一种离壁式保温结构试验装置的制作方法

本实用新型涉及模型试验技术领域，具体涉及一种寒区隧道离壁式保温结构试验装置。

背景技术：

随着我国基础建设的不断深入，在严寒地区规划和修建的隧道工程越来越多，出现的隧道冻害问题也随之增加；为防止寒区隧道冻害发生，主要可从抗冻和防冻两方面考虑：抗冻措施主要以提高隧道结构自身的抗冻害能力，如，采用抗冻混凝土衬砌、增大衬砌厚度等；防冻措施主要以预防为主，如，加热法，防寒门法，隔热层法等；目前，在寒区隧道中，隔热层法采用最为普遍。隔热层法的敷设方式主要有三种方式：一种是在二衬内表面直接敷设隔热层，即贴壁式；另一种是在初支与二衬之间敷设隔热层，即夹心式；还有一种是在衬砌和隔热层之间设置空气层来增强隔热效果，即离壁式；前两种敷设方式在国内都有应用实例，而离壁式敷设方式在国内尚未有应用实例；理论上，封闭状态下，空气的导热系数约为0.023W/(m·k)，比目前用于寒区隧道的保温材料的导热系数还要低；以5cm厚的聚氨酯保温材料为例，每平米造价约为300元，隧道纵向每延米造价约为6000元，由此，可见空气层一种理想的保温材料替代品，但由于缺少工程应用，在实际工程中的效果如何，难以保证；目前，国内外没有有效手段研究寒区隧道离壁式保温衬套保温效果。

技术实现要素：

本实用新型提供一种可模拟离壁式保温衬套工作状态的一种离壁式保温结构试验装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种离壁式保温结构试验装置，包括内部为中空一侧开口的结构本体；结构本体开口部分设置有混凝土衬砌构成密闭结构；结构本体内部空腔通过保温板隔离成两个独立的密闭空腔，靠近混凝土衬砌一侧为空腔为隔离层，远离混凝土衬砌一侧空腔为冷冻室；还包括用于控制冷冻室内温度的温控系统；保温板靠近冷冻室一侧表面、隔离层内表面和混凝土衬砌内均设置有温度传感器；还包括与温度传感器连接的用于采集温度信号的数据采集装置。

进一步的，所述温度控制系统包括设置在冷冻室内的温度探头、加热丝、风扇和温控仪。

进一步的，所述数据采集装置包括数据采集仪和与其连接的数据存储装置。

进一步的，所述隔离层内表面设置有保温层。

进一步的，所述保温板上设置有连通孔。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型可模拟实际情况下的测试结果，得到的测试数据可靠，便于结果分析；

（2）本实用新型结构明确、成本可控，便于实施为寒区隧道离壁式保温衬套的设计提供依据；

（3）本实用新型可模拟不同工况的环境条件和工作条件，与现场测试方法相比试验周期短。

附图说明

图1为本实用新型中实施例1结构示意图。

图2为本实用新型中实施例2结构示意图。

图中：1-结构本体，2-冷冻室，3-保温板，4-混凝土衬砌，5-隔离层，6-温控仪，7-风扇，8-温度探头，9-电热丝，10-数据采集仪，11-数据存储装置，12-温度传感器，13-联通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种离壁式保温结构试验装置，包括内部为中空一侧开口的结构本体1；结构本体1开口部分设置有混凝土衬砌4构成密闭结构；结构本体1内部空腔通过保温板3隔离成两个独立的密闭空腔，靠近混凝土衬砌4一侧为空腔为隔离层5，远离混凝土衬砌4一侧空腔为冷冻室2；还包括用于控制冷冻室2内温度的温控系统；保温板3靠近冷冻室2一侧表面、隔离层5内表面和混凝土衬砌4内均设置有温度传感器12；还包括与温度传感器12连接的用于采集温度信号的数据采集装置；所述温度控制系统包括设置在冷冻室2内的温度探头8、加热丝9、风扇7和温控仪6；所述数据采集装置包括数据采集仪10和与其连接的数据存储装置11；所述隔离层5内表面设置有保温层。

使用时，将整个试验装置置于冷库制冷空调房内，冷库制冷空调房可以根据试验需求设定环境温度；采用冰箱的冷冻室模拟寒区隧道洞内低温环境，利用冰箱自身压缩机进行制冷；即结构本体1可采用冰箱冷冻室；利用加热丝9和风扇7进行冷冻室2内空气对流，在温控仪6的控制下，得到试验所需的稳定温度；温控仪6采用市场上现有的温控仪，或者数控仪；数据采集仪10采用市场上出售的产品，数据存储装置11采用普通PC既可。

具体试验方法如下：

（1）根据试验所用冰箱冷冻室尺寸制作混凝土衬砌4，并在混凝土衬砌4预埋温度传感器12，制作好保温板3；准备其它所需工具、材料等；

（2）在冷冻室2内安装好加热丝9、风扇7、温度探头8和数控仪或温控仪等，安装调试温度控制系统；

（3）将温度传感器12预埋到保温层内，将模拟离壁式衬套的保温材料设置在冰箱的冷柜门口；

（4）采用密封泡沫胶，将模拟离壁式衬套的保温材料和冰箱四周密封好；

（5）将事先制作好的混凝土衬砌4与保温板3置于同一高度、对正、对齐，根据试验工况设定保温板3和混凝土衬砌4之间的距离；

（6）在隔离层5内保温衬套即保温层表面、混凝土衬砌4表面布设好温度传感器12，并进行编号；

（7）采用保温材料、密封泡沫胶密闭隔离层5，试验模型制备完成；

（8）开启冰箱设定冷冻室温度，开启温度控制系统，微调控制冷冻室2内温度，形成一个温度恒定的冷源；

（9）开启冷库制冷空调房，根据试验需求设定环境温度；

（10）开启数据采集装置，进行试验过程温度采集，试验结束；

（11）根据需要进行一个工况试验。

实施例2

如图2所示，一种离壁式保温结构试验装置，包括内部为中空一侧开口的结构本体1；结构本体1开口部分设置有混凝土衬砌4构成密闭结构；结构本体1内部空腔通过保温板3隔离成两个独立的密闭空腔，靠近混凝土衬砌4一侧为空腔为隔离层5，远离混凝土衬砌4一侧空腔为冷冻室2；还包括用于控制冷冻室2内温度的温控系统；保温板3靠近冷冻室2一侧表面、隔离层5内表面和混凝土衬砌4内均设置有温度传感器12；还包括与温度传感器12连接的用于采集温度信号的数据采集装置；所述温度控制系统包括设置在冷冻室2内的温度探头8、加热丝9、风扇7和温控仪6；所述数据采集装置包括数据采集仪10和与其连接的数据存储装置11；所述隔离层5内表面设置有保温层；所述保温板3上设置有连通孔13。

考虑到现场隧道实际工作状态，当空气完全密闭试验结束后，进行保温板3开孔试验，即设置连通孔13，开孔直径尺寸由小到大，如3mm、5mm、10mm、15mm，以此模拟保温衬套闭封性能对保温效果的影响；其他步骤如实施例1。

本实用新型一种寒区隧道离壁式保温衬套保温效果的试验装置，该室内试验装置能够有效模拟实际情况下不同工况的环境条件、工作条件等，与现场测试方法相比，试验周期短，工况全；得到的测试数据可靠，便于结果分析，且本发明结构明确，成本可控，便于实施，能为寒区隧道离壁式保温衬套的设计提供依据。