基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统及安装方法

1.本发明涉及隧道施工设备领域，尤其涉及到一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统及安装方法。


背景技术：

2.隧道工程中，随着隧道开挖的长度越来越长，开挖的深度越来越深，在深埋隧道中高温热害已经成为了一个不可忽视的问题。在长大深埋隧道施工中势必会遇到高地温问题，一方面，由于高地热及高温水汽作用，普通防水板材和混凝土工作缝止水材料使用寿命大幅缩短，严重影响材料功能的发挥，当防水材料失效后，会形成隧道泛流高温热水，工程环境将进一步恶化；另一方面，由于高温水挥发快，在地质水存在弱硫酸盐腐蚀时，腐蚀离子浓度会随水的挥发而增加，可能产生渐进浓度增加的硫酸盐侵蚀和高温加速侵蚀作用的综合破坏，严重缩短衬砌混凝土结构的耐久性寿命。因此在高地温热害隧道涉及到洞内温度控制的难题。
3.通过设置衬砌和围岩之间的制冷系统，保证隧道在夏季温度较高的时候不发生融化，从而保证隧道围岩自建成后始终处于冻结状态，这样既避免了隧道围岩裂隙水在融化时向隧道处汇集，也避免了冻融循环作用造成的衬砌疲劳破坏。经检索，中国专利文献cn109944626a公开了一种隧道相变蓄冷降温系统，包括蓄冷段和降温段，蓄冷段是由隧道地温能换热器、水泵、分水管、集水管和蓄冷硐室内的相变蓄冷板组成的封闭循环系统；相变蓄冷板在蓄冷硐室内完成蓄冷，沿隧道运输到靠近隧道施工面的降温段，降温段包括降温施工台车、隔热层、移动式屏蔽门、外循环通风和内循环通风，隔热层与移动式屏蔽门在隧道开挖掌子面后方形成封闭隔热空间；降温施工台车上的降温片与水泵、分水管、集水管及相变蓄冷板形成封闭循环降温系统，与外循环通风和内循环通风对封闭隔热空间联合降温。但上述内容为隧道施工阶段对隧道进行降温，且具有以下不足：1.所采用的相变蓄冷板须在蓄冷硐室进行充冷，并通过设备运送安装；2.所采用的相变蓄冷系统，无法根据隧道内部车流量、风速、温度等变化进行实时监测与控制。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统及安装方法，通过蓄冷降温系统能够使隧道围岩始终保持负温，减小围岩冻融循环作用对隧道衬砌造成的损伤，通过智能监测控制系统实时准确地控制隧道内温度，及时调整蓄冷量，提高整体效率，具有结构合理，安装操作方便，成本低，实用性强的优点。
5.为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
6.一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统，包括支护系统，所述支护系统内设置有蓄冷降温系统，蓄冷降温系统连接智能监测控制系统，并通过连接供电系
统供电；
7.所述支护系统包括隧道内表面设置的初期支护1，初期支护1内腔设有二次衬砌5，初期支护1和二次衬砌5之间的空腔内分别设置有与初期支护1接触连接的防水层2、与5二次衬砌接触连接的保温层4；
8.所述蓄冷降温系统包括设置于防水层2和保温层4之间的相变蓄冷板3，相变蓄冷板3内设有蒸发器盘管8，蒸发器盘管8进口侧通过电磁阀14与加压泵13的出口侧相连接，加压泵13的进口侧与制冷剂储藏室17的制冷剂出口6相连接，制冷剂储藏室17的制冷剂进口9与蒸发器盘管8的出口侧相连接，蓄冷液7在蓄冷降温系统内循环运行；
9.所述智能监测控制系统包括并联方式连接在隧道口的温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12，温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12的信号输出端与信号解调仪15信号输入端相连接，信号解调仪15信号输出端与中控室16的信号输入端相连接，中控室16的控制端通过控制电磁阀14开度及加压泵13工作，对蓄冷降温系统运行进行控制。
10.所述防水层2采用eva防水板。
11.所述保温层4为聚氨酯保温板。
12.所述相变蓄冷板3沿隧道纵向环形布置于隧道内，相变蓄冷板3内部蒸发器盘管8为s形，材质为铝管。
13.一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统的安装方法，包括以下步骤：
14.步骤一：隧道两端掌子面开挖到所需距离后，在掌子面上制作初期支护1，然后在初期支护1表面敷设防水层2；
15.步骤二：将相变蓄冷板3预制成隧道断面形状，敷设于防水层2表面，相变蓄冷板3内部配置有s形蒸发器盘管8；
16.步骤三：在相变蓄冷板3相同断面的隧道拱顶处安装温度传感器10，车流量传感器11，风速传感器12，并将引线导出备用；
17.步骤四：在相变蓄冷板3的表面安装保温层4，在保温层4上施作二次衬砌5，重复步骤一至步骤四，直到隧道贯通；
18.步骤五：将步骤三中温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12的导线相互并联，再与信号解调仪15信号连接，然后连接到中控室16，对中控室16进行参数阈值设置，并将中控室16与蓄冷降温系统中的电磁阀14及加压泵13控制连接；将供电系统与智能监测控制系统和蓄冷降温系统供电连接；
19.步骤六：在制冷剂储藏室17中添加蓄冷液7，并将智能监测控制系统和蓄冷降温系统调试到工作正常状态，完成安装。
20.本发明的有益效果在于：
21.与现有技术相比，本发明通过设置衬砌和围岩之间的蓄冷降温系统，并在初期支护1和二次衬砌5内设置相变蓄冷板3，其内部设置蒸发器盘管8，通过蓄冷液7在加压泵13作用下循环制冷，能使隧道围岩始终保持负温，减小围岩冻融循环作用对隧道衬砌造成的损伤；相对于现有的隧道防冻技术相比，除温度传感器10外，本发明还通过车流量传感器11和风速传感器12，能够更加准确地控制隧道内温度，并及时调整蓄冷量，提高了整体效率，具
有结构合理，安装操作方便，成本低，实用性强的优点。
附图说明
22.图1为本发明中隧道与支护系统和蓄冷降温系统配合示意图。
23.图2为本发明中蓄冷降温系统在隧道中的布置位置示意图。
24.图3为本发明的相变蓄冷板3的结构示意图。
25.图4为本发明的控制流程图。
26.图中：1、初期支护；2、防水层；3、相变蓄冷板；4、保温层；5、二次衬砌；6、制冷剂进口；7、蓄冷液；8、蒸发器盘管；9、制冷剂出口；10、温度传感器；11、车流量传感器；12、风速传感器；13、加压泵；14、电磁阀；15、信号解调仪；16、中控室；17、制冷剂储藏室。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明做进一步说明。
28.参见图1，一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统，包括支护系统，所述支护系统内设置有蓄冷降温系统，蓄冷降温系统连接智能监测控制系统，并通过连接供电系统供电；
29.所述支护系统包括隧道内表面设置的初期支护1，初期支护1内腔设有二次衬砌5，初期支护1和二次衬砌5之间的空腔内分别设置有与初期支护1接触连接的防水层2、与5二次衬砌接触连接的保温层4。
30.参见图3，所述蓄冷降温系统包括设置于防水层2和保温层4之间的相变蓄冷板3，相变蓄冷板3内设有蒸发器盘管8，蒸发器盘管8进口侧通过电磁阀14与加压泵13的出口侧相连接，加压泵13的进口侧与制冷剂储藏室17的制冷剂出口6相连接，制冷剂储藏室17的制冷剂进口9与蒸发器盘管8的出口侧相连接，蓄冷液7在蓄冷降温系统内循环运行。
31.参见图2、图4，所述智能监测控制系统包括并联方式连接在隧道口的温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12，温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12的信号输出端与信号解调仪15信号输入端相连接，信号解调仪15信号输出端与中控室16的信号输入端相连接，中控室16对输入信号进行运算处理，中控室16的控制端通过控制电磁阀14开度及加压泵13工作，对蓄冷降温系统运行进行控制。
32.所述防水层2采用eva防水板。
33.所述保温层4为聚氨酯保温板。
34.所述相变蓄冷板3沿隧道纵向环形布置于隧道内，相变蓄冷板3内部蒸发器盘管8为s形，材质为铝管。
35.一种基于相变蓄冷的寒区隧道防融多点智能化控制系统的安装方法，包括以下步骤：
36.步骤一：隧道两端掌子面开挖到所需距离后，在掌子面上制作初期支护1，然后在初期支护1表面敷设防水层2；
37.步骤二：将相变蓄冷板3预制成隧道断面形状，敷设于防水层2表面，相变蓄冷板3内部为s形蒸发器盘管8；
38.步骤三：在相变蓄冷板3相同断面的隧道拱顶处安装温度传感器10，车流量传感器
11，风速传感器12，并将引线导出备用；
39.步骤四：在相变蓄冷板3的表面安装保温层4，在保温层4上施作二次衬砌5，重复步骤一至步骤四，直到隧道贯通；
40.步骤五：将步骤三中温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12的导线相互并联，再与信号解调仪15信号连接，然后连接到中控室16，根据隧道情况对中控室16进行参数阈值设置，并将中控室16与蓄冷降温系统中的电磁阀14及加压泵13控制连接；将供电系统与智能监测控制系统和蓄冷降温系统供电连接；
41.步骤六：在制冷剂储藏室17中添加蓄冷液7，并将智能监测控制系统和蓄冷降温系统调试到工作正常状态，完成安装。
42.所述供电及控制连接均为常规电路。
43.本发明工作原理为：
44.首先对智能监测控制系统的中控室16中预设工作运转条件，相变蓄冷板3相同断面的隧道拱顶处安装的温度传感器10、车流量传感器11及风速传感器12监测感应隧道中实时的温度、车流及风速数据，并将所监测数据传输给智能监测控制系统的中控室16，当温度传感器10监测得到温度大于实际工况设定值时，或车流量传感器11监测到当前时段车流量超过设定值时，或风速传感器12监测到当前隧道风速超过设定值时，均可触发中控室16运转条件，由中控室16发出指令，控制蓄冷降温系统开始工作：加压泵13及电磁阀14开启，蓄冷液7在制冷剂储藏室17与蒸发器盘管8内循环，实现对隧道内的降温，当各项指标均小于设定值时，蓄冷降温系统停止工作。供电系统采用太阳能发电板发电或交流电供电，优先使用太阳能发电板电量。