[實用新型]能源隧道仰拱層埋式地溫能防凍加熱裝置

有效

• 申請號: 201621382238.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN206545514U
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 杜時貴;張國柱;夏才初;雍睿;李玉文;韓常嶺;徐堅
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院;東南大學
• 主分類號: E21D11/38
• 分類號: E21D11/38;F24J3/08
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本實用新型涉及隧道圍巖領域，尤其是一種能源隧道仰拱層埋式地溫能防凍加熱裝置，適用于地下水不發育和欠發育地區的隧道襯砌背后和仰拱下部圍巖地溫能提取，并對隧道的路面和襯砌進行加熱。

背景技術

近年來，隨著我國交通建設快速發展，寒區隧道的數量與日俱增，但寒區隧道中的凍害問題日益突出，部分新建隧道投入使用后不久，便大規模發生了凍害，嚴重影響了隧道交通安全。對已運營的寒區公路隧道進行調查發現，寒區隧道中有80％以上都存在凍害現象，其中約60％發生滲漏水等輕微凍害現象，約24％出現襯砌混凝土剝落、開裂、滑塌、沉陷等嚴重凍害問題。目前寒區隧道采用常規的防凍保溫措施不能長期地解決寒區隧道的凍脹和結冰等病害問題，而采用電加熱方法的主動供暖措施有能耗大、運營成本高等缺點的現狀，急需開發節能環保的新型防凍加熱裝置。

在地球淺表層數百米內的土壤溫度隨深度呈遞增趨勢，深度每增加100米地溫升高約3-5℃，地下1000米處的地溫約為40-50℃，埋深數百米的山嶺隧道圍巖內儲存著巨大的地溫能。可以利用隧道圍巖內的地溫能給位于洞口端的隧道襯砌和路面進行加熱，既能解決寒區隧道凍害，還節能環保，實現寒區隧道供熱“自給自足”。

位于隧道襯砌背后圍巖內的地溫能可以通過直接匯集隧道圍巖內地熱水的方式來提取,也可以在隧道二襯與初襯之間埋設熱交換管，通過管內的傳熱循環介質與圍巖之間的溫差提取隧道圍巖地溫能。但地熱水收集技術僅適用于地下水豐富的地區，在地下水量小或無地下水的地區則無法應用。仰拱下部圍巖內也存儲著巨大的地溫能，由于所處位置的差異，位于仰拱下部圍巖內的地溫能則很難通過匯集地熱水獲得，可以通過在仰拱上部鋪設熱交換管路的方式提取地熱能，利用管內的傳熱循環介質與圍巖之間的溫差提取隧道圍巖地熱能。利用熱交換管提取隧道圍巖內的地溫能雖然不受地下水發育狀況限制，但鋪設熱交換管增加了建造成本，并且熱交換管屬于線狀熱源，其換熱效率非常有限。

發明內容

為了克服現有隧道圍巖地熱水匯集技術無法應用于地下水欠發育和不發育地區，并且還無法提取仰拱下部圍巖內的地溫能；鋪設熱交換管技術雖不受地下水發育狀況限制，但熱交換管屬于線狀熱源，其換熱能力有限，且鋪設熱交換管路會增加工程建造成本等難題，本實用新型提供一種適用性良好、換熱效率更高、節省成本和節約施工周期的能源隧道仰拱層埋式地溫能防凍加熱裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種能源隧道仰拱層埋式地溫能防凍加熱裝置，該隧道包括隧道初襯、隧道二襯、隧道仰拱和路面，路面上方為所述隧道初襯和隧道二襯，路面下方為回填層，所述回填層位于所述隧道仰拱上，所述地溫能防凍加熱裝置包括隧道換熱段和隧道加熱段，

所述隧道換熱段對應的隧道中，在所述隧道仰拱和回填層之間設置熱交換層，所述熱交換層的第一入水口與第一供水管連通，所述熱交換層的第一出水口與第一回水管連通，所述第一供水管和第一回水管均與熱泵前端連接形成換熱循環管路；

所述隧道加熱段對應的隧道中，隧道初襯和隧道二襯之間、所述路面和回填層之間均設置供熱層，所述供熱層的第二入水口與第二供水管連通，所述供熱層的第二回水口與第二回水管連通，所述第二供水管和第二回收管與熱泵后端連接形成供熱循環管路。

進一步，所述熱交換層上方設置換熱防水層。

再進一步，所述換熱防水層與所述回填層的底面相接。

更進一步，路面下方的供熱層上下均設置供熱下防水層，路面上方的供熱層內外設置供熱上防水層。

優選的，所述上防水層與隧道初襯之間設置排水層。

所述熱交換層和供熱層內設置止水隔斷，所述止水隔斷將所述熱交換層和供熱層進行分區，每個分區分別與各自的供水管和回收管連通形成封閉循環子系統。

優選的，所述止水隔斷的一端設有缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區相互貫通。

再進一步，相鄰止水隔斷的缺口錯位布置。通過增設缺口數量可以獲得任意長度的熱交換器。

所述熱交換層和供熱層內填充透水材料，可以形成透水層。

所述回填層為輕質相變保溫混凝泥土回填層。