趙 輝，胡鵬程，羅 鮮

(沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110013)

寒冷地區(qū)鐵路隧道排水設(shè)施電熱防凍技術(shù)

趙 輝，胡鵬程，羅 鮮

(沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110013)

結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)介紹了在排水溝底部敷設(shè)專(zhuān)用加熱電纜并運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施防凍害的技術(shù)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排水設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析顯示，隧道內(nèi)環(huán)境日平均溫度低至－15℃，排水溝水溫仍可基本穩(wěn)定在5℃左右，保證隧道排水通暢無(wú)凍結(jié)。電熱輔助防凍害技術(shù)能夠有效解決嚴(yán)寒地區(qū)既有鐵路隧道淺埋排水溝的凍害問(wèn)題。

寒冷地區(qū) 鐵路隧道排水 電熱輔助 防凍害

鐵路隧道防排水的設(shè)計(jì)通常根據(jù)《鐵路隧道防排水技術(shù)規(guī)范》(TB 10119—2000)中的規(guī)定進(jìn)行，對(duì)于寒冷地區(qū)鐵路隧道防排水需做防凍害設(shè)計(jì)。目前，在寒冷地區(qū)確定防寒水溝的形式與長(zhǎng)度主要依靠工程類(lèi)比，即根據(jù)當(dāng)?shù)刈罾湓缕骄鶜鉁睾蛥⒄锗徑乃淼来_定。但是，由于影響隧道內(nèi)氣溫、水溫的因素較多，尤其是特殊惡劣的局部氣候條件以及在施工當(dāng)中防凍措施不完善等因素容易造成排水設(shè)施凍害，如排水溝凍結(jié)將引起軌道道床結(jié)冰及隆起，嚴(yán)重影響行車(chē)安全。

由于排水凍害發(fā)生時(shí)隧道及線路大多已經(jīng)修建完成并投入運(yùn)用，如果采用增設(shè)中央深埋排水溝或防寒泄水洞的方式來(lái)解決，在技術(shù)、施工及經(jīng)費(fèi)方面均存在很大困難。本文結(jié)合巴新鐵路阿貴廟山隧道工程實(shí)例進(jìn)行電熱輔助防凍害技術(shù)的探討。

1 隧道凍害情況

該隧道為單線隧道，全長(zhǎng)2 960 m，位于直線上，設(shè)計(jì)為4.8‰的下坡。當(dāng)?shù)赝寥雷畲髢鼋Y(jié)深度1.73 m;最冷月平均氣溫 －13.3℃。隧道內(nèi)進(jìn)口端350 m和出口端400 m設(shè)雙層保溫水溝，洞身地段設(shè)普通水溝。

2013年11月底隧道道床內(nèi)發(fā)現(xiàn)有冰水混合物，2014年2月底時(shí)，從隧道口向隧道內(nèi)1 500 m范圍內(nèi)道床已結(jié)冰凍死，見(jiàn)圖1。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及凍害分析后，認(rèn)為主要原因是由于該隧道處于迎風(fēng)口且為直線隧道，隧道內(nèi)局部氣候條件惡劣，在12月和1月最低溫達(dá)到－28℃，洞內(nèi)排水保溫側(cè)溝的保溫效果不能達(dá)到預(yù)期要求，側(cè)溝內(nèi)水流由洞口向隧道內(nèi)逐層結(jié)冰并導(dǎo)致溢出擁塞。

圖1 隧道凍害現(xiàn)場(chǎng)

2 凍害整治方案

如表1所示擬定了2種方案，從技術(shù)、施工及經(jīng)費(fèi)等方面分析對(duì)比，確定在該隧道出口端延長(zhǎng)保溫側(cè)溝至1 500 m，并采取電熱加溫的凍害整治措施。

表1 兩種凍害整治方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電輔加溫系統(tǒng)由加熱元件、智能溫控、遠(yuǎn)程監(jiān)控及電力供應(yīng)4部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

加熱元件采用鎳鉻合金專(zhuān)用加熱電纜，分段敷設(shè)在排水溝底部。通電后，加熱電纜表面溫度能夠達(dá)到70～80℃，對(duì)排水溝內(nèi)流水進(jìn)行加溫。每段排水溝并排蛇形布置2條加熱電纜，一用一備。

圖2 電輔加溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

本系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)置了10臺(tái)智能溫控主機(jī)，大約每間隔300 m設(shè)置1臺(tái)，安裝在相近的避車(chē)洞內(nèi)壁。智能溫控主機(jī)根據(jù)該位置的水溫、氣溫等監(jiān)測(cè)參數(shù)自動(dòng)控制加熱電纜的運(yùn)行狀態(tài)，使該段水溝水溫保持在設(shè)定范圍內(nèi)，有效節(jié)約能源消耗。

現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程均配備了監(jiān)控主機(jī)，其遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)可以放置在任何可以接入互聯(lián)網(wǎng)的地方，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)采用數(shù)字化總線，對(duì)溫控主機(jī)和加熱電纜的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于維護(hù)和管理。

4 實(shí)施效果

從2014年12月起，經(jīng)過(guò)近4個(gè)月的運(yùn)用試驗(yàn)，隧道排水溝任何區(qū)段均未發(fā)生凍害。圖3為凍害整治后現(xiàn)場(chǎng)情況。

依據(jù)2015年1月隧道防凍害最不利點(diǎn)(最外端第1、第10監(jiān)測(cè)點(diǎn))的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制了日平均水溫和日平均環(huán)境溫度的變化曲線，見(jiàn)圖4?？梢?jiàn)即使日平均環(huán)境溫度低至－15℃，排水溝水溫仍可以基本穩(wěn)定在5℃左右，防凍害效果良好。

圖3 凍害整治后現(xiàn)場(chǎng)

圖4 第1，10監(jiān)測(cè)點(diǎn)日平均水溫和日平均環(huán)境溫度變化曲線

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季的運(yùn)用檢驗(yàn)，電熱輔助加溫作為一種簡(jiǎn)單易行的技術(shù)措施能夠有效解決嚴(yán)寒地區(qū)既有鐵路隧道排水設(shè)施尤其是淺埋水溝的凍害問(wèn)題。

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(責(zé)任審編 葛全紅)

U453.6

:BDOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.14

2015-05-10;

:2015-09-25

趙輝(1974— )，男，高級(jí)工程師。

1003-1995(2015)11-0047-02