技术领域
[0001] 本
发明涉及隧道路面技术领域，特别是一种模拟寒区隧道路面的检测装置及检测方法。
背景技术
[0002] 随着我国经济建设的不断发展，国家路网规划不断完善，公路隧道的建设日益增多，隧道建设的规模也越来越大。同时，隧道向着高海拔高寒地区建设。由于寒区主要分布在极地、高纬度的岛屿和中低纬度的山区地带，因此在修建
铁路和公路时，必然会遇到大量的隧道。过去曾修建的隧道，由于对寒冷地区隧道工程特性认识不够，在建设过程中，出现了夏季刚竣工，冬季就发生冻害的问题，比如路面开裂、路面冒
水或结
冰、洞口处热熔滑塌、衬砌开裂、挂冰等，大大弱化了隧道的使用功能，严重威胁着行车安全。并且对于这些病害需要花费大量人
力、物力、财力养护维修，才能勉强通车运营，有的甚至近乎报废，养护治理十分困难，给国家造成了巨大的破坏损失和资金浪费。
[0003] 目前，随着中国交通事业的快速发展，特别是西部大开发和振兴东北经济政策的进一步落实。在西部高海拔和北部的高纬度寒冷地区将会新建大量的隧道，与以往的隧道相比，这些隧道的规模更大、技术要求更高、机电设备更多、运行要求更高等。而隧址地区
气候条件却是更加恶劣。在这些新建隧道中采取行之有效的措施，以避免冻害现象的发生，是当前隧道工程界迫切需要解决的问题。
[0004] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的
现有技术的信息。
发明内容
[0005] 鉴于上述问题，本发明的提出了一种模拟寒区隧道路面的检测装置，其包括，[0006]
外壳，其提供模拟寒区隧道路面的封闭空间，
[0007]
基层，其配置成支承待模拟路面，所述基层设在外壳内部，
[0009] 加热单元，其设在所述隔热垫层上，
[0010] 第一保温层，其设在外壳内部，所述第一保温层围绕基层以保温待模拟路面，[0011] 待模拟路面，其包括位于加热单元上的中集料
沥青混凝土路面和位于中集料
沥青混凝土路面上的细集料沥青混凝土路面，
[0012] 制冷单元，其配置成可控地降低封闭空间内的
温度，
[0013]
环境温度传感器，其配置成测量所述封闭空间的环境温度数据，所述环境温度传感器设在所述外壳内部，
[0014] 路面温度传感器，其配置成测量所述待模拟路面的温度数据，所述路面温度传感器设在所述待模拟路面，
[0015] 控制单元，其连接加热单元、制冷单元、路面温度传感器和环境温度传感器，[0016] 响应于制冷
信号，控制单元发送制冷命令使得制冷单元制冷直到封闭空间的环境温度数据处于预定范围，
[0017] 响应于加热信号，控制单元发送加热命令使得加热单元加热到预定温度范围，[0018] 响应于检测信号，控制单元检测待模拟路面的温度数据。
[0019] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括用于采集待模拟路面图像数据的
图像处理单元，其连接所述控制单元，响应于检测信号，控制单元比较来自图像处理单元的图像数据以检测待模拟路面的裂缝尺寸。
[0020] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括用于测量待模拟路面的强度数据的强度测量单元，其连接所述控制单元，响应于检测信号，控制单元比较来自强度测量单元的强度数据以检测待模拟路面的强度变化。
[0021] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括设在外壳下部的操作台，所述操作台包括所述控制单元、电源、用于显示信息的显示屏和用于开闭电源以及发出信号的
开关。
[0022] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，制冷单元连接设有
风道的风机，来自制冷单元的冷空气经由风机从风道通过设在外壳的
通风孔传输到封闭空间内，所述通风孔以阵列的方式排列于外壳上方。
[0023] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，所述基层包括凹槽，隔热垫层铺设于所述凹槽底面，第一保温层设在凹槽
侧壁，所述第一保温层围绕凹槽以保温待模拟路面。
[0024] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，控制单元包括
数字信号处理器、专用集成
电路ASIC或现场可编程
门阵列FPGA，控制单元包括一个或多个只读
存储器ROM、
随机存取存储器RAM、快闪存储器或
电子可擦除可编程
只读存储器EEPROM。
[0025] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，所述加热单元包括多个加热
电缆，所述加热电缆包裹有一层防护套，所述加热电缆基于控制单元的加热命令在待模拟路面的不同区段加热到各自区段的预定温度。
[0026] 所述的模拟寒区隧道路面的检测装置中，所述外壳包括用于开闭的门、用于抽排气体的烟气管道和设在外壳内壁的第二保温层。
[0027] 根据本发明的另一方面，一种所述模拟寒区隧道路面的检测装置的检测方法包括以下步骤，
[0028] 第一步骤，待模拟路面放置于基层上，闭合外壳以形成封闭空间，[0029] 第二步骤，控制单元发送制冷命令使得制冷单元制冷直到封闭空间的环境温度数据处于预定范围，停止制冷，控制单元发送加热命令使得加热单元加热到预定温度范围，停止加热，
[0030] 第三步骤，响应于检测信号，控制单元检测待模拟路面的温度数据、比较来自图像处理单元的图像数据以检测待模拟路面的裂缝尺寸和/或比较来自强度测量单元的强度数据以检测待模拟路面的强度变化。
[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0032] 本发明装置能真实模拟寒区隧道的气候环境，取得沥青路面在低温环境的各项性能，从而确定该试件的抗冻性能，还能通过加热电缆对沥青路面进行加热，达到寒区隧道路面防冻保温的效果，以此来检测该试件在加热电缆的加热下的保温效果和试件的性能变化，由于寒区隧道路面并不是全区段都需要加热，而是根据实际情况，确定相应的加热区段。本发明中的加热电缆采用分段控制加热的方式。用该试验仪做的路面实验不仅有鲜明的对比效果，还能得到加热区段到非加热区段过渡区段路面的性能变化情况。本发明中的加热电缆温度和试件的环境温度均可以人为控制。通过温控调节器，试件的环境温度可以在一个较大的范围内进行调解，从而可以模拟不同温度环境，得到在该环境下试件的性能变化或者保温效果。
[0033] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照
说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
[0034] 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0035] 在附图中：
[0036] 图1是根据本发明一个实施例的模拟寒区隧道路面的检测装置的结构示意图；
[0037] 图2是根据本发明一个实施例的模拟寒区隧道路面的检测装置的主视示意图；
[0038] 图3是根据本发明一个实施例的模拟寒区隧道路面的检测装置的外壳内部横截面示意图；
[0039] 图4是根据本发明一个实施例的检测方法的步骤示意图。
[0040] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
[0041] 下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0042] 需要说明的是，在说明书及
权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0043] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0044] 为了更好地理解，如图1-图3所示，一种模拟寒区隧道路面的检测装置包括，[0045] 外壳1，其提供模拟寒区隧道路面的封闭空间，
[0046] 基层8，其配置成支承待模拟路面，所述基层8设在外壳1内部，
[0047] 隔热垫层10，其铺设于所述基层8上，
[0048] 加热单元9，其设在所述隔热垫层10上，
[0049] 第一保温层3，其设在外壳1内部，所述第一保温层3围绕基层8以保温待模拟路面，[0050] 待模拟路面，其包括位于加热单元9上的中集料沥青混凝土路面22和位于中集料沥青混凝土路面22上的细集料沥青混凝土路面23，
[0051] 制冷单元20，其配置成可控地降低封闭空间内的温度，
[0052] 环境温度传感器7，其配置成测量所述封闭空间的环境温度数据，所述环境温度传感器7设在所述外壳1内部，
[0053] 路面温度传感器18，其配置成测量所述待模拟路面的温度数据，所述路面温度传感器18设在所述待模拟路面，
[0054] 控制单元13，其连接加热单元9、制冷单元20、路面温度传感器18和环境温度传感器7，
[0055] 响应于制冷信号，控制单元13发送制冷命令使得制冷单元20制冷直到封闭空间的环境温度数据处于预定范围，
[0056] 响应于加热信号，控制单元13发送加热命令使得加热单元9加热到预定温度范围，[0057] 响应于检测信号，控制单元13检测待模拟路面的温度数据。
[0058] 本发明解决了不能模拟寒区隧道路面加热电缆25加热效果的问题，实现了低温环境和加热温度的智能化控
制模拟，从而获得不同情况下的实验数据，有助于解决目前寒区隧道的一些冻害问题，保证寒区隧道的行车安全。
[0059] 在一个实施例中，制冷单元20安置在操作台2的机箱内，并与风机相连，风机设在相应的风道内，将冷空气从机箱上方的通风孔5传输到外壳1内，通风孔5以阵列的方式排列于机箱上方。
[0060] 在一个实施例中，外壳1的试验台由加热设备和试件放置台组成。加热设备采用加热电缆25加热。试验台的底座模拟成路面的基层8，并在表面凿取放置加热电缆25的凹槽11，凹槽11底部铺设有隔热材料，使电缆所产生的热量向上部扩散，从而提高热利用率。加热电缆25上也铺设一层垫层，以保护其不被试件磨损。试件放置台设于加热电缆25上部，并在周围设置一圈保温层，中间空出试件放置的空间。
[0061] 在一个实施例中，操作台2包括制冷单元的开关、加热电缆25的开关、温度
控制器、温度显示屏15以及一个总开关等。所述的制冷单元和加热电缆25的开关分别作为独立的控制线路，并且加热电缆25采用两个控制开关，分别控制两个不同区段的电缆的加热，并通过
温度控制器对温度进行调节，达到实验效果。
[0062] 在一个实施例中，，在加热电缆25、待模拟路面的试件和保温层均设置有温度传感器，分别测加热电缆25的加热温度、试件各层的温度以及室内温度。
制冷设备中的制冷机可以设置1～3个，按照温度需求打开制冷机个数。实验箱外侧，特别是试验台周围的外壁，需要设置保温层，隔绝与外界温度的交换，从而更好地模拟低温环境和达到加热效果。
[0063] 为了进一步理解本发明，在一个实施例中，装置所需的待模拟路面的试件根据现场和规范要求预制，并且按照规定养护完成后才能进行试验。安放试件时，需平稳地放置在外壳1，避免与操作台或其他装置发生碰撞。安放完后需要把封闭门6关紧，保证外壁的第二保温层12的密闭性，确保试验过程中温度恒定。
[0064] 操作台2上的每一个温控旋钮，分别控制不同装置的温度。当试验机箱开始模拟一个低温环境的时候，打开总电源开关，扭动制冷装置的温度控制旋钮至设计温度，如制冷装置的制冷单元20开始工作。当外壳1内达到设定温度值时，如温度控制器的控制单元13将把制冷控制线路断开，停止制冷，处于保温状态。试验需要加热保温时，扭动试验仪的加热电缆温控旋钮至设计温度，加热电缆开始通电加热，当加热电缆25的温度达到设定温度，温度控制器将把加热控制线路断开，停止加热，设备进入保温状态。其中总电源开关直接与总电源连接，控制装置的所有线路，用于紧急情况下，切断电源，保证试验用电安全。
[0065] 检测过程中，可以通过操作台上的温度显示器记录待模拟路面在低温环境下以及在电缆加热下的温度变化。先分别关掉加热电缆控制开关和制冷装置的控制开关，再关掉总电源开关，静止五分钟后，可取出试件观测并测量其因温度产生的不均匀冻胀、温度裂缝。
[0066] 本试装置能模拟寒区隧道路面安设加热电缆的情况，并实现了低温环境和加热温度的智能化控制模拟。通过调节温度，获得不同情况下的实验数据和沥青路面的性能，有助于解决目前寒区隧道的一些冻害问题，从而保证寒区隧道的行车安全
[0067] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括用于采集待模拟路面图像数据的图像处理单元16，其连接所述控制单元13，响应于检测信号，控制单元13比较来自图像处理单元16的图像数据以检测待模拟路面的裂缝尺寸。
[0068] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括用于测量待模拟路面的强度数据的强度测量单元17，其连接所述控制单元13，响应于检测信号，控制单元13比较来自强度测量单元17的强度数据以检测待模拟路面的强度变化。
[0069] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，模拟寒区隧道路面的检测装置还包括设在外壳1下部的操作台2，所述操作台2包括所述控制单元13、电源14、用于显示信息的显示屏15和用于开闭电源14以及发出信号的开关19。
[0070] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，制冷单元20连接设有风道的风机，来自制冷单元20的冷空气经由风机从风道通过设在外壳1的通风孔5传输到封闭空间内，所述通风孔5以阵列的方式排列于外壳1上方。
[0071] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，所述基层8包括凹槽11，隔热垫层10铺设于所述凹槽11底面，第一保温层3设在凹槽11侧壁，所述第一保温层3围绕凹槽11以保温待模拟路面。
[0072] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，控制单元13包括数字
信号处理器、
专用集成电路ASIC或现场可编程门6阵列FPGA，控制单元13包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
[0073] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，所述加热单元9包括多个加热电缆25，所述加热电缆25包裹有一层防护套24，所述加热电缆25基于控制单元13的加热命令在待模拟路面的不同区段加热到各自区段的预定温度。
[0074] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置的优选实施例中，所述外壳1包括用于开闭的门6、用于抽排气体的烟气管道4和设在外壳1内壁的第二保温层12。
[0075] 如图4所示，一种所述模拟寒区隧道路面的检测装置的检测方法包括以下步骤，[0076] 第一步骤S1，待模拟路面放置于基层8上，闭合外壳1以形成封闭空间，[0077] 第二步骤S3，控制单元13发送制冷命令使得制冷单元20制冷直到封闭空间的环境温度数据处于预定范围，停止制冷，控制单元13发送加热命令使得加热单元9加热到预定温度范围，停止加热，
[0078] 第三步骤S3，响应于检测信号，控制单元13检测待模拟路面的温度数据、比较来自图像处理单元16的图像数据以检测待模拟路面的裂缝尺寸和/或比较来自强度测量单元17的强度数据以检测待模拟路面的强度变化。
[0080] 本发明所述的模拟寒区隧道路面的检测装置及检测方法可以在隧道路面领域制造并使用。
[0081] 以上结合具体实施例描述了本
申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
[0082] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、
修改、改变、添加和子组合。
