寒冷地区铁路隧道排水设施电热防冻技术

赵 辉，胡鹏程，罗 鲜

(沈阳铁路局科学技术研究所，辽宁 沈阳 110013)

寒冷地区铁路隧道排水设施电热防冻技术

赵 辉，胡鹏程，罗 鲜

(沈阳铁路局科学技术研究所，辽宁 沈阳 110013)

结合工程实例详细介绍了在排水沟底部敷设专用加热电缆并运用远程监控技术实时对现场设备运行状态进行监控，实现排水设施防冻害的技术。对现场排水设施监测数据的分析显示，隧道内环境日平均温度低至－15℃，排水沟水温仍可基本稳定在5℃左右，保证隧道排水通畅无冻结。电热辅助防冻害技术能够有效解决严寒地区既有铁路隧道浅埋排水沟的冻害问题。

寒冷地区 铁路隧道排水 电热辅助 防冻害

铁路隧道防排水的设计通常根据《铁路隧道防排水技术规范》(TB 10119—2000)中的规定进行，对于寒冷地区铁路隧道防排水需做防冻害设计。目前，在寒冷地区确定防寒水沟的形式与长度主要依靠工程类比，即根据当地最冷月平均气温和参照邻近的隧道确定。但是，由于影响隧道内气温、水温的因素较多，尤其是特殊恶劣的局部气候条件以及在施工当中防冻措施不完善等因素容易造成排水设施冻害，如排水沟冻结将引起轨道道床结冰及隆起，严重影响行车安全。

由于排水冻害发生时隧道及线路大多已经修建完成并投入运用，如果采用增设中央深埋排水沟或防寒泄水洞的方式来解决，在技术、施工及经费方面均存在很大困难。本文结合巴新铁路阿贵庙山隧道工程实例进行电热辅助防冻害技术的探讨。

1 隧道冻害情况

该隧道为单线隧道，全长2 960 m，位于直线上，设计为4.8‰的下坡。当地土壤最大冻结深度1.73 m;最冷月平均气温 －13.3℃。隧道内进口端350 m和出口端400 m设双层保温水沟，洞身地段设普通水沟。

2013年11月底隧道道床内发现有冰水混合物，2014年2月底时，从隧道口向隧道内1 500 m范围内道床已结冰冻死，见图1。经多次现场调查及冻害分析后，认为主要原因是由于该隧道处于迎风口且为直线隧道，隧道内局部气候条件恶劣，在12月和1月最低温达到－28℃，洞内排水保温侧沟的保温效果不能达到预期要求，侧沟内水流由洞口向隧道内逐层结冰并导致溢出拥塞。

图1 隧道冻害现场

2 冻害整治方案

如表1所示拟定了2种方案，从技术、施工及经费等方面分析对比，确定在该隧道出口端延长保温侧沟至1 500 m，并采取电热加温的冻害整治措施。

表1 两种冻害整治方案优缺点对比

3 系统设计

电辅加温系统由加热元件、智能温控、远程监控及电力供应4部分组成。其结构如图2所示。

加热元件采用镍铬合金专用加热电缆，分段敷设在排水沟底部。通电后，加热电缆表面温度能够达到70～80℃，对排水沟内流水进行加温。每段排水沟并排蛇形布置2条加热电缆，一用一备。

图2 电辅加温系统结构示意

本系统根据需要设置了10台智能温控主机，大约每间隔300 m设置1台，安装在相近的避车洞内壁。智能温控主机根据该位置的水温、气温等监测参数自动控制加热电缆的运行状态，使该段水沟水温保持在设定范围内，有效节约能源消耗。

现场和远程均配备了监控主机，其远程监控主机可以放置在任何可以接入互联网的地方，能够实现对现场设备的监控。系统采用数字化总线，对温控主机和加热电缆的运行参数和状态进行实时监控，便于维护和管理。

4 实施效果

从2014年12月起，经过近4个月的运用试验，隧道排水沟任何区段均未发生冻害。图3为冻害整治后现场情况。

依据2015年1月隧道防冻害最不利点(最外端第1、第10监测点)的监测数据统计结果绘制了日平均水温和日平均环境温度的变化曲线，见图4。可见即使日平均环境温度低至－15℃，排水沟水温仍可以基本稳定在5℃左右，防冻害效果良好。

图3 冻害整治后现场

图4 第1，10监测点日平均水温和日平均环境温度变化曲线

5 结语

经过一个冬季的运用检验，电热辅助加温作为一种简单易行的技术措施能够有效解决严寒地区既有铁路隧道排水设施尤其是浅埋水沟的冻害问题。

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(责任审编 葛全红)

U453.6

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

2015-05-10;

:2015-09-25

赵辉(1974— )，男，高级工程师。

1003-1995(2015)11-0047-02