[发明专利]适用于多年冻土路基的活塞式主动通风降温装置

说明书

本发明公开了一种适用于多年冻土路基的活塞式主动通风降温装置，属于多年冻土路基维护领域，包括通风管、抽气筒装置、空心柱、追风装置和风能转换装置；空心柱固定于路基旁，通风管埋设于路基中，其出气口与空心柱的进气端连通，抽气筒装置设于空心柱内，位于其进气端与风能转换装置之间；风能转换装置和追风装置分设于空心柱上节两侧。本发明解决传统通风管路基通风效率低、容易受堵塞失效、安装模式单一、适应面窄，无法运用于多年冻土场地宽幅路基的问题。

技术领域

本发明属于多年冻土路基维护领域，特别涉及多年冻土场地宽幅路基的维护。

背景技术

尽管世界上在多年冻土区修筑铁路已有近百年历史，但目前运营线路的病害率仍在30%左右。如：俄罗斯，20世纪70年代建成的第二条西伯利亚铁路1994年调查的线路病害率达27.5%，运营近百年的第一条西伯利亚铁路1996年调查的线路病害率为40.5%；我国东北多年冻土区铁路病害率达40%。因事物本身的复杂性，不少长期困扰多年冻土区路基工程的棘手技术问题迄今尚未解决，其中路基的沉降变形是公路、铁路工程的主要病害。如大兴安岭北某段公路年沉陷量达51cm～61cm，某段铁路一般年沉降量为27cm～40cm、降水量较大年份可达50cm～100cm，哈尔滨牙林线K74处年沉降量86cm、日最大沉陷量高达3cm；青藏公路80%病害由路基沉陷引起。

青藏铁路是世界上海拔最高与线路最长的高原铁路，由青海西宁至西藏拉萨，全长1956km。长期工程实践表明，青藏铁路成败的关键在路基，路基的关键在冻土，冻土的关键在高温（年平均地温高于-1.0℃）高含冰量（体积含冰量大于20%）冻土。青藏铁路格尔木－拉萨段全长1142km，海拔4000m以上路段965km，穿越高原多年冻土区长达632km。在632km高原多年冻土区沿线中，高温多年冻土区路段275km，高含冰量多年冻土区路段221km，高温高含冰量重叠路段134km。与高纬度地区多年冻土相比，青藏高原多年冻土具有温度高、含冰量高、厚度薄、稳定性差和局地差异强烈、力学稳定性极差等特点，加之工程扰动造成冻土环境的重大改变和全球气候变暖的影响，导致青藏铁路通车不到两个月多年冻土区部分路段便出现路基下沉与开裂现象；通车一年高温高含冰量冻土路段多处工后累计沉降量加大且无收敛趋势；青藏铁路通车十年不断补碴、抬道使道床厚度甚至达到1.7m以上，部分处理措施效果有限，高温高含冰量冻土造成路基稳定性、行车安全问题日渐凸显。

青藏高速公路全长约1100公里，是国家“71118”高速公路网京藏高速公路尚未建设的最后一段，也是西藏自治区唯一一条纳入国家高速公路网的公路项目。该高速公路项目由于多年冻土地区高速公路修筑技术的支撑保障体系不够至今没有开工建设。青藏高速的主要核心问题是多年冻土，还需要控制作为整体结构的公路路面的变形。与青藏铁路相比，多年冻土区青藏高速公路建设将面临更为复杂的科学与技术问题，一则是因为沥青路面强吸热效应，且是封闭路面条件；二是全幅或宽幅沥青路面下部年均热流将增加57%，其下部多年冻土退化将加快62%，若考虑气候变化的影响，高速公路下部冻土退化还将被放大。三是青藏工程走廊内重大工程构筑物较为密集，构筑物群之间具有较强的相互热影响，特别是对高山峡谷区段。因此，多年冻土区青藏高速公路建设将会面临前所未有的挑战。

故此，对多年冻土路基沉降控制措施的研究势在必行。其中通风管路基是一种积极保护冻土的工程措施，运用于青藏铁路多年冻土区的路基建设，效果良好，但当前通风管路基还存在不合理，不科学等问题，主要体现在：

1）夏季通风管相当于热空气的流通通道，对保护冻土非常不利；

2）通风管在设置高度一般要高出地面一定距离，高度过低会使水流进入通风管，影响降温性能，并导致一定的沉降变形；

3）通风管容易受自然风砂影响，堵塞管口导致功能失效；

4）现有通风管属于被动通风，受制于自然风向、风速和设置高度等因素，且通风管越长效果越差，对尺度较铁路大5倍左右的高速公路路基冷却效果非常有限。