專利名稱：隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于寒區(qū)隧道的防凍保暖，具體說是一種用于隧道洞口段的襯砌加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
寒冷地區(qū)的鐵路、公路隧道凍害現(xiàn)象普遍嚴(yán)重，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)破環(huán)甚至報廢，嚴(yán)重 影響隧道的正常運行和安全。寒區(qū)隧道急需解決洞口段凍害問題。
目前，國內(nèi)外隧道采用的防凍保暖措施主要有在隧道二襯外側(cè)或在二襯與初襯之間鋪設(shè) 一定厚度的保溫隔熱層技術(shù)、洞口處安裝防寒保溫門技術(shù)、利用電鍋爐或燃料鍋爐對隧道通 暖氣技術(shù)以及在隧道洞壁埋設(shè)加熱電纜的主動型防凍保暖技術(shù)等。以上幾項技術(shù)存在的缺陷 為首先，寒區(qū)隧道在無熱量供給的情況下，僅靠保溫隔熱層技術(shù)是無法根除隧道凍害的發(fā) 生；其次，防寒保溫門只適合于車流量小的隧道；再次，利用電鍋爐和燃料鍋爐對隧道通暖 氣技術(shù)及隧道洞壁埋設(shè)加熱電纜的主動型防凍保暖技術(shù)可以避免隧道凍害的發(fā)生，但是這兩 種技術(shù)運營、維護及管理費用高、能耗大，燃料鍋爐還會造成一定的空氣污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，以徹底根除寒區(qū)隧道凍 害，為隧道運營提供保障。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，包括取暖管路、地源熱泵和供暖管路，其中各管路均埋 設(shè)于隧道中，且分別與地源熱泵連接，各自形成循環(huán)回路。
優(yōu)選地，所述取暖管路包括多組熱交換管，各組熱交換管的兩端分別通過第一出水總管、 第一進水總管與地源熱泵連接。
優(yōu)選地，所述供暖管路包括多組供熱管，各組供熱管的兩端分別通過第二出水總管、第 二進水總管與地源熱泵連接。
優(yōu)選地，所述熱交換管鋪設(shè)于隧道初襯與二次襯砌之間。
優(yōu)選地，在隧道洞口段的二次襯砌外設(shè)有保溫層，所述供熱管鋪設(shè)于二次襯砌與保溫層 之間。
優(yōu)選地，所述二次襯砌與保溫層之間為空氣夾層。優(yōu)選地，所述取暖管路、供暖管路均沿隧道軸向或環(huán)向鋪設(shè)在隧道中。
隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)可以徹底根除隧道凍害，將地源熱泵的熱交換管埋設(shè)于初襯與 二襯之間，替代傳統(tǒng)地源熱泵埋管所需的地下鉆孔，同時還可以節(jié)省部分初期建設(shè)投資，供 熱管埋設(shè)于二襯與保溫層之間。本發(fā)明與隧道施工同步進行，可以很好的控制熱交換管的施 工質(zhì)量。本發(fā)明充分利用地源熱泵的節(jié)能效果，與傳統(tǒng)電加熱系統(tǒng)相比，可節(jié)省70%的后期
運行維護費用。與普通燃料鍋爐相比，無C02排放。


圖1為本發(fā)明的原理圖，所示箭頭為循環(huán)介質(zhì)在管道中的流動方向。
圖2為熱交換管布置橫斷面圖。
圖3為圖2中圈A的放大樣圖。
圖4為洞口段供熱管布置橫斷面圖。
圖5為圖4中圈B的放大樣圖。
其中，附圖標(biāo)記如下
1、 圍巖
2、 熱交換管
3、 第一出水總管
4、 第一進水總管
5、 地源熱泵
6、 第二出水總管
7、 第二進水總管
8、 供熱管
9、 初襯
10、 二次襯砌
11、 保溫層
12、 空氣夾層
具體實施例方式
參見圖1 圖5，隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)包括前端采集(取暖管路)、地源熱泵5、末 端供暖(供暖管路)三部分。前端采集部分距離隧道洞口段一定距離，提供加熱系統(tǒng)所需的 地溫?zé)?；末端供暖部分在隧道洞口段，以熱傳?dǎo)和輻射方式加熱。地源熱泵5作為前、末端 間的中轉(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)把前端采集的熱量提升，并傳遞到后端。各部分之間通過進、出水總管連接。前端采集包括多組熱交換管2，每組熱交換管2的首尾兩端分別與第一出水總管3、第一 進水總管4連接，以形成多個循環(huán)回路。末端供暖包括多組供熱管8，每組供熱管8的首尾兩 端分別與第二出水總管6、第二進水總管7連接，亦形成多個循環(huán)回路。熱交換管2與供熱管 8均埋設(shè)于隧道中。具體講，熱交換管2鋪設(shè)在隧道初襯9與二次襯砌10之間；洞口段二次 襯砌10外設(shè)保溫層，供熱管8鋪設(shè)在二次襯砌10與保溫層的空氣夾層12中。所有管路均沿 隧道軸向或環(huán)向鋪設(shè)，在圖1 5中，示出的都是管路沿軸向鋪設(shè)的實施例。
利用地源熱泵對隧道洞口段襯砌加熱的工作原理如下在距離隧道洞口一定距離具有足 夠的埋深處，在隧道初襯9與二次襯砌10之間按一定的間距鋪設(shè)熱交換管2并形成環(huán)路，傳 熱循環(huán)介質(zhì)在熱交換管環(huán)路系統(tǒng)中循環(huán)時與初襯9和圍巖1進行熱交換，吸收熱量，該部分 熱量經(jīng)過地源熱泵5提升使得供熱管8內(nèi)的傳熱循環(huán)介質(zhì)達到目標(biāo)溫度，傳熱循環(huán)介質(zhì)在供 熱管8環(huán)路系統(tǒng)中，對隧道洞口段二次襯砌10和二次襯砌10與保溫層之間空氣進行加熱。
參考圖1~圖5，地源熱泵對隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)可按如下步驟實施
1. 隧道開挖后施工初襯；
2. 在距離隧道洞口一定距離具有足夠的埋深處，將地源熱泵的熱交換管埋設(shè)在初襯表 面并與初襯表面緊密接觸;
3. 利用水泥砂漿或噴射混凝土將熱交換管鋪設(shè)面找平；
4. 施工隧道防水層和二次襯砌；
5. 每組熱交換管兩端頭露出襯砌底部，分組并聯(lián)連接到第一出水總管和第一進水總管 組成環(huán)路，再連接到地源熱泵系統(tǒng)(前端)；
6. 傳熱循環(huán)介質(zhì)在熱交換管環(huán)路系統(tǒng)中循環(huán)，與襯砌和圍巖進行熱交換；
7. 根據(jù)傳熱模型計算熱交換管總長度并分組；
8. 根據(jù)傳熱循環(huán)介質(zhì)在熱交換管環(huán)路中的流量和進出口目標(biāo)溫度，確定熱交換管的分 組和布置；
9. 熱交換管傳熱循環(huán)介質(zhì)中的熱量經(jīng)過地源熱泵系統(tǒng)提升，加熱供熱管中的循環(huán)介質(zhì)；
10. 在擬加熱的隧道洞口段二次襯砌施工后，將地源熱泵的供熱管固定在二次襯砌表面 并與二次襯砌表面緊密接觸；
11. 施工隧道保溫層，將熱交換管系統(tǒng)鋪設(shè)在二次襯砌與保溫層的間隙(即空氣夾層) 中；
12. 每組熱交換管兩端頭露出襯砌底部，分組并聯(lián)連接到第二出水總管和第二進水總管
5組成環(huán)路，再連接到地源熱泵(末端)；13. 傳熱循環(huán)介質(zhì)在供熱管環(huán)路中循環(huán)，與襯砌和空氣進行熱交換；14. 根據(jù)傳熱模型計算供熱管總長度；15. 根據(jù)傳熱循環(huán)介質(zhì)在供熱管環(huán)路中的流量和進出口目標(biāo)溫度，確定供熱管系統(tǒng)的分 組和布置。
權(quán)利要求
1.一種隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是包括取暖管路、地源熱泵(5)和供暖管路，其中取暖管路、供暖管路均埋設(shè)于隧道中，且分別與地源熱泵(5)連接，各自形成循環(huán)回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是所述取暖管路包括多組熱交換管(2)，各組熱交換管(2)的兩端分別通過第一出水總管(3)、第一進水總管(4)與 地源熱泵(5)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是所述供暖管路包括多組供熱管(8)，各組供熱管(8)的兩端分別通過第二出水總管(6)、第二進水總管(7)與地源 熱泵(5)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是所述熱交換管(2)鋪設(shè)于 隧道初襯(9)與二次襯砌(10)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是:在隧道洞口段的二次襯砌(10) 外設(shè)有保溫層(1)，所述供熱管(8)鋪設(shè)于二次襯砌(10)與保溫層(11)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是所述二次襯砌(10)與保溫 層(11)之間為空氣夾層(12)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，其特征是所述取暖管路、供暖管路均 沿隧道軸向或環(huán)向鋪設(shè)在隧道中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)，包括取暖管路、地源熱泵和供暖管路，其中取暖管路、供暖管路均埋設(shè)于隧道中，且分別與地源熱泵連接，各自形成循環(huán)回路。隧道洞口段襯砌加熱系統(tǒng)可以徹底根除隧道凍害，將地源熱泵的熱交換管埋設(shè)于初襯與二襯之間，替代傳統(tǒng)地源熱泵埋管所需的地下鉆孔，還可以節(jié)省部分初期建設(shè)投資，供熱管埋設(shè)于二襯與保溫層之間。本發(fā)明與隧道施工同步進行，可以很好的控制熱交換管的施工質(zhì)量。本發(fā)明充分利用地源熱泵的節(jié)能效果，與傳統(tǒng)電加熱系統(tǒng)相比，可節(jié)省70％的后期運行維護費用。與普通燃料鍋爐相比，無CO₂排放。
文檔編號E21D9/14GK101672188SQ200910196239
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者夏才初, 張國柱 申請人:同濟大學(xué)