寒冷地區鐵路隧道排水設施電熱防凍技術

趙 輝，胡鵬程，羅 鮮

(沈陽鐵路局科學技術研究所，遼寧 沈陽 110013)

寒冷地區鐵路隧道排水設施電熱防凍技術

趙 輝，胡鵬程，羅 鮮

(沈陽鐵路局科學技術研究所，遼寧 沈陽 110013)

結合工程實例詳細介紹了在排水溝底部敷設專用加熱電纜并運用遠程監控技術實時對現場設備運行狀態進行監控，實現排水設施防凍害的技術。對現場排水設施監測數據的分析顯示，隧道內環境日平均溫度低至－15℃，排水溝水溫仍可基本穩定在5℃左右，保證隧道排水通暢無凍結。電熱輔助防凍害技術能夠有效解決嚴寒地區既有鐵路隧道淺埋排水溝的凍害問題。

寒冷地區 鐵路隧道排水 電熱輔助 防凍害

鐵路隧道防排水的設計通常根據《鐵路隧道防排水技術規范》(TB 10119—2000)中的規定進行，對于寒冷地區鐵路隧道防排水需做防凍害設計。目前，在寒冷地區確定防寒水溝的形式與長度主要依靠工程類比，即根據當地最冷月平均氣溫和參照鄰近的隧道確定。但是，由于影響隧道內氣溫、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中防凍措施不完善等因素容易造成排水設施凍害，如排水溝凍結將引起軌道道床結冰及隆起，嚴重影響行車安全。

由于排水凍害發生時隧道及線路大多已經修建完成并投入運用，如果采用增設中央深埋排水溝或防寒泄水洞的方式來解決，在技術、施工及經費方面均存在很大困難。本文結合巴新鐵路阿貴廟山隧道工程實例進行電熱輔助防凍害技術的探討。

1 隧道凍害情況

該隧道為單線隧道，全長2 960 m，位于直線上，設計為4.8‰的下坡。當地土壤最大凍結深度1.73 m;最冷月平均氣溫 －13.3℃。隧道內進口端350 m和出口端400 m設雙層保溫水溝，洞身地段設普通水溝。

2013年11月底隧道道床內發現有冰水混合物，2014年2月底時，從隧道口向隧道內1 500 m范圍內道床已結冰凍死，見圖1。經多次現場調查及凍害分析后，認為主要原因是由于該隧道處于迎風口且為直線隧道，隧道內局部氣候條件惡劣，在12月和1月最低溫達到－28℃，洞內排水保溫側溝的保溫效果不能達到預期要求，側溝內水流由洞口向隧道內逐層結冰并導致溢出擁塞。

圖1 隧道凍害現場

2 凍害整治方案

如表1所示擬定了2種方案，從技術、施工及經費等方面分析對比，確定在該隧道出口端延長保溫側溝至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缺點對比

3 系統設計

電輔加溫系統由加熱元件、智能溫控、遠程監控及電力供應4部分組成。其結構如圖2所示。

加熱元件采用鎳鉻合金專用加熱電纜，分段敷設在排水溝底部。通電后，加熱電纜表面溫度能夠達到70～80℃，對排水溝內流水進行加溫。每段排水溝并排蛇形布置2條加熱電纜，一用一備。

圖2 電輔加溫系統結構示意

本系統根據需要設置了10臺智能溫控主機，大約每間隔300 m設置1臺，安裝在相近的避車洞內壁。智能溫控主機根據該位置的水溫、氣溫等監測參數自動控制加熱電纜的運行狀態，使該段水溝水溫保持在設定范圍內，有效節約能源消耗。

現場和遠程均配備了監控主機，其遠程監控主機可以放置在任何可以接入互聯網的地方，能夠實現對現場設備的監控。系統采用數字化總線，對溫控主機和加熱電纜的運行參數和狀態進行實時監控，便于維護和管理。

4 實施效果

從2014年12月起，經過近4個月的運用試驗，隧道排水溝任何區段均未發生凍害。圖3為凍害整治后現場情況。

依據2015年1月隧道防凍害最不利點(最外端第1、第10監測點)的監測數據統計結果繪制了日平均水溫和日平均環境溫度的變化曲線，見圖4。可見即使日平均環境溫度低至－15℃，排水溝水溫仍可以基本穩定在5℃左右，防凍害效果良好。

圖3 凍害整治后現場

圖4 第1，10監測點日平均水溫和日平均環境溫度變化曲線

5 結語

經過一個冬季的運用檢驗，電熱輔助加溫作為一種簡單易行的技術措施能夠有效解決嚴寒地區既有鐵路隧道排水設施尤其是淺埋水溝的凍害問題。

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(責任審編 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，高級工程師。

1003-1995(2015)11-0047-02