隧道衬砌自适应智能保温结构

技术领域

本发明涉及隧道冻害防治技术领域，特别涉及隧道衬砌保温技术领域，具体是指一种隧道衬砌自适应智能保温结构。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道等。

在寒冷地区，隧道周围的岩土长期处于因季节导致的反复冻融循环作用之中，隧道在服役期内均会出现不同严重程度的冻害。隧道通常为衬砌结构，由于衬砌开裂乃至剥落，导致普遍存在渗水现象，在冬季很易在拱顶出现一系列悬挂的冰锥，并在路面冻结成冰，不仅严重影响隧道的正常使用，同时也给隧道结构安全带来不利影响。因此，必须考虑对隧道冻害加以防治。

常规的方法是在衬砌之上铺设保温板或衬砌采用特种混凝土施工。铺设保温板存在有效期问题，而特种混凝土成本太高，不能从根本上解决这一问题。

因此，希望提供一种隧道衬砌自适应智能保温结构，其能够自动调控隧道衬砌的温度，使其保持在期望温度，从而防治隧道冻害，保障隧道结构安全，保证隧道的正常使用。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种隧道衬砌自适应智能保温结构，其能够自动调控隧道衬砌的温度，使其保持在期望温度，从而防治隧道冻害，保障隧道结构安全，保证隧道的正常使用，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种隧道衬砌自适应智能保温结构，其设计巧妙，结构简洁，制造简便，成本低，适于大规模推广应用。

为达到以上目的，本发明提供一种隧道衬砌自适应智能保温结构，包括衬砌，其特点是，所述隧道衬砌自适应智能保温结构还包括金属网层、发热元件、温度测量装置、导热层、隔热层和温度控制装置，其中：

所述金属网层铺设在所述衬砌的内表面上，所述发热元件铺设在所述金属网层内，所述温度测量装置位于所述金属网层内并设置在所述的衬砌的内表面上用于测量所述衬砌的温度，所述导热层铺设在所述金属网层的内表面上，所述隔热层铺设在所述导热层的内表面上，所述温度测量装置信号连接所述温度控制装置用于将所述的衬砌的温度发送至所述温度控制装置，所述温度控制装置信号连接所述发热元件用于根据所述的衬砌的温度和所述温度控制装置内预设的温度期望值控制所述发热元件的发热。

较佳地，所述金属网层是铝合金网层。

较佳地，所述发热元件是发热电缆。

较佳地，所述温度测量装置位于所述衬砌和所述发热元件之间。

较佳地，所述温度测量装置是温度传感器。

较佳地，所述导热层的数目为2层，其中一层所述导热层铺设在所述的金属网层的内表面上，另外一层所述导热层铺设在该其中一层所述导热层的内表面上，所述隔热层铺设在该另外一层所述导热层的内表面上。

较佳地，所述导热层是导热金属箔层。

较佳地，所述隔热层是泡沫隔热层。

较佳地，所述隧道衬砌自适应智能保温结构还包括可控电源，所述可控电源电连接所述发热元件，所述温度控制装置信号连接所述可控电源用于根据所述的衬砌的温度和所述温度期望值控制所述可控电源的输出电压。

较佳地，所述温度控制装置设置在所述隔热层的内表面上。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的隧道衬砌自适应智能保温结构的金属网层铺设在衬砌的内表面上，发热元件铺设在金属网层内，温度测量装置位于金属网层内并设置在衬砌的内表面上用于测量衬砌的温度，导热层铺设在金属网层的内表面上，隔热层铺设在导热层的内表面上，温度测量装置信号连接温度控制装置用于将衬砌的温度发送至温度控制装置，温度控制装置信号连接发热元件用于根据衬砌的温度和温度控制装置内预设的温度期望值控制发热元件的发热，因此，其能够自动调控隧道衬砌的温度，使其保持在期望温度，从而防治隧道冻害，保障隧道结构安全，保证隧道的正常使用，适于大规模推广应用。

2、本发明的隧道衬砌自适应智能保温结构的金属网层铺设在衬砌的内表面上，发热元件铺设在金属网层内，温度测量装置位于金属网层内并设置在衬砌的内表面上用于测量衬砌的温度，导热层铺设在金属网层的内表面上，隔热层铺设在导热层的内表面上，温度测量装置信号连接温度控制装置用于将衬砌的温度发送至温度控制装置，温度控制装置信号连接发热元件用于根据衬砌的温度和温度控制装置内预设的温度期望值控制发热元件的发热，因此，其设计巧妙，结构简洁，制造简便，成本低，适于大规模推广应用。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和附图得以充分体现，并可通过发明内容中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的隧道衬砌自适应智能保温结构的一具体实施例的主视剖视示意图。

图2是图1所示的具体实施例的工作原理示意图。

(符号说明)

1衬砌；2金属网层；3发热元件；4温度测量装置；5导热层；6隔热层；7温度控制装置；8二次衬砌；9铝合金网层；10发热电缆；11温度传感器；12导热铜箔层；13泡沫隔热层；14围岩。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，本发明的隧道衬砌自适应智能保温结构包括衬砌1、金属网层2、发热元件3、温度测量装置4、导热层5、隔热层6和温度控制装置7，其中：

所述金属网层2铺设在所述衬砌1的内表面上，所述发热元件3铺设在所述金属网层2内，所述温度测量装置4位于所述金属网层2内并设置在所述的衬砌1的内表面上用于测量所述衬砌1的温度，所述导热层5铺设在所述金属网层2的内表面上，所述隔热层6铺设在所述导热层5的内表面上，所述温度测量装置4信号连接所述温度控制装置7用于将所述的衬砌1的温度发送至所述温度控制装置7，所述温度控制装置7信号连接所述发热元件3用于根据所述的衬砌1的温度和所述温度控制装置7内预设的温度期望值控制所述发热元件3的发热。

采用上述设置，所述温度控制装置7内可以预设所述衬砌1的所述温度期望值，即希望达到的衬砌温度，通过所述温度测量装置4测量所述的衬砌1的温度即实际的衬砌温度并发送给所述温度控制装置7，所述温度控制装置7通过比较所述的衬砌1的温度和所述温度期望值的大小控制所述发热元件3是否发热以及发热量的大小，如果所述的衬砌1的温度小于所述温度期望值，则控制所述发热元件3发热，所述的衬砌1的温度和所述温度期望值的差值越大，发热量越大，如果所述的衬砌1的温度大于或等于所述温度期望值，则控制所述发热元件3停止发热。

所述衬砌1可以是任何合适的衬砌，在本发明的一具体实施例中，所述衬砌1是二次衬砌8。

所述金属网层2可以是任何合适的金属网层，在本发明的一具体实施例中，所述金属网层2是铝合金网层9。

所述发热元件3可以是任何合适的发热元件，在本发明的一具体实施例中，所述发热元件3是发热电缆10。

所述温度测量装置4可以位于任何合适的位置，在本发明的一具体实施例中，所述温度测量装置4位于所述衬砌1和所述发热元件3之间。

所述温度测量装置4可以是任何合适的温度测量装置，在本发明的一具体实施例中，所述温度测量装置4是温度传感器11。

所述导热层5的厚度可以根据需要确定，在本发明的一具体实施例中，所述导热层5的厚度为1mm。

所述导热层5的数目可以根据需要确定，在本发明的一具体实施例中，所述导热层5的数目为2层，其中一层所述导热层5铺设在所述的金属网层2的内表面上，另外一层所述导热层5铺设在该其中一层所述导热层5的内表面上，所述隔热层6铺设在该另外一层所述导热层5的内表面上。

所述导热层5可以是任何合适材质的导热层，较佳地，所述导热层5是导热金属箔层。在本发明的一具体实施例中，所述导热金属箔层是导热铜箔层12。导热铜箔层12能快速将点热源转换成面热源，可以降低发热电缆10的温度，保护发热电缆10并延长其寿命，模切后可直接使用，不用包边，省时省成本，同时价格优势明显。

所述隔热层6可以是任何合适材质的隔热层，在本发明的一具体实施例中，所述隔热层6是泡沫隔热层13。所述泡沫隔热层13作为多闭孔结构能有效阻隔热量散失。

所述温度控制装置7信号连接所述发热元件3，可以采用任何合适的结构，在本发明的一具体实施例中，所述隧道衬砌自适应智能保温结构还包括可控电源(请参见图2所示)，所述可控电源电连接所述发热元件3，所述温度控制装置7信号连接所述可控电源用于根据所述的衬砌1的温度和所述温度期望值控制所述可控电源的输出电压。从而，所述温度控制装置7通过所述可控电源间接信号连接所述发热元件3用于根据所述的衬砌1的温度和所述温度期望值间接控制所述发热元件3的发热。这里的所谓的可控电源指的是输出电压可调节的电源。

所述温度控制装置7可以设置在任何合适的位置，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，所述温度控制装置7设置在所述隔热层6的内表面上。

所述温度控制装置7可以是任何合适式样的温度控制装置，在本发明的一具体实施例中，所述温度控制装置7是嵌入式温度控制装置。

施工时，在围岩14的内表面施工隧道的二次衬砌8，在隧道的二次衬砌8施工完成后，在二次衬砌8的内表面用螺栓固定铝合金网层9，发热电缆10铺设到铝合金网层9内，温度传感器11按监控需要分布在发热电缆10覆盖区域的衬砌1的内表面，再用两层1mm厚的导热铜箔层12将发热电缆10工作区域密封，泡沫隔热层13喷涂至导热铜箔层12的内表面以阻隔环境温度场的影响。

使用时，请参见图2所示，在温度控制装置7内预设温度期望值，通过温度传感器11测量二次衬砌8的温度并发送给温度控制装置7，温度控制装置7通过比较二次衬砌8的温度和温度期望值的大小控制可控电源是否输出输出电压以及输出电压的大小，如果衬砌1的温度小于温度期望值，则控制可控电源输出输出电压，使发热元件3通电发热，二次衬砌8的温度和温度期望值的差值越大，可控电源的输出电压越大，发热元件3的发热量越大，如果二次衬砌8的温度大于或等于温度期望值，则控制可控电源停止输出输出电压，使发热元件3停止发热。

因此，采用本发明，通过发热元件发热产生热辐射提升衬砌的温度，设置导热层快速将点热源转换成面热源可进一步增强对隧道结构层的热辐射量，而隔热层能有效阻隔热量散失。考虑到节能需求,本发明通过智能反馈控制原理进行自适应控制，通过程序编制可使温度控制装置根据温度测量装置测量的隧道结构实际温度值和预期值的偏差，自动调节发热元件的发热与否以及发热量的大小，自动化程度较高。

综上，本发明的隧道衬砌自适应智能保温结构能够自动调控隧道衬砌的温度，使其保持在期望温度，从而防治隧道冻害，保障隧道结构安全，保证隧道的正常使用，设计巧妙，结构简洁，制造简便，成本低，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。