔结构内温度高于环境温度，从而起到给混凝土衬砌结构保温的效果。

优选的方案如图3、4中，在混凝土衬砌表面固设有多个沿隧道纵向的纵向管22，在纵向管22之间设有环向管23；

所述的环向管23与混凝土衬砌表面之间设有过流空隙25；由此结构，便于从内洞段4来的空气能够进入到空腔结构内。

在纵向管22和环向管23上固设有面板层21。如图2中，面板层21为多片拼接的结构，面板层21通过自攻螺钉28与纵向管22和环向管23固定连接。

优选的方案如图1~5中，所述的纵向管22与固定角钢24的一个边固定连接，本例中采用焊接连接，采用螺栓或自攻螺钉连接也是可行的；固定角钢24的另一个边通过膨胀螺栓26与混凝土衬砌表面连接；

环向管23与固定角钢24的一个边固定连接，固定角钢24的另一个边通过膨胀螺栓26与混凝土衬砌表面连接；环向管23的厚度小于纵向管22的厚度，且环向管23与面板层21连接的一面与纵向管22平齐，以使环向管23与混凝土衬砌表面之间留有过流空隙25；本例中的纵向管22采用50×50mm的方钢管，环向管23采用25×50mm的方钢管。固定角钢24采用l50×宽50×厚度5mm的角钢。

环向管23与纵向管22焊接连接。由上述的方案，实现包覆在洞口段1外壁的空腔结构。本例中所述的洞口段1外壁包括位于隧道内的内壁和位于隧道外的外壁，以及位于洞口段1端头的端头侧壁。即在本例中，内洞段4内的较高温度的气流能够通过空腔结构到达洞口段1的端头侧壁和位于隧道外的外壁，从而实现较高的保温效果。尤其是起到降低隧道混凝土洞口段1温度梯度变化级差的技术效果，避免混凝土衬砌结构产生裂缝。空腔结构与内洞段4之间的空气流动通过自然对流实现。优选的方案中，在面板结构2靠近内洞段4的端头还设有鼓风机，通过鼓风机向空腔结构内鼓风实现加速空气对流。通常将鼓风机设置在隧道顶部的位置，通过顶部进，底部出的方式实现对流。

优选的方案中，所述的面板层21为铝塑板、装饰塑料板或金属板。本例中优选为厚度6mm的铝塑板，洞口段1内壁采用银灰色具有强度高耐屈服防火性能的铝塑板，外壁则采用深色铝塑板。本发明的方案，大幅简化了安装结构，提高了安装效率。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图6、7中，在洞口段1外侧顶部的面板结构2内设有太阳能热管6，太阳能热管6通过循环管路与位于内洞段4的换热储水箱7连通；太阳能电池板的能量转换效率较低，但是太阳能热管6收集太阳能热量的效率却极高，有资料显示能够达到85%以上。本例中的太阳能热管6和换热储水箱7内的液体介质优选采用防冻液。太阳能热管6为市售的太阳能热管6。

换热储水箱7与面板结构2的纵向管22和环向管23中的一组或多组管路5连通。利用太阳能热管6能够将白天收集的热量以换热储水箱7交换的方式储存在换热储水箱7内，而在夜晚通过对流交换将热量返回至面板结构2的纵向管22或环向管23内。本例中的对流交换可以是自然对流，也可以采用小型泵驱动对流。

优选的方案如图7中，换热储水箱7的外壁还设有换热翅片，以和内洞段4的空气进行换热。

优选的方案如图7中，换热储水箱7还与风机冷却夹套8连通，以通过风机冷却夹套8内的冷却水交换热量。

优选的方案如图7中，换热储水箱7与风机冷却夹套8通过双路管路连通，在至少一路管路上设有电磁阀9，电磁阀9由蓄电池或太阳能电池板3供电；

在换热储水箱7和风机冷却夹套8中的至少一个设有温度传感器12；

以根据温度切换电磁阀9的通断状态。由此结构，通过温度传感器12能够检测换热储水箱7内液体介质的温度，如果换热储水箱7内液体介质的温度低于预设值或者低于风机冷却夹套8内的温度，则开启电磁阀9，实现液体介质的对流。如果换热储水箱7内液体介质的温度高于预设值或者高于风机冷却夹套8内的温度，则关闭电磁阀9，使换热储水箱7与风机冷却夹套8之间不对流。采用液体介质对流的方案，能够更好应对山区昼夜温差变化大的极端天气，例如川藏之间的铁路和道路隧道，该区域光照强度高，昼夜温差大，电力供应难度大，非常适合本发明的方案。

实施例3：

在实施例1和2的基础上，优选的方案如图8、9中，在隧道的洞口段1和内洞段4接近洞口的位置设有多个连续布置的反光环10，反光环10为环状结构，在远离洞口的一面设有大致垂直于隧道轴线的反光面，所述的反光面上设有反光漆、反光膜或反光涂层。由此结构，能够在靠近洞口段1的位置提醒驾驶员已经接近出口，要注意安全。本例中的反光环10外缘设有折叠的固定片，通过自攻螺钉28与纵向管22或环向管23连接。尽量安装在设有环向管23的位置。进一步优选的，反光环10在越靠近洞口的位置，设置数量更为密集，从而进一步提高提示效果。

优选的方案中，在洞口段1外侧顶部设有太阳能电池板3，太阳能电池板3通过线路与led灯带11电连接；

led灯带11位于反光环10远离洞口的一侧，以使led灯带11的光线能够被直射或反射到驾驶员的眼睛。设置的led灯带11能够辅助刺激驾驶员的眼睛，促进驾驶员的瞳孔开始收缩，从而能够为应对洞口位置的亮度做好准备。由于仅是采用部分led灯带11，设置在洞口段1外侧顶部的太阳能电池板3能够满足led灯带11的使用需求。本例中，从接近洞口100米位置开始，即间距10米设置一组led灯带11，以留出供眼睛适应光线的时间。

优选的，还设有用于控制led灯带11启闭的传感器，所述的传感器包括振动传感器、声音传感器、红外传感器和光电传感器中的一种或多种的组合。通过检测是否存过往车辆来启闭led灯带11的方式，能够进一步的降低能耗。

本例中，太阳能电池板3及其伺服电路、led灯带11均属于市售的产品。控制led灯带11启闭的传感器为市售的产品，例如楼道中的节能开关。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。