一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置的制作方法

本实用新型寒区隧道领域，具体涉及一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置。

背景技术：

寒区隧道面临的最大问题是隧道冻害，近年来我国投入到寒区隧道冻害治理的费用不断增加，即便如此，仍有不少隧道饱受冻害困扰，甚至废弃，寒区隧道冻害防治正成为隧道界的重要研究课题。寒区隧道冻害发生的主要原因是冻融和冻胀：冻融是指已冻结围岩因隧道内温度升高发生消融导致围岩自承能力降低，使衬砌应力场发生改变的一种冻害现象；冻胀则是指衬砌及围岩裂隙中水冻结膨胀引起的应力变化及结构破坏，据2014年统计，中国全线11516座铁路隧道，发生冻害的隧道数目为5990座，占隧道总数的52.4％，其中2937座发生严重冻害，占隧道总数的25.5％。这些冻害既对隧道结构造成严重破坏，同时也给铁路运营安全埋下重大安全隐患。

针对上述问题，研究一种有效的阻止冻害发生而又不破坏隧道衬砌结构的一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置显得十分重要。

申请号为CN201810096940.3的中国专利公开了一种寒区隧道保温系统及安装方法，包括固定在隧道内壁上的拱形保温装置，拱形保温装置连接物联网系统，拱形保温装置和物联网系统均连接能源系统供电，其中拱形保温装置包括若干个拱顶管片，每个拱顶管片的两侧均依次对应设置有管道连通的拱肩管片、拱腰管片、拱脚管片和拱底管片，拱底管片连接风道，风道连接保温风机。上述申请专利通过固定在隧道内壁上的拱形保温装置，在拱形保温装置内持续通入热(冷)风，利用空气隔热性能良好、导热性差的特点，减少保温能耗的同时可以增加系统单次保温时长，虽有便于安装、维修以及节能的优点。但其技术要求高，造价高，虽能达到防冻保温效果，但不适用于所有寒区隧道。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置，充分利用碳纤维加热膜片优良的耐高压性、高韧度性、性能稳定性；将碳纤维加热膜片用树脂胶粘贴于每块保温层板后，采用模块式加热方法，对温度达到零度以下的保温层板进行加热，具有精确加热、节能环保、维修方便等优点，有效的防治寒区铁路隧道冻害的发生，为隧道运营提供安全保障。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置，包括从外向内依次设置的隧道围岩、一次衬砌、复合加热保温层装置、二次衬砌，所述复合加热保温层装置包括铺设在所述二次衬砌上的若干保温层板、设置在所述保温层板与一次衬砌之间的若干碳纤维加热膜片、设置在所述保温层板与二次衬砌之间的若干温度感应器；各所述碳纤维加热膜片和各温度感应器分别与各保温层板一一对应，所述复合加热保温层装置还包括与各所述碳纤维加热膜片、温度感应器连接的智能控制装置和用于供电的能源装置。

进一步的，所述能源系统包括风光互补发电装置和工业补充电能装置，所述风光互补发电系统包括风力发电和太阳能发电，当风光互补发电装置无法满足系统供电时，由所述工业补充电能装置供电，所述工业补充电能装置是将水力或火力发电站的电能进行输送以供应所述寒区铁路隧道复合加热保温层装置使用。

进一步的，所述智能控制装置连接有用于监测风光互补发电装置的电压值的能源监测装置，当温度感应器测得二次衬砌温度值小于零度时，所述智能控制装置控制对应位置的碳纤维加热膜片启动加热；当温度大于阈值时，所述智能控制装置控制对应位置的碳纤维加热膜片停止加热，所述能源监测装置用于监测风光互补发电装置的电压值，当所述电压值小于复合加热保温层装置所需电压阈值时，所述能源系统启用工业补充电能装置供电，当所述电压值大于复合加热保温层装置所需电压阈值时，所述能源系统切断工业补充电能装置供电。

进一步的，所述碳纤维加热膜片与所述保温层板的尺寸一致。

进一步的，所述碳纤维加热膜片用树脂胶粘贴于每块保温层板后。

进一步的，所述保温层板采用硬质聚氨酯保温板，且所述硬质聚氨酯保温板的两侧固定有EVA防水板，利用硬质聚氨酯保温板良好的隔热性对二次衬砌进行保温。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过在每块保温层板上铺设碳纤维加热膜片，并且通过温度感应器感应二次衬砌的温度值反馈给智能控制装置，温度低于预定值时，所述智能控制装置启动对应的碳纤维加热膜片进行加热，当温度高于预设值时，所述智能控制装置控制对应的碳纤维加热膜片停止加热；本实用新型采用模块式加热方法具有结构简单、施工方便、自动控制、节能环保且不破坏隧道衬砌结构等优点，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1本实用新型碳纤维加热膜片布置斜断面立体图；

图2图1碳纤维加热膜片布置的放大样图；

图3温度感应片和碳纤维加热膜片在保温层上铺设的平面图示意图。

图中：1、温度感应器；2、碳纤维加热膜片；3、保温层板；4、一次衬砌；5、二次衬砌；6、隧道围岩。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1-3所示，一种寒区铁路隧道复合加热保温层装置，包括从外向内依次设置的隧道围岩6、一次衬砌4、复合加热保温层装置、二次衬砌5，所述复合加热保温层装置包括铺设在所述二次衬砌5上的若干保温层板3、设置在所述保温层板3与一次衬砌4之间的若干碳纤维加热膜片2、设置在所述保温层板3与二次衬砌5之间的若干温度感应器1；各所述碳纤维加热膜片2和各温度感应器1分别与各保温层板3一一对应，所述复合加热保温层装置还包括与各所述碳纤维加热膜片2、温度感应器1连接的智能控制装置和用于供电的能源装置。

优选的，所述能源系统包括风光互补发电装置和工业补充电能装置，所述风光互补发电系统包括风力发电和太阳能发电，当风光互补发电装置无法满足系统供电时，由所述工业补充电能装置供电。

为了使本实用新型装置能够根据隧道衬砌的温度变化调节其工作状态，从而达到最优化节能保温效果，如图1所示，所述智能控制装置连接用于监测风光互补发电装置的电压值的能源监测装置，当所述温度感应器1测得二次衬砌5温度值小于零度时，所述智能控制装置控制对应位置的碳纤维加热膜片2启动加热；当温度大于阈值时，所述阈值可以根据隧道所在外界环境情况而定，所述智能控制装置控制对应位置的碳纤维加热膜片2停止加热，所述能源监测装置用于监测风光互补发电装置的电压值，当所述电压值小于复合加热保温层装置所需电压阈值时，所述能源系统启用工业补充电能装置供电，当所述电压值大于复合加热保温层装置所需电压阈值时，所述能源系统切断工业补充电能装置供电。

优选的，所述碳纤维加热膜片2与所述保温层板3的尺寸一致。

优选的，所述碳纤维加热膜片2用树脂胶粘贴于每块保温层板3后。

优选的，所述保温层板3采用硬质聚氨酯保温板，且所述硬质聚氨酯保温板的两侧固定有EVA防水板，利用硬质聚氨酯保温板良好的隔热性对二次衬砌进行保温。

参考图1-图3，本实用新型的寒区铁路隧道复合加热保温层装置的安装方法如下：

1.根据隧道所处地区的环境条件，在风能和太阳能充足的区域布置风光互补发电装置，并根据碳纤维加热膜片总耗电量配置发电机组和光伏组件。

2.根据保温层板3尺寸，安装方式如图1和图2所示，在隧道口冻害高发区域，定制相同尺寸碳纤维加热膜片2用树脂胶粘贴于保温层板3上。

3.如图3所示，在每块保温层板3与二次衬砌5的中间位置安装温度感应器1。

4.将每块保温层板3上的一一对应的碳纤维加热膜片2和温度感应器1作为单个整体，每个整体间采用并联的方式连接到智能控制装置。

5.完成本实用新型装置各部件的安装与调试。

所述装置的工作过程如下：

能源系统作用是主要利用风能和太阳能组成的风光互补发电系统满足碳纤维加热膜片 2和保温层板3用电，当风能和太阳能发电无法满足供电时，切换至工业补充电能装置进行供电；碳纤维加热膜片2的作用是利用本身良好的耐高压性、韧度高性、性能稳性加热衬砌间温度，通过使衬砌温度达到零度以上来解决冻害的发生。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。