[發明專利]一種用于季節性凍土的無源式路基防凍設備及其施工方法

在審

• 申請號: 202111549145.3
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114134772A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 黃獻文;姚直書;程樺;蔡海兵;李凱奇;王彬
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E01C3/06
• 分類號: E01C3/06
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李瑞雨

本發明公開一種用于季節性凍土的無源式路基防凍設備及其施工方法，包括供電裝置、換熱裝置、中央處理器；供電裝置包括溫差發電機構、散熱機構、供電用重力熱管；換熱裝置包括換熱用重力熱管、保溫管、自補水機構、循環水管；循環水管靠近出水口的一端繞設在自補水機構外，循環水管的進水口與保溫管的一端固接，保溫管的另一端與自補水機構的出水端連通，自補水機構的出水端與保溫管連通；中央處理器與溫差發電機構、自補水機構電性連接，供電用重力熱管內、換熱用重力熱管內、路基內均設有若干與中央處理器無線傳輸的溫度傳感器。本發明的地基處理可靠性高、能源消耗小、后期維護成本低、環境影響小。

技術領域

本發明涉及能源與環境領域，特別是涉及一種用于季節性凍土的無源式路基防凍設備及其施工方法。

背景技術

為高效開發我國西部資源，需要修建大量的鐵路、公路等基礎設施。西部地區不同于我國的中東部地區，那邊海拔較高，氣溫較低，因此經常存在永久性凍土與季節性凍土。其中，季節性凍土是一種典型的不良地質條件。在炎熱的夏季，凍土融化，土體強度降低，體積變小，將會導致地基沉降；在嚴寒的冬季，土體中的水分結冰，形成凍土，土體強度提高，但體積也將增大，這將導致地基隆起。凍土季節性的凍漲與融沉，將會對公路、鐵路路基造成的巨大影響，甚至可能導致列車脫軌，公路斷裂。因此，有必要對西部高寒地區季節性凍土路段的路基進行保護。

目前，西部凍土路基處理方式主要包括兩種，一種是防止路基解凍，另一種是防止路基結冰。關于路基解凍，常用的方法是堆石墊高、氨棒散熱。堆石墊高的原理是利用堆積的石子減緩地表溫度變化對凍土層的影響；氨棒散熱的原理是將凍土層中的溫度引導至地表進行散熱，減少熱量堆積。方法一通過防止路基解凍，可以很好的緩解季節性凍土解凍融沉帶來的影響，但是這些散熱方法都存在一定的極限，即當環境溫度較高、或者維持的時間段較長時，方法一不能很好的防止凍土融化，因此適用性較差。方法二是通過給位于凍土層的路基解凍，并始終通過電、熱水等方式給與地層熱量，使得凍土層不會結冰，從而達到消除季節性凍土的目的。但該方法消耗的能源巨大，同時供熱電站需要沿路布置，成本較高。因此，需要提出一種高效的凍土路基施工處理方法。

西部地區地質條件特殊，處在特定的大地構造環境下，地熱能資源豐富。因此，可以利用西部豐富的地熱資源來解決凍土路基處理問題。地熱開采分為開環與閉環兩種形式，開環式通過直接抽取地下水來提取地層中的熱量，但該方式對地下水系的影響較大，不利于生態保護。閉環式是采用封閉式的管道，利用循環液(通常為水溶液)，與地層進行換熱的一種換熱器，具有環境污染小，換熱可靠性高等優勢，但其較高的泵送壓力需求限制了地埋管換熱器的推廣應用。因此，需要一種高效的地熱能利用方式。

綜合上述分析，西部高寒地區季節性凍土路基存在的問題主要包括：1)處理可靠性低；2)能源消耗大；3)后期維護成本高；4)環境污染大。因此，需要提出一種地基處理可靠性高、能源消耗小、后期維護成本低、環境影響小的西部高寒地區季節性凍土路基。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于季節性凍土的無源式路基防凍設備及其施工方法，旨在解決或改善上述技術問題中的至少之一。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種用于季節性凍土的無源式路基防凍設備，用于對路基防凍，包括供電裝置、換熱裝置、中央處理器；

所述供電裝置包括溫差發電機構、設置在所述溫差發電機構冷端的散熱機構、設置在所述溫差發電機構熱端的供電用重力熱管；

所述換熱裝置包括換熱用重力熱管、埋設在所述路基內的保溫管、自補水機構、循環水管；所述換熱用重力熱管用于為所述循環水管提供熱量，所述循環水管靠近出水口的一端繞設在所述自補水機構外，并且所述循環水管的出水口伸入至所述自補水機構的進水端內，所述循環水管的進水口與所述保溫管的一端固接，所述保溫管的另一端與所述自補水機構的出水端連通，所述自補水機構的出水端與所述保溫管連通，所述自補水機構用于自動補充和輸送循環水；所述供電用重力熱管和所述換熱用重力熱管均埋設在地下；