季节性寒区隧道主动加热保温防冻方法及其试验

发布时间：2019-09-27 06:48

【摘要】：为防治季节性寒区隧道冻害,提出了一种基于电伴热的主动加热保温防冻方法,该系统由"100 W/m2发热电缆+4 cm保温层+保护层+防火层"组成,并且给出了施工中的注意事项和要点。将该方法成功应用于图们至珲春高速公路东南里隧道试验段工程,初步试验结果表明,通电1 h后,衬砌背后温度开始升温,3 h之后衬砌背后达到正温、温度基本稳定,发热电缆"热阻效应"明显,初步验证了该方法的可行性及有效性。研究结果可为寒区隧道冻害防治的设计与施工提供借鉴。
【图文】：

加热电缆

叱钠霰?后温度，从而有效避免围岩冻结［20-21］。将电伴热系统应用于季节性寒区隧道保温防冻中，，加热过程会使围岩温度产生怎样的变化?电伴热系统应该如何设计施工?其隔热保温效果如何?针对这些问题，本文展开详细论述，为基于电伴热的季节性寒区隧道冻害防治的设计与施工提供借鉴。1电伴热保温防冻系统1．1电伴热原理电伴热系统是一种辐射型供暖系统，以电热丝为热媒，通过使发热电缆通电将电能转化成热能，传递给被加热体，并通过外层隔热材料的保护，以达到系统需要的供暖、保温效果［15，20］。如图1所示，发热电缆一般由以下几个部分组成:发热导线、绝缘层、金属屏蔽层、防水防腐护套等，有些电缆还有金属加强护套。就其发热类型可分为限功率式与自限式两类。目前较为普遍使用的电热带是自限温加热带，其发热元件的电阻率具有很高的正温度系数(PositiveTemperatureCoefficient简称PTC)［15］。图1加热电缆构造Fig．1Heatingcablestructure将PTC材料均匀地挤塑在两根平行的金属线芯之间即得芯带，在芯带的外面包覆一层绝缘材料作为护套，得到基本型电热带，另外还可根据需要增设屏蔽层及耐腐蚀层等。电热带的金属线芯接通电源后，电流由一根线芯经过发热体PTC材料到另一线芯形成闭合回路。由于发热体是一个整体，所以只要电热带本身不被切断就不存在断电现象。当电源接通以后，发热体PTC材料将电能转换为热能，使发热体开始升温，同时由于发热体的正温度系数使其电阻率也随着温度的升高而逐步增大，当芯带的温度达到一定值(最高温度)时，发热体的电阻率也已足够大，几乎可以阻断了电流的通过，此时发热体的温度便不再升高［15］。1．2工程概况东南里隧道长1290m，隧道洞顶最大埋深101m。?

电伴热系统,三维构造

用了“保温隔热层+电伴热”的保温防冻系统［20］，其三维构造如图2。图2电伴热系统三维构造Fig．23-Dstructureforelectricheatingsystem试验段电伴热系统加热功率为100W/m2，设防长度为20m，设置在二次衬砌外表面。保温隔热层采用4cm厚酚醛泡沫板。外保护层采用6mm厚玻璃纤维增强硅酸钙板。保护层之外为防火层。如图3。图3隧道衬砌保温系统Fig．3Thermalinsulationsystemoflinar隧道防冻应该防水和保温并重，防水应防排结合以排为主。衬砌背后排水采用了半管和排水板结合的方法，使衬砌背后的水及时排出。在初期支护和二次衬砌之间用350g/m2土工布和1．2mm厚PVC防水板。衬砌采用防冻钢筋混凝土，增加衬砌的抗冻性。在衬砌最容易渗漏的施工缝处加装有排水半管，以便在衬砌发生渗漏水后，让水有一个最便捷的通道，及时将水排出，防止造成衬砌大面积渗漏。为了保证这一排水通道的通畅，在半管中放置一条簧丝鄜3mm直径25mm的镀锌弹簧(如图4)，当隧道运营后由养护人员定期或在出水量较大的季节牵拉震动，使水的析出物松动脱落，防止堵塞管道［15］。图4保温系统细部构造Fig．4Detailedstructureofthermalinsulation1．4施工工艺与要点1．4．1施工工艺洞室开挖后先喷一层厚5cm左右的混凝土，使洞室表面基本平整，之后便可以安装环向排水半管。在表面渗漏水区段每3m间距和无水区段每5m间距，从拱腰以上至墙脚打不少于3处的引水孔，深0．5m左右，然后设排水半管，并用1cm厚砂浆封闭半管表面，再喷混凝土至设计厚度［15］。初期支护施做完成后，在其表面每3～5m间距环向安装排水板。然后铺挂土工布、防水板。施做防水板时要严格按照设计要求施工，以保证防水板不被穿透，接缝焊接密实牢靠，挂点受力均
【作者单位】：长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点实验室;长安大学公路学院;山东省建筑科学研究院;长安大学理学院;中国建筑国际集团;
【基金】：交通运输部应用基础研究(主干学科)计划(2015 319 812 140) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(CHD2012JC072)
【分类号】：U457

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