[發明專利]一種可提取熱能的隧道襯砌結構

在審

• 申請號: 201910030697.X
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109826645A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 李曉昭;馬巖;劉凱;李明洪;趙鵬
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院;南京大學
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08;E21F3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐紹焜

本發明公開了一種可提取熱能的隧道襯砌結構，包括熱能砌塊(4)，所述熱能砌塊(4)安裝在所述隧道壁上；包括混泥土加固砌塊(5)、高密度聚乙烯管路(6)、鋼筋籠(7)以及砌塊留空區(8)；所述高密度聚乙烯管路(6)纏繞在所述鋼筋籠(7)上，所述鋼筋籠(7)嵌入所述混泥土加固砌塊(5)內；所述砌塊留空區(8)設置在兩塊所述熱能砌塊(4)的連接處，兩個所述熱能砌塊(4)的高密度聚乙烯管路(6)的接口處在所述砌塊留空區(8)通過管道活接頭(11)進行連接。本發明利用隧道襯砌的熱能砌塊結構將隧道內的熱量利用起來，不僅能降低熱隧道通風冷卻系統的運營成本，而且還能使城市地鐵隧道為地熱開采提供巨大的潛力。

技術領域

本發明涉及能源地質結構領域，具體涉及一種能源地質結構中可提取熱能的隧道襯砌結構。

背景技術

能源地下結構是一個由傳統地下結構(如深基礎和淺基礎，隧道襯砌，地下連續墻等)和可以和地下巖土體進行能量交換的高密度聚乙烯管路組成的系統。它利用地下結構與地下巖土體導熱，達到為建筑物提供加熱或者制冷的目的。目前，能源地下結構被廣泛地應用在歐美地區，不僅能為建筑和公共設施提供日益增長的供熱和制冷需求，還是一種清潔環保的可再生能源。在這些能源結構中，隧道作為一種能源地質結構，其工程應用仍然處于一片空白，但是它的應用價值和換熱量非常可觀：通過發明人團隊在南京地鐵1號線的監測，隧道內空氣溫度與地表日平均溫度可相差5℃以上，列車通過壁面熱流可達10～32W/m²，這些熱量足已用于上部建筑物換熱需求。

根據隧道的不同局部條件和特征可以簡單地分類為“冷”和“熱”隧道。

在冷隧道中，全年氣溫相對較低(約15℃)，列車通過的頻率適中，這種類型的隧道通常具有10-12m大內徑，隧道中的產生的熱量對周圍巖土的溫度變化影響不大，比如公路隧道。

另一方面，熱隧道通常表現出較高的內部溫度，列車高頻率地通過，導致制動和啟動時的額外熱量輸入，如內徑約為7米的城市隧道(如地鐵隧道)，夏季溫度約為30℃，這會增加隧道內的空氣溫度。在這種隧道中，需要增加通風井，對隧道進行冷卻以保證隧道在安全的運行范圍內。若將這部分熱量利用起來，不僅能降低熱隧道通風冷卻系統的運營成本，而且還能使城市地鐵隧道為熱能開采提供巨大的潛力。

發明內容

發明目的：本發明針對上述問題，提出了一種利用隧道內部嵌入封閉環路的全系統，并且給出了隧道襯砌的換熱砌塊結構。

一種可提取熱能的隧道襯砌結構，所述熱能砌塊安裝在所述隧道壁上；包括混泥土加固砌塊、高密度聚乙烯管路、鋼筋籠以及砌塊留空區；

所述高密度聚乙烯管路纏繞在所述鋼筋籠上，所述鋼筋籠嵌入所述混泥土加固砌塊內；所述高密度聚乙烯管路包括采用高密度聚乙烯材料的內層、采用聚乙烯聚合物材料的中間層以及由乙烯-乙烯醇的阻隔層形成的外層；所述高密度聚乙烯管路為U型并排并聯，形成蛇形管路；

所述砌塊留空區設置在兩塊所述熱能砌塊的連接處，兩個所述熱能砌塊的高密度聚乙烯管路的接口處在所述砌塊留空區通過管道活接頭進行連接。

相鄰的所述砌塊留空區之間周向間距為180～200cm。

所述砌塊留空區的大小：長20cm，寬10cm，高30cm。

在每隔10個所述砌塊留空區接口處，設置一個調壓閥。

所述高密度聚乙烯管路采用PE-Xa等級。

所述高密度聚乙烯管路的外徑為20毫米，單個所述高密度聚乙烯管路的平均間距為25-30厘米，長度為80-100厘米。

所述高密度聚乙烯管路在所述混泥土加固砌塊澆筑之前進行所述熱能砌塊的模板配置。

有益效果：