[发明专利]一种寒区隧道温度场监测装置及其试验方法

权利要求书

1.一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：所述监测装置包括模型列车加速装置(10)，外界气温控制装置(1)、洞内气温控制装置(2)、围岩地温控制装置(3)、隧道模型(6)以及温度和风速检测装置(14)，所述的模型列车加速装置(10)与隧道模型(6)相连，中间设有前端保温隔板(5)，模型列车支架(9)通过滑块(11)与模型列车加速装置(10)由螺栓进行连接；外界气温控制装置(1)控制试验装置的外界环境温度；洞内气温控制装置(2)控制隧道模型(6)的洞内气温；围岩温度控制装置(3)控制隧道模型(6)的围岩温度。

2.根据权利要求1所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于所述的外界气温控制装置(1)内含有变频风机和制冷装置；洞内气温控制装置(2)内含有变频风机和制冷装置；围岩温度控制装置(3)内含有蓄水结构(13)和气压室。

3.根据权利要求1所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：所述外界气温控制装置(1)采用封闭式制冷装置；洞内气温控制装置(2)采用封闭式制冷装置；围岩温度控制装置(3)采用封闭式水循环装置。

4.根据权利要求1所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：模型列车加速装置(10)采用直线电机进行加速，由皮带牵引模型列车(8)高速运行，模型列车(8)采用有机玻璃开模制作以CRH 380和谐号模型为制作蓝本，模型比例为1:50。

5.根据权利要求1所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：温度和风速检测装置(14)采用快速温度和风速探头以及采用灵敏度高的数据采集仪；温度和风速检测装置的测试元件分布在隧道拱顶、左右拱脚和左右墙脚处；一共设有11个监测断面，温度测试元件一个断面设有20个，风速测试元件一个断面设有5个。

6.根据权利要求1所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：隧道模型(6)包括衬砌结构(12)和蓄水结构(13)，隧道模型(6)采用曲墙式结构，衬砌结构(12)采用混凝土进行浇筑，一共有11块组成，每块长度2 m；衬砌结构(12)由初期支护和二次衬砌构成；衬砌结构(12)外侧设有蓄水结构(13)，并通过围岩地温控制装置(3)调节水温进而控制蓄水结构中水温，从而达到控制围岩的地温。

7.根据以上所有权利要求所述的一种寒区隧道温度场监测装置，其特征在于：围岩地温控制装置(3)采用恒温水箱加热水体，通过水泵将恒温水箱里面的水送到隧道模型(6)的蓄水结构(13)中，再通过引水管道将水送回恒温水箱，水泵送水压力为2个标准大气压力，其中水温调节范围为0 ℃~30 ℃。

8.一种寒区隧道温度场监测装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a. 开启外界气温控制装置(1)调节模型隧道洞口外界环境气温达到设定温度，其调节范围为-5 ℃~-30 ℃;

b. 开启围岩温度控制装置(3)调节隧道模型(6)中围岩温度达到设定温度，围岩地温的调节范围为0 ℃~30 ℃;

c. 插入前端保温隔板(5)，开启洞内气温控制装置(2)调节模型隧道洞内空气温达到设定温度，其调节范围为-5 ℃~-30 ℃;

d. 通过温度和风速检测装置(14)实时测量并记录隧道洞内风速和围岩温度的变化，得到不同外界气温和围岩温度条件下，隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律;

e. 固定外界环境气温、洞内气温和围岩地温，通过调节洞内气温控制装置(2)来调节模型隧道(6)内自然风速大小和持续时间长短，洞口自然风速的调节范围为1 m/s~10 m/s，通过温度和风速检测装置(14)实时测量并记录隧道洞内风速和围岩温度的变化，得到不同风速和持续时间条件下，隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律;

f. 固定外界环境气温、洞内气温、围岩地温和自然风速，通过调节模型列车加速装置(10)来调节模型列车(8)的运行速度和频率，列车运行速度范围为1 m/s~30 m/s；通过温度和风速检测装置(14)实时测量并记录隧道洞内风速和围岩温度的变化；得到不同列车运行速度和频率条件下，隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律;

g. 不断调节环境气温、洞内气温、围岩地温、自然风速大小和持续时间长短、模型列车(8)运行速度和频率，通过温度和风速检测装置(14)实时测量并记录隧道洞内风速和围岩温度的变化，直至试验结束。