本实用新型专利技术公开了一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，包括试验平台主体和温度测量系统，试验平台主体包括挡土围墙、人工填土和隧道，试验平台主体还包括风机和加热系统，风机用于将空气由隧道的端口注入隧道，加热系统用于对人工填土进行加热；温度测量系统包括温度测量装置、数据采集器和数据分析仪，温度测量装置的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端和数据分析仪的输入端相连，温度测量装置用于测量隧道内和人工填土内的温度。本实用新型专利技术可以研究不同围岩温度条件、不同入口风速对高地温隧道温度场的影响，可以为相似情形下高地温单洞隧道的温度场研究提供实验平台。
【技术实现步骤摘要】
一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置
本技术涉及一种试验装置，具体涉及一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置。
技术介绍
近年来，伴随我国国民经济的快速发展，铁路、公路建设规模不断扩大。在建设标准不断提高的同时，诞生了越来越多、越来越长的铁路隧道和公路隧道。在铁路隧道方面，根据铁路“十二五”规划，铁路系统将加快转变铁路发展模式，提升现代化水平，建设与经济社会发展基本适应的铁路网，到2015年，运营里程达到12万公里，截至2014年底，我国铁路运营总里程已突破11万公里，其中高铁运营总里程超过1.5万公里；在公路建设方面，截止2008年底，我国已通车高速公路里程突破了6万公里，其中特长(长度大于3000m)公路隧道达96座。在这些交通隧道中，有相当大一部分属于大埋深的越岭型特长交通隧道。在我国交通隧道建设向着埋深越来越大、长度越来越长的方向发展的同时，高地温隧道大量涌现。如何有效防止高温热害问题，一直是隧道建设及运营中关注的重大技术问题。根据国内外研究报导，高地温对隧道工程的不利影响主要表现在：1、恶化施工作业环境，降低劳动生产率，并严重威胁到施工人员的健康和安全；2、影响施工及建筑材料的选取，如耐高温炸药、止水带、排水盲管及防水板等；3、产生的附加温度应力可能引起衬砌开裂，对衬砌结构的安全及耐久性不利；4、隧道内的高温高湿将导致机械设备的工作条件恶化、效率降低、故障增多；5、隧道运营时养护维修困难，增大运营成本；6、隧道内发生火灾时，高地温会增加救援难度。一般来说，地温超过30℃时，称为高地温。隧道越长、埋深越大，高地温问题越严重。从国内外高地温隧道实践情况来看，当原始岩温达到35℃、湿度达到80％时，深埋隧道中的高地温问题已非常严重。鉴于高地温对隧道施工及运营的危害性，研究高地温围岩温度场发展规律以及通风对高地温隧道温度场的降温规律对控制高地温隧道运营环境的温度具有重要指导意义。在高地温研究方面，由于工程实例较少，研究成果不多，且主要体现在高地温的预测方面，而对于高地温隧道温度场的研究方法包括现场监测、理论研究和模型试验三种，目前的研究主要集中在现场监测和理论研究两方面，模型试验这一方面的研究尚为不足。
技术实现思路
本技术所要解决的是针对高地温隧道温度场的研究方法包括现场监测、理论研究和模型试验三种，而现有高地温研究主要集中在现场监测和理论研究两方面，模型试验这一方面的研究尚为不足的问题，目的在于提供一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置。本技术通过下述技术方案实现：一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，包括试验平台主体和温度测量系统，所述试验平台主体包括挡土围墙、填充于挡土围墙内的人工填土和设置于人工填土内的隧道，所述试验平台主体还包括风机和加热系统，所述风机用于将空气由隧道口注入隧道，所述加热系统用于对人工填土进行加热；所述温度测量系统包括温度测量装置、数据采集器和数据分析仪，温度测量装置的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端和数据分析仪的输入端相连，所述温度测量装置用于测量隧道内和人工填土内的温度。本技术为专门针对研究高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，是一种模型试验装置，通过设置风机和加热系统，可以研究模拟高地温隧道的温度场，可以为相似情形下高地温隧道的温度场研究提供试验平台支持，通过改变风机的风速，可以研究不同的风速对高地温隧道温度场的影响。进一步地，所述加热系统包括多根电热管和多块钢板，所述电热管的数量与钢板的数量相等，电热管固定于钢板上，钢板设置于挡土围墙与人工填土之间，且钢板外侧紧贴挡土围墙。通过对电热管通电加热，可以对人工填土进行加热，实现模拟高地温隧道围岩环境。进一步地，所述电热管蜿蜒固定于钢板上。将电热管设置为蜿蜒螺旋型，可以加大电热管与试验平台主体的接触面积，增强加热效果，提高加热效率，也可以使热量传递更加均匀。进一步地，还包括温控系统，所述温控系统包括第一温度探头和控电箱，所述第一温度探头设置于人工填土中，且第一温度探头与钢板的之间的距离和与隧道中心线之间的距离相等，第一温度探头用于采集温度信号并将温度信号传递给控电箱，控电箱用于接收第一温度探头的温度信号并根据温度信号控制电热管的断电或供电。设置温控系统，当第一温度探头检测到的温度值大于控电箱的预设值，控电箱会使电热管自动断电，使电热管停止加热，当第一温度探头检测到的温度值小于控电箱的预设值，控电箱自动为电热管供电，使电热管开始加热，通过改变控电箱的预设值，可以模拟不同温度条件下风速对高地温隧道温度场的影响。进一步地，所述温度测量装置包括多根第二温度探头和多根第三温度探头，第二温度探头设置于隧道内，第三温度探头设置人工填土内，第二温度探头和第三温度探头的输出端均与数据采集器的输入端相连。本技术通过同时对隧道和人工填土内的温度进行测量，使得数据采集更准确全面，模拟效果更真实。进一步地，所述第二温度探头设置于隧道的中心线上，且第二温度探头和第三温度探头的水平高度相同，多根第三温度探头与一根第二温度探头构成一个温度测量组，所述温度测量装置包括多个温度测量组，每一个温度测量组中的第二温度探头和第三温度探头位于试验平台主体的同一横截面，且每一个温度测量组中的每一根第三温度探头与第一温度探头之间的距离不相等。在实际情况中，隧道端部和隧道深处的温度不一样，山体内和隧道内的温度也不一样，本技术采取了多截面测温，每个截面也由内到外进行多点测量，由此得到的数据更全面真实。进一步地，相邻温度测量组在隧道轴向方向上的距离相等。让温度测量组规律分布，便于数据统计和分析。进一步地，每一个温度测量组中有一根第三温度探头设置于隧道外壁，且剩余每根第三温度探头与隧道外壁的第三温度探头的距离够成等差数列。让每一个温度测量组中的温度探头规律分布，便于数据统计和分析。进一步地，其特征在于，在隧道的端部还单独设置有一根第二温度探头。进一步地，还包括隔热板，所述隔热板设置于钢板与挡土围墙之间，所述挡土围墙由耐高温状砌筑而成，所述隧道壁石膏砌筑而成。本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本技术为专门针对研究高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，可以研究不同围岩温度条件、不同入口风速对高地温隧道温度场的影响，可以为相似情形下高地温单洞隧道的温度场研究提供实验平台。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。在附图中：图1为本技术结构示意图。图2为本技术的第二温度探头和第三温度探头布置的正视图。图3为本技术的第二温度探头和第三温度探头布置的俯视图。图4为本技术的温度测量系统的结构框图。附图中标记及对应的零部件名称：1—隧道，2—电热管，3—钢板，4—第一温度探头，5—控电箱，6—人工填土，7—挡土围墙，8—风机，9—第二温度探头，10—第三温度探头。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明，本技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本技术，并不作为对本技术的限定。实施例1如图1、图2、图3和图4所示，本施例提供一种高地温隧道围岩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，包括试验平台主体和温度测量系统，所述试验平台主体包括挡土围墙(7)、填充于挡土围墙(7)内的人工填土(6)和设置于人工填土(6)内的隧道(1)，其特征在于：所述试验平台主体还包括风机(8)和加热系统，所述风机(8)用于将空气由隧道(1)的端口注入隧道(1)，所述加热系统用于对人工填土(6)进行加热；所述温度测量系统包括温度测量装置、数据采集器和数据分析仪，温度测量装置的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端和数据分析仪的输入端相连，所述温度测量装置用于测量隧道(1)内和人工填土(6)内的温度。
【技术特征摘要】
1.一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，包括试验平台主体和温度测量系统，所述试验平台主体包括挡土围墙(7)、填充于挡土围墙(7)内的人工填土(6)和设置于人工填土(6)内的隧道(1)，其特征在于：所述试验平台主体还包括风机(8)和加热系统，所述风机(8)用于将空气由隧道(1)的端口注入隧道(1)，所述加热系统用于对人工填土(6)进行加热；所述温度测量系统包括温度测量装置、数据采集器和数据分析仪，温度测量装置的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端和数据分析仪的输入端相连，所述温度测量装置用于测量隧道(1)内和人工填土(6)内的温度。2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，其特征在于，所述加热系统包括多根电热管(2)和多块钢板(3)，所述电热管(2)的数量与钢板(3)的数量相等，电热管(2)固定于钢板(3)上，钢板(3)设置于挡土围墙(7)与人工填土(6)之间，且钢板(3)外侧紧贴挡土围墙(7)。3.根据权利要求2所述的一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，其特征在于，所述电热管(2)蜿蜒固定于钢板(3)上。4.根据权利要求2或3所述的一种高地温隧道围岩与风流传热的试验装置，其特征在于，还包括温控系统，所述温控系统包括第一温度探头(4)和控电箱(5)，所述第一温度探头(4)设置于人工填土(6)中，且第一温度探头(4)与钢板(3)的之间的距离和与隧道(1)中心线之间的距离相等，第一温度探头(4)用于采集温度信号并将温度信号传递给控电箱(5)，控电箱(5)用于接收第一温度探头(4)的温度信号并根据温度信号控制电热管(2)的断电或供电。5.根据权利要求4所述的一种高...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾艳华，白赟，刘科麟，严晓楠，杨宗贤，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川,51
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