寒区隧道保温装备

1.本发明属于隧道防冻技术领域，具体涉及一种寒区隧道保温装备。


背景技术：

2.修建隧道可以减少车辆的行驶路程和道路的修建成本，缩短公路铁路成本，隧道更加接近两地之间的直线距离，还能起到和水上桥梁类似的作用，即减少行驶时间，提到客运量。
3.随着我国铁路网和公路网向高海拔等气候恶劣的寒冷地区延伸，在高寒地区规划修建的隧道数量也逐渐增加。隧道的侧壁由衬砌构筑而成，高寒地区的隧道普遍存在冻害，引发冻害的主要原因是：隧道围岩为固体、液体、气体组成的三相多孔介质，隧道围岩由于受到冻融循环的影响，围岩内部会出现许多裂隙，形成水的通路，在低温环境下，水结冰体积增大，对隧道衬砌结构产生附加的冻胀力，破坏隧道衬砌结构，继而造成危及行车安全的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种寒区隧道保温装备，旨在高效的利用太阳能，实现对隧道的衬砌进行保暖，避免衬砌因冻害产生损坏。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种寒区隧道保温装备，包括：
6.太阳能供电装置，设于隧道之外，所述太阳能供电装置具有基体、第一支架、太阳能板、储能供电模块、俯仰驱动结构和光线传感器，第一支架的一端转动连接于所述基体的上部，所述第一支架的转轴垂直于上下方向；太阳能板连接于所述第一支架的另一端；储能供电模块与所述太阳能板导电连接，俯仰驱动结构设于所述基体和所述第一支架之间，用于调节所述第一支架的俯仰角度；
7.第一温度传感器，设于太阳能供电装置，用于感测所述隧道之外的环境温度；
8.加热装置，贴合于所述隧道的内表面设置，所述加热装置与所述储能供电模块导电连接；
9.第二温度传感器，贴合于所述隧道的内表面设置，用于感测所述隧道内表面的温度；
10.保温层结构，覆盖于所述隧道的内表面，所述加热装置位于所述隧道的内表面和所述保温层结构之间；以及
11.控制装置，所述控制装置分别与所述储能供电模块、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述光线传感器导电连接。
12.在一种可能的实现方式中，所述保温层结构包括从内向外依次设置的防腐防火层、保温板和温度反射膜。
13.在一种可能的实现方式中，所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝沿所述隧道的周向呈波浪状分布，所述第二温度传感器设有多个，所述第二温度传感器设于所述电阻丝
的波峰或波谷处。
14.在一种可能的实现方式中，所述俯仰驱动结构包括伸缩驱动器，所述伸缩驱动器的一端转动连接于所述基体，另一端转动连接于所述第一支架。
15.在一种可能的实现方式中，所述伸缩驱动器为伸缩气缸。
16.在一种可能的实现方式中，所述基体包括下壳体和上壳体，所述下壳体和所述上壳体均为一端封闭且另一端开放的圆筒状构件，所述下壳体的上端为开放端，所述上壳体的下端为开放端，所述下壳体的开放端对接于所述上壳体的开放端，且所述下壳体和所述上壳体之间以预设轴线为转轴转动配合，所述预设轴线平行于上下方向；
17.所述第一支架和所述俯仰驱动结构分别连接于所述上壳体，所述下壳体用于与所述隧道的外部固接；
18.所述太阳能供电装置还包括转向驱动结构，所述转向驱动结构设于所述上壳体和所述下壳体之间，用于驱动所述上壳体转动。
19.在一种可能的实现方式中，所述转向驱动结构包括：
20.内齿轮，固定于所述上壳体的内壁；
21.驱动齿轮，与所述内齿轮啮合；以及
22.转向驱动器，设于所述下壳体之内，且传动连接于所述驱动齿轮。
23.在一种可能的实现方式中，所述转向驱动器的输出轴垂直于上下方向，所述俯仰驱动结构包括：
24.第三支架，设于所述上壳体之内，且固定于所述下壳体，所述第三支架的内侧设有沿上下方向分布的第一齿条；
25.升降杆，沿上下方向滑动穿设于所述上壳体的封闭端，并与所述第三支架上下滑动配合，所述升降杆的外周面设有与所述第一齿条对应的第二齿条；
26.连杆，一端转动连接于所述升降杆的顶端，另一端转动连接于所述第一支架；
27.多个调节齿轮，沿上下方向分布，每个所述调节齿轮均与所述第一齿条和所述第二齿条啮合；
28.连接架，与多个所述调节齿轮转动连接；以及
29.曲柄摇杆机构，一端转动连接于所述连接架，另一端与所述转向驱动器的输出轴固接。
30.在一种可能的实现方式中，所述上壳体的下端形成有向下开口的导向环槽，所述下壳体的上端插设于所述导向环槽内。
31.在一种可能的实现方式中，所述寒区隧道保温装备还包括多个绕所述基体的周向分布的第二支架，所述第二支架具有主支腿和连接板，所述主支腿的一端通过第一转轴转动连接于所述基体的下部，所述连接板的一侧通过第二转轴转动连接于所述基体的下部，所述连接板上开设有固定通孔，所述第一转轴和所述第二转轴均垂直于上下方向。
32.本技术实施例所示的方案，与现有技术相比，通过第一温度传感器和第二温度传感器能感测隧道内外温差，当感测到隧道内温度低于指定温度值，或隧道之外的环境温度低于隧道内的温度时，则向控制装置反馈加热信号，控制装置根据加热信号开启加热装置，加热装置从太阳能供电装置处获取电能，进而从隧道衬砌的内侧面开始进行加热；同时，通过保温层结构避免加热装置产生的热能损失，使加热更加有效，更加节能；另外，通过光线
传感器160来感测太阳光线变化角度、范围，其与控制装置导电连接，通过光线传感器160所感测到的参数，控制装置能通过俯仰驱动结构150控制第一支架120的俯仰角度，进而控制太阳能板130的俯仰角度。本技术的寒区隧道保温装备能够根据隧道内外环境温度的变化实现加热的智能控制；同时其保温效果好，更加节能，能够有效实现对隧道的衬砌进行保暖，避免衬砌因冻害产生损坏；另外，能根据太阳光线变化角度、范围来调整太阳能板的俯仰角度，进而能使太阳能板与太阳光线之间始终保持合适的角度，进而高效的利用太阳能来提高发电效率。
附图说明
33.图1为本发明实施例一提供的寒区隧道保暖设备的装配结构示意图；
34.图2为图1中太阳能供电装置的结构示意图；
35.图3为本发明实施例一采用的电阻丝在隧道内的布置状态示意图；
36.图4为本发明实施例一采用的保温层结构与电阻丝的装配结构示意图；
37.图5为本发明实施例二采用的太阳能供电装置的结构示意图；
38.图6为本发明实施例二采用的转向驱动结构的装配结构示意图；
39.图7为本发明实施例三采用的太阳能供电装置的内部结构示意图。
40.附图标记说明：
41.100、太阳能供电装置；110、基体；111、下壳体；112、上壳体；113、导向环槽；120、第一支架；130、太阳能板；140、储能供电模块；
42.150、俯仰驱动结构；151、伸缩驱动器；152、第三支架；153、升降杆；154、连杆；155、调节齿轮；156、连接架；157、第一齿条；158、第二齿条；159、曲柄摇杆机构；
43.160、光线传感器；170、转向驱动结构；171、内齿轮；172、驱动齿轮；173、转向驱动器；174、驱动支架；175、第一锥齿轮；176、第二锥齿轮；
44.200、第一温度传感器；
45.300、加热装置；310、电阻丝；
46.400、第二温度传感器；
47.500、保温层结构；510、防腐防火层；520、保温板；530、温度反射膜；
48.600、隧道；
49.700、第二支架；710、主支腿；720、连接板；730、第一转轴；740、第二转轴；750、固定通孔；
50.800、控制装置。
具体实施方式
51.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
52.需要理解的是，本技术中的术语“内”指的是朝向隧道行车空间的一侧，反之则为“外”。
53.请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的寒区隧道保温装备进行说明。所述寒区
隧道保温装备，包括太阳能供电装置100、第一温度传感器200、加热装置300、第二温度传感器400、保温层结构500和控制装置；太阳能供电装置100设于隧道600之外，其具有基体110、第一支架120、太阳能板130、储能供电模块140、俯仰驱动结构150和光线传感器160，第一支架120的一端转动连接于基体110的上部，第一支架120的转轴垂直于上下方向；太阳能板130连接于第一支架120的另一端，储能供电模块140与太阳能板130导电连接，俯仰驱动结构150设于基体110和第一支架120之间，用于调节第一支架120的俯仰角度；第一温度传感器200设于太阳能供电装置100，用于感测隧道600之外的环境温度；加热装置300贴合于隧道600的内表面设置，加热装置300与储能供电模块140导电连接；第二温度传感器400贴合于隧道600的内表面设置，用于感测隧道600内表面的温度；保温层结构500覆盖于隧道600的内表面，加热装置300位于隧道600的内表面和保温层结构500之间；控制装置分别与储能供电模块140、第一温度传感器200、第二温度传感器400和光线传感器160导电连接。
54.需要说明的是，本技术的寒区隧道保温装备可应用于隧道洞口的保温，同样适用于地铁、矿山隧道、暗洞等一些特殊工程的运营期保温。
55.需要理解的是，由于隧道600的侧壁由衬砌构筑而成，隧道600的内表面即衬砌的内表面。
56.本实施例提供的寒区隧道保温装备，与现有技术相比，通过第一温度传感器200和第二温度传感器400能感测隧道600内外温差，当感测到隧道600内温度低于指定温度值，或隧道600之外的环境温度低于隧道600内的温度时，则向控制装置800反馈加热信号，控制装置800根据加热信号开启加热装置，加热装置300从储能供电模块140处获取电能，进而从隧道衬砌的内侧面开始进行加热；同时，通过保温层结构500避免加热装置300产生的热能损失，使加热更加有效，更加节能；另外，通过光线传感器160来感测太阳光线变化角度、范围，其与控制装置导电连接，通过光线传感器160所感测到的参数，控制装置能通过俯仰驱动结构150控制第一支架120的俯仰角度，进而控制太阳能板130的俯仰角度。本技术的寒区隧道保温装备能够根据隧道内外环境温度的变化实现加热的智能控制；同时其保温效果好，更加节能，能够有效实现对隧道的衬砌进行保暖，避免衬砌因冻害产生损坏；另外，能根据太阳光线变化角度、范围来调整太阳能板130的俯仰角度，进而能使太阳能板130与太阳光线之间始终保持合适的角度，进而高效的利用太阳能来提高发电效率。
57.另外，太阳能板130在接受光照后通过光伏效应产生电能，电能可以存储在储能供电模块140中，以便在光照不足的情况下持续的进行供电，也可以通过储能供电模块140实施传输给加热装置300，保证供电稳定可靠。
58.具体实施时，参阅图1及图2，第一支架120绕基体110的周向设有多个，太阳能板130和第一支架120一一对应，同样设有多个，这种设置方式使得太阳能供电装置100能同时接受多个方向的光照，提高发电效率。在此基础上，可在相邻的第一支架120之间设置连接架体，以便提升第一支架120的结构强度。
59.具体实施时，参阅图2，为了提升光线传感器160的有效性和灵敏性，光线传感器160设于太阳能板130。
60.在一些实施例中，参阅图4，保温层结构500包括从内向外依次设置的防腐防火层510、保温板520和温度反射膜530。温度反射膜530临近加热装置300，其将加热装置300所产生的热量直接进行反射，避免其向隧道600的内部空间发散；通过保温板520进一步提升了
保温效果；通过设置防腐防火层510防止保温板因外界环境复杂而发生腐蚀、着火等情况。本实施例采用的保温层结构500的整体结构简单，保温效果好，使用安全性高。
61.具体实施时，防腐防火层510的材质为防腐防火漆。通过涂刷的方式使防腐防火漆覆盖保温板520的内侧面，操作难度较低，同时还有利于保证防腐防火层510厚度的均匀性。
62.在一些实施例中，参阅图1及图3，加热装置300包括电阻丝310，电阻丝310沿隧道600的周向呈波浪状分布，第二温度传感器400设有多个，第二温度传感器400设于电阻丝310的波峰或波谷处。电阻丝310的加热效率高，且结构简单，布设方便，通过波浪状的布置方式，使得隧道600的内侧面受热均匀。需要理解的是，电阻丝310与太阳能供电装置100的导电连接，可以是将电阻丝310靠近隧道洞口的一端伸出隧道600，并依照隧道600外山体的走势分布，直至连接至太阳能供电装置100。
63.在一些实施例中，参阅图5及图7，俯仰驱动结构150包括伸缩驱动器151，伸缩驱动器151的一端转动连接于基体110，另一端转动连接于第一支架120。俯仰驱动结构150的结构简单，控制方便，角度调节的连贯性号，且响应速度也较快。
64.具体实施时，参阅图5，伸缩驱动器151为伸缩气缸。当然伸缩驱动器151也可以是电推杆等结构，能实现伸缩动作即可，在此不再一一例举。
65.作为基体110的一种具体实施方式，参阅图5至图7，基体110包括下壳体111和上壳体112，下壳体111和上壳体111均为一端封闭且另一端开放的圆筒状构件，下壳体111的上端为开放端，上壳体112的下端为开放端，下壳体111的开放端对接于上壳体112的开放端，且下壳体111和上壳体112之间以预设轴线为转轴转动配合，预设轴线平行于上下方向；第一支架120和俯仰驱动结构150分别连接于上壳体112，下壳体111用于与隧道600的外部固接；太阳能供电装置100还包括转向驱动结构170，转向驱动结构170设于上壳体112和下壳体111之间，用于驱动上壳体112转动。
66.本实施例适用于太阳能板130沿基体110的周向非均匀分布的情况(例如图5中所示的仅设置一个太阳能板130，或者多个太阳能板130均集中于基体110的同一侧设置)，非均匀分布的情况主要是考虑到太阳能供电装置100依山而设，临近山体的一侧不能有效的接受光照，该侧的太阳能板130的发电效率不高，若采用多个太阳能板130沿基体110的周向均匀分布的方式则会造成浪费，提高使用成本。本实施例通过使上壳体112能发生自转(自转轴线即为预设轴线)，在转向驱动结构170的控制下能在上壳体112自转的过程中使调节太阳能板130的横向角度，进而更好的逐光，最大程度的提升发电效率。
67.具体实施时，转向驱动结构170的控制过程可根据控制装置中的预设程序执行，无需使用传感器实时感测，也可根据光线传感器160所感测的光照信号进行调节，在此不再赘述。
68.作为转向驱动结构170的一种具体实施方式，参阅图6及图7，转向驱动结构170包括内齿轮171、驱动齿轮172和转向驱动器173；内齿轮171固定于上壳体112的内壁；驱动齿轮172与内齿轮171啮合；转向驱动器173设于下壳体111之内，且传动连接于驱动齿轮172。本实施例的转向驱动结构170整体结构简单紧凑，占用基体110内部空间较小，其他功能模块(例如储能供电模块140)能得到更合理的空间分布；同时，其能提供有效的传动，能灵活且连续的调节横向的角度。
69.具体实施时，参阅图6，转向驱动器173的输出轴平行于上下方向，驱动齿轮172直
接同轴固定于转向驱动器173的输出轴。在此基础上，转向驱动器173通过驱动支架174安装于下壳体111内，驱动支架174具有向上开口的定位槽，以对转向驱动器173实现纵向和横向的定位，当转向驱动器173的底部装入定位槽之内后可通过螺纹连接件实现进一步固定；另外，驱动支架174与下壳体111连接的部位呈三角形结构，提高结构强度。
70.在一些实施例中，参阅图7，转向驱动器170的输出轴垂直于上下方向，俯仰驱动结构150包括第三支架152、升降杆153、连杆154、调节齿轮155、连接架156和曲柄摇杆机构159；第三支架153设于上壳体112之内，且固定于下壳体111，第三支架152的内侧设有沿上下方向分布的第一齿条157；升降杆153沿上下方向滑动穿设于上壳体112的封闭端，并与第三支架152上下滑动配合，升降杆153的外周面设有与第一齿条157对应的第二齿条158；连杆154的一端转动连接于升降杆153的顶端，另一端转动连接于第一支架120；调节齿轮155设有多个，多个调节齿轮155沿上下方向分布，每个调节齿轮155均与第一齿条157和第二齿条158啮合；连接架156与多个调节齿轮155转动连接；曲柄摇杆机构159的一端转动连接于连接架156，另一端与转向驱动器173的输出轴固接。
71.本实施例中，转向驱动器170所输出的扭矩不仅能驱动上壳体112的转动，同时还能驱动第一支架120的俯仰调节，当进行俯仰调节时，曲柄摇杆机构159动作，推动连接架156上下移动，连接架156的下移动使得调节齿轮155滚动，进而通过与第二齿条158的啮合使升降杆153上下移动，升降杆153的上下移动又会带动连杆154移动，最终通过连杆154带动第一支架120俯仰动作。本实施例可通过合理设置曲柄摇杆机构159的尺寸，以及驱动齿轮172与内齿轮171之间的传动比，在转向驱动器170启动时，合理的使转动动作和俯仰动作同步进行，提高调节效率。
72.具体实施时，参阅图7，曲柄摇杆机构包括曲柄和摇杆，其中，曲柄的一端垂直固定于转向驱动器170的输出轴，摇杆的一端转动连接于曲柄的另一端，摇杆的另一端转动连接于连接架156。
73.具体实施时，参阅图7，由于转向驱动器170的输出轴垂直于上下方向，其输出轴处同轴设有第一锥齿轮175，驱动齿轮172的转轴依然平行于上下方向，驱动齿轮172的上侧同轴固定有第二锥齿轮176，第一锥齿轮175啮合于第二锥齿轮176。
74.具体实施时，参阅图7，由于第三支架152与下壳体111的相对位置不变，为了在上壳体112转动时保持第三支架152的稳定性，可在第三支架152上设置导向凸块，同时在上壳体112的内壁开设环形的导向槽，导向凸块始终保持滑动插设在导向槽内的状态。
75.在一些实施例中，参阅图7，上壳体112和下壳体111围合形成容置腔，控制装置800和储能供电模块140均设于容置腔内，这种设置使得太阳能供电装置100的整体结构简单紧凑，便于转运和组装，同时还能通过上壳体112和下壳体111对控制装置800和储能供电模块140起到有效的防护作用。
76.在一些实施例中，参阅图6及图7，为了保证上壳体112与下壳体111之间位置的稳定性，上壳体112的下端形成有向下开口的导向环槽113，下壳体111的上端插设于导向环槽113内。
77.在一些实施例中，参阅图5，寒区隧道保温装备还包括多个绕基体110的周向分布的第二支架700，第二支架700具有主支腿710和连接板720，主支腿710的一端通过第一转轴730转动连接于基体110的下部，连接板720的一侧通过第二转轴740转动连接于基体110的
下部，连接板720上开设有固定通孔750，第一转轴730和第二转轴740均垂直于上下方向。由于主支腿710和连接板720均能发生转动，因此，第二支架700能根据上提的走势灵活的调节主支腿710和连接板720的角度，使得连接板720能更好的贴合山体，最终通过贯穿固定通孔750的螺栓进行固定即可。需要理解的是，当基体110包括上壳体112和下壳体111时，第二支架700连接于下壳体111。
78.可选的，主支腿710和连接板720之间也可以是不能转动的结构，如图1及图2所示。
79.具体实施时，第一转轴730处可设置阻尼结构，在调节作用力撤销后主支腿710能固定在该角度，避免在安装于山体的过程中因主支腿710支撑不利导致基体110倾倒的风险。
80.本技术寒区隧道保温装备的安装过程大致为：
81.1)将隧道600洞口处的衬砌清理干净，将电阻丝310用粘性基体材料呈波浪状固定牢靠；
82.2)将温度反射膜530均匀的铺设于保温板520的外侧面，并将第二温度传感器400固定在温度反射膜530的外侧面，保温板520的内侧面涂刷防腐防火漆，形成保温层结构500；
83.3)将保温层结构500覆盖于电阻丝310的内侧，用粘性基体材料固定牢靠；
84.4)在隧道600拱顶上方岩体表面选择光照充足、无遮挡的位置，将第二支架700固定牢靠，在基体110上安装预装有光线传感器160的太阳能板130；
85.5)将电阻丝310导电连接于储能供电模块140，即成。
86.本技术寒区隧道保温装备的使用过程大致为：
87.1)太阳能板130会根据光照位置、方向自行改变其分布方向，以此来获得最佳的吸能发电效率；
88.2)当需要加热时，控制装置控制储能供电模块140向电阻丝310供电，使得隧道600内(尤其是洞口段)的衬砌始终保持在预设温度；
89.3)当第二温度传感器400检测到电阻丝310长时间温度无变化，也会通过控制装置向远程控制中心发出故障信号申请报修。
90.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。