1.本发明涉及一种隧道排水板，尤其是一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，属于隧道工程技术领域。
背景技术：2.近年来，我国交通运输路网规模不断扩大，高寒区隧道的数量也不断增长，同时产生了一系列运行维护问题，尤其是由冻融循环诱发的衬砌挂冰、冻胀开裂、变形失效、管道堵塞和设备挂冰等一系列冻害问题。
3.为解决上述问题，目前普通隧道主要通过在初次衬砌与二次衬砌之间铺设防排水板用于防水与排水，而采用新奥法修建的隧道一般通过设计导水槽等进行排水，其结构形式及作用特点与普通隧道的防排水板大致相同，定位也仅为排水与防水功能。但在实际工程中，隧道洞口段受负温影响较大，隧道内侧排水盲管易冻结，导致排水不畅而引起衬砌背后积水冻胀，使得结构破裂甚至断裂，影响正常使用甚至产生安全事故。与此同时，现有的一些复合式防排水保温板虽具有一定保温防冻效果，但由于初期支护一般为柔性支护，围岩的冻胀特性极易引起其中保温隔水层的损坏，在长期冻融循环作用下难以保证预期的保温防冻效果。此外，复合式衬砌施工工序复杂，对施工质量要求比较高，二次衬砌背后注浆等施工过程极易损害常用的聚氨酯保温板表面防水层，从而影响防水效果。
4.因此，一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板亟待研究，针对高寒区隧道渗漏水冻害问题，极具现实与长远意义。
技术实现要素：5.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，它在高分子波纹板内部引入相变微胶囊，利用相变时储存和释放的能量初步维持排水板温度，再辅助电伴热供热层的主动供热技术，能够节约高寒区隧道长期防冻成本，结构简单且容易实现。
6.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，包括缓冲层、外部保护层、保温排水层、电伴热供热层以及内部保护层，所述保温排水层主体采用高分子波纹板并且其内部设置一层相变微胶囊，所述相变微胶囊的相变温度处于2℃-5℃之间，且固化后膨胀率小于3％，所述高分子波纹板外表面为波纹面并间隔设置有多条竖向排水槽，每相邻两条所述竖向排水槽之间密布引流波纹，所述外部保护层贴附固定在高分子波纹板外面，所述缓冲层贴附固定在外部保护层外面，高分子波纹板内表面为平面并贴附固定有电伴热供热层，所述电伴热供热层与外部控制器连接且其边缘安装有温度传感器，通过所述温度传感器采集数据传递给外部控制器实现电伴热供热层的调控运行，所述内部保护层贴附固定在电伴热供热层内面。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用立体排水结构，高分子波纹板表面设置引流波纹和竖向排水槽，水可以通过自身重力的作用下实现自排水，可大幅度增
加隧道排水路径，在高分子波纹板内部引入相变微胶囊，使用相变储能材料的相变微胶囊在发生相变时可以储存和释放一定能量，利用其隔热恒温特性初步维持排水板温度，再辅助电伴热供热层的主动供热技术，通过温度传感器更为准确的传递温度信息，进行温度的适应调控，能够节约高寒区隧道长期防冻成本，更好地处理高寒区隧道冻害问题，整体结构简单、新颖、合理且容易实现，兼容于高寒区隧道各个部位，具有极高的适用性。
附图说明
8.图1是本发明的排水板的结构示意图；
9.图2是本发明的排水板连接状态的接口示意图；
10.图3是图1的a-a剖面图。
具体实施方式
11.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.如图1～图3所示，一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，包括缓冲层1、外部保护层2、保温排水层3、电伴热供热层4以及内部保护层5。
13.结合图3所示，所述保温排水层3主体采用高分子波纹板302，在保证强度的同时可以极大地增加排水路径，保证排水板正常排水，并且其内部设置一层相变微胶囊301，可采用eva或pvc材质的防水层将相变微胶囊301密封于高分子波纹板302内部。所述相变微胶囊301的相变温度处于2℃-5℃之间，且固化后膨胀率小于3％，通过相变微胶囊301初步实现运行时排水板内侧温度不低于地下水冻结点，值得注意的是，相变微胶囊301的弹性可压缩体积应大于目标工程的围岩最大冻胀量，保证排水的顺利进行避免积水冻胀，保护主体结构不发生破坏，同时由于温度恒定作用也有助于维持附近温度稳定在相变温度，有利于温度传感器401的信息传递与监测。
14.结合图1和图3所示，所述高分子波纹板302外表面为波纹面并间隔设置有多条竖向排水槽303，每相邻两条所述竖向排水槽303之间密布引流波纹，优选的，高分子波纹板302外表面位于相邻两条竖向排水槽303之间的引流波纹为v形波纹，所述v形波纹开口侧朝下且两端与竖向排水槽303连通设置，使水流在重力作用下实现自排水，通过v形波纹向两侧引导流入竖向排水槽303，这种立体排水结构能够大幅度增加隧道排水路径。
15.高分子波纹板302内表面为平面并贴附固定有电伴热供热层4，采用常规电加热带即可满足要求，所述电伴热供热层4与外部控制器连接且其边缘安装有温度传感器401，通过所述温度传感器401采集数据传递给外部控制器自动调控电伴热供热层4的开启时机和运行时间，当相变微胶囊301相变结束后若仍无法保证温度在地下水冻结点之上，温度传感器401监测到温度低于相变温度，通过开启电伴热供热层4将相变微胶囊301升温5℃-10℃，进一步保证排水板内侧温度不低于地下水冻结点。
16.回看图3所示，所述外部保护层2贴附固定在高分子波纹板302外面，所述缓冲层1贴附固定在外部保护层2外面，所述内部保护层5贴附固定在电伴热供热层4内面，其中，缓
冲层1可采用土工泡沫塑料制成，外部保护层2和内部保护层5可分别采用透水无纺布与不透水无纺布制成。缓冲层1和外部保护层2的设置能够有效避免初期支护与排水板之间出现裂隙，可以正常发挥作用，同时外部保护层2和内部保护层5可以在阻隔杂质的同时保证保温排水层3与电伴热供热层4不受外部损害，延长使用寿命，保证排水板的质量与稳定性。
17.结合图2所示，为保证排水板之间的连接性，在排水板两相对端分别设置有连接凹槽6和连接凸起8，每两张排水板之间能够通过所述连接凹槽6与所述连接凸起8形成接口7拼装为整体，从而便于施工时排水板的拼接，为保证接口7紧密以防止渗水，应在连接凹槽6的槽口内设置防水垫601，有助于提高排水板的耐久性和整体稳定性。
18.本发明的排水板采取以下技术措施解决冻害问题：(1)采用立体排水思路，通过高分子波纹板302增加强度的同时大幅度增加隧道排水路径；(2)通过相变微胶囊301的恒温作用提供一定的温度缓冲，在温度达到相变温度时温度传感器401可以及时传递信号，便于电伴热供热层4及时主动供热，提供更为准确的供热信号以减少供热损失；(3)充分利用相变微胶囊301的相变储能，其优秀的隔热性能可以作为排水板的保温材料，有助于压缩排水板的体积，减少运输及施工难度；(4)对排水板接口7进行防水处理，便于安装的同时保护接口7，延长使用寿命。
19.本发明的排水板主要用于预防高寒区隧道洞口处冻害，对应的最优布置位置在初次衬砌与围岩之间，排水板的排水防冻工作原理如下：围岩水透过缓冲层1和外部保护层2流到高分子波纹板302上，通过v形波纹引导流入竖向排水槽303排出，冻结期开始后，当排水板温度低于相变微胶囊301的相变温度时，相变微胶囊301首先开始相变放热，将排水板温度温度稳定在地下水冻结点之上，相变放热结束后，若仍处在冻结期，温度传感器401监测到温度低于相变温度，外部控制器自动调控电伴热供热层4开启将相变微胶囊301升温5℃-10℃，能够保证排水板温度一直处于地下水冻结点之上，确保无冻结的顺畅排水，避免围岩冻胀现象的发生。此外，本发明的排水板也可用于预防高寒区隧道洞身(进深大于100米)处冻害，对应的最优布置位置在初次衬砌与二次衬砌之间；预防排水沟与深埋排水沟冻害，可直接铺设于排水沟表面；预防仰拱冻害及路面积冰，对应的最优布置位置在仰拱与路面之间，从而兼容于高寒区隧道各个部位，具有极高的适用性。
20.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
21.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：1.一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：包括缓冲层(1)、外部保护层(2)、保温排水层(3)、电伴热供热层(4)以及内部保护层(5)，所述保温排水层(3)主体采用高分子波纹板(302)并且其内部设置一层相变微胶囊(301)，所述相变微胶囊(301)的相变温度处于2℃-5℃之间，且固化后膨胀率小于3％，所述高分子波纹板(302)外表面为波纹面并间隔设置有多条竖向排水槽(303)，每相邻两条所述竖向排水槽(303)之间密布引流波纹，所述外部保护层(2)贴附固定在高分子波纹板(302)外面，所述缓冲层(1)贴附固定在外部保护层(2)外面，高分子波纹板(302)内表面为平面并贴附固定有电伴热供热层(4)，所述电伴热供热层(4)与外部控制器连接且其边缘安装有温度传感器(401)，通过所述温度传感器(401)采集数据传递给外部控制器实现电伴热供热层(4)的调控运行，所述内部保护层(5)贴附固定在电伴热供热层(4)内面。2.根据权利要求1所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述排水板两相对端分别设置有连接凹槽(6)和连接凸起(8)，每两张排水板之间能够通过所述连接凹槽(6)与所述连接凸起(8)形成接口(7)拼装为整体。3.根据权利要求2所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述连接凹槽(6)的槽口内设置有防水垫(601)。4.根据权利要求1或2所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述高分子波纹板(302)外表面位于相邻两条竖向排水槽(303)之间的引流波纹为v形波纹，所述v形波纹开口侧朝下且两端与竖向排水槽(303)连通设置。5.根据权利要求1所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述电伴热供热层(4)采用电加热带。6.根据权利要求1所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述缓冲层(1)采用土工泡沫塑料制成。7.根据权利要求1所述的一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，其特征在于：所述外部保护层(2)和内部保护层(5)分别采用透水无纺布与不透水无纺布制成。
技术总结一种具有相变自储能与调温防冻的高寒区隧道排水板，涉及一种隧道排水板。保温排水层采用高分子波纹板并且其内侧设置相变微胶囊，相变微胶囊的相变温度处于2℃-5℃之间，且固化后膨胀率小于3％，高分子波纹板外表面间隔设置多条竖向排水槽，每相邻两条竖向排水槽之间密布引流波纹，外部保护层贴附固定在高分子波纹板外面，缓冲层贴附固定在外部保护层外面，高分子波纹板内表面贴附固定电伴热供热层，通过温度传感器采集数据传递给外部控制器实现电伴热供热层的调控运行，内部保护层贴附固定在电伴热供热层内面。在高分子波纹板内部引入相变微胶囊，再辅助电伴热供热层的主动供热技术，能够节约高寒区隧道长期防冻成本。能够节约高寒区隧道长期防冻成本。能够节约高寒区隧道长期防冻成本。
技术研发人员：唐亮 马金骥 于源 凌贤长 石立民 黄海龙 杜有超 龚英杰 丛晟亦 孔祥勋 胡心雨 王名远
受保护的技术使用者：中交第一航务工程局有限公司 哈尔滨地铁集团有限公司 哈尔滨工业大学重庆研究院
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/5
