[发明专利]一种智能高效调控路基对流换热的方法

说明书

本发明涉及一种智能高效调控路基对流换热的方法，该方法包括以下步骤：⑴在填土路堤内铺设通风管，并放置路基土体地温传感器；⑵将轴心杆固定于通风管的一端或两端管壁之上，并将转轴套管套接在轴心杆上；⑶将风门固定于转轴套管上；⑷在轴心杆上同时设置智能逻辑控制器和空气温度传感器；⑸通风管内的底部设置温度传感器；⑹将智能逻辑控制器与风门连接；同时将智能逻辑控制器分别与空气温度传感器、温度传感器、路基土体地温传感器连接；⑺通风管上填土并压实后铺设水平铺设保温材料，按照常规技术要求完成后续的工程施工；⑻对风门进行开启或关闭及开启程度控制。本发明充分利用自然冷能，降温效能显著、作用深度大且路基整体稳定性强。

技术领域

本发明涉及冻土工程技术领域，尤其涉及一种智能高效调控路基对流换热的方法。

背景技术

在我国青藏高原、东北等多年冻土区，通过长期的演化、发展和变化，形成了厚达几米、甚至十几米、各具形态的厚层地下冰。随着气候环境的变化、人类工程活动的影响，导致了冻土和地下冰的退化和融化，从而导致各种工程灾害的产生，对各种重大工程建筑稳定性产生重要影响。

通过采用保护冻土工程措施主动冷却冻土基础，是保证冻土工程长期安全运营、稳定的关键途径。而在这些措施中，有效调控冻土工程的对流换热过程，是保护冻土基础工程措施的一个重要类型。该类措施通过有效促进冬季或夜晚低温环境条件下基础与外界环境的换热过程，有效抑制暖季或白天高温环境条件下基础的换热过程，由此达到冷能在路基内部的不断存储、冻土地温的不断降低、基础稳定性不断增强的目的。

面对国家“十三五”战略规划的出台，青藏高速公路即将开始修筑，但是，高速公路与普通公路相比，普通公路与铁路相比冻土问题都更为突出。已有研究表明（俞祁浩 等.我国多年冻土区高速公路修筑关键问题研究. 中国科学（技术科学），2014，44（4）: 425 ~432），由于黑色路面的强烈吸热、沥青路面隔水和阻止水分蒸发散热的影响，使得相同条件下公路路基的吸热强度是铁路的3 倍多，且路基吸热的主要途径，主要集中在路堤的中心部位，并难以向周围冻土散热。而高速公路比普通公路宽度更大, 更加剧了该种现象的出现。当公路路基宽度增加约1 倍时，路堤底面的吸热强度增加约0.6 倍，路基吸热进一步聚集在路基的中心部位，由此产生更加明显的“聚热效应”，并导致冻土更加快速的退化。面对更高的技术标准、更宽的公路路面，高速公路与冻土之间的热作用更加显著，在多年冻土区修筑高速公路将会面对更为突出的冻土问题和修筑技术难题。由于传热途径、强度等方面的根本改变，通过青藏铁路等获得的成功经验、先进技术难以在青藏高速公路建设中直接应用。

作为重要工程措施之一的自动温控通风路基，虽然在调控冻土路基地温场方面的发挥重要作用，但仍存在较为突出问题，对降温效能、工程病害的防控构成重要不利影响，亟待改进。

问题之一，风门无法根据季节变化、根据路基内部地温与外界环境温度之间的差异，智能进行风门的控制。现有自动温控通风路基技术，如：路基的自动温控通风装置（申请号03218742.4），用于路基中通风管隔热传冷控制开关（申请号200520004195.3），路基的荷载式液压自动温控通风装置（申请号03218744.0）等，都是对基于外界环境0℃条件或季节自然变化，进行风门的完全开启或完全关闭的简单控制。因此，在秋季来临、自然环境的降温过程中，虽然经过整个暖季的吸热，路堤内部的温度远高于环境温度，但是由于环境温度仍高于0℃，风门仍处于关闭状态，路基无法进行换热及降温，并在路基传热过程中，继续导致路基以及下部冻土温度的升高；在春季以后、自然环境的升温过程中，虽然经过冬季约-10℃~-20℃的降温过程，路堤内部的温度已远低于环境温度，但是由于环境仍低于0℃，风门仍处于开启状态，路基仍与外界进行对流换热、导致路基升温，使得路基内部蓄积的宝贵冷能白白流失。