[发明专利]一种深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构

说明书

一种深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构。本发明公开了一种深季冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构，包括地热循环泵动力系统、地热吸收系统、温‑湿度联合感应系统、循环回路控制系统、热传递循环系统；通过温‑湿度联合感应系统获取基床内部不同深度处的温度和湿度变化情况，当基床内部温度即将降到冻结温度以下时，利用地下常温层的可再生热量传递给热吸收系统内部的液体，通过地热循环泵动力系统把热吸收系统内部的液体输送到基床内的热传递循环回路管，再以热传递给基床内部土体，使基床内部温度始终处于冻结温度以上，有效防止基床内部水分冻结引起的冻胀；地下常温层当做热源，清洁可再生，位于基床内部的热传递循环回路管布置合理，既可增加基床的整体刚度又可起到抗冻胀效果。

技术领域

本发明属于深季节性冻土区高速铁路基床结构领域，具体涉及一种深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构。

背景技术

高速铁路在我国的建设突飞猛进，然而在运行过程中，位于深季节性冻土区的高速铁路部分路段出现了不同程度的基床冻胀病害，如大同-西安高速铁路，基床冻胀变形显著，冻胀段落长，变形大，冻胀量达到最大值28mm；东北地区相关铁路机构对既有铁路冻胀病害的调查结果显示，冻胀量达10～25mm区段占全线的3.5％，冻胀量达25～50mm区段占全线的1％；北京-通辽铁路线历年平均冻结深度不超过1.50m，冻胀量随位置的不同差异较大，最大达到33mm，最小5mm；沈丹客运专线，沿线属于高寒地区，季节冻土深度为1.49m，建设期进行了基床防冻胀技术，但运行过程中冻胀变形依旧普遍发生，大于4mm的冻胀变形达到0.48％。因此季冻区基床冻胀问题成为工程界的广泛关注，解决季冻区高速铁路基床的冻胀问题具有重要的工程意义。

冻胀变形是土体内部土颗粒、液体、气体三种介质受到外界温度作用下的宏观表现，发生冻胀一般具备三个条件：温度一般低于0℃；具有一定的水分；有一定含量的细粒土。故防止基床冻胀变形，至少消除以上三个因素的一个，目前较为有效的防止基床冻胀措施有保温法、改良填料法、改良水分条件，保温法是在基床中铺设保温层，减弱外界温度对基床填料的作用，达到保温效果，一般采用聚丙烯基布；改良填料法，是换填冰冻稳定性较好的材料；改良水分条件是采取防、排、隔水设施来减弱冻胀变形。以上措施在特定条件下均达到较好的工程效果，一定程度上能够显著减少冻胀量，但介于高速铁路对线路平顺性的苛刻要求，需要进一步的研究来解决冻胀变形带来的工程灾害。

地表以下一定深度范围内存在一个温度相对恒定的常温层，根据地温长期观测结果，常温层温度在7～15℃，利用该处常温层作为热源，汲取热量传递给高速铁路基床，使基床温度始终保持在冻结温度以上，结合此设计理念，发明出一种适用于深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构，该结构设计具有绿色、经济、可持续的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构，通过汲取地下常温层热量传递给基床，使基床整体温度始终在冻结温度以上，防止基床内部水分冻结造成的冻胀问题，该结构布置合理、自控程度高、效果可靠、经济环保，适用于季冻区高速铁路基床抗冻胀。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

本发明提供一种深季节性冻土区的抗冻胀高速铁路能源基床结构，包括地热循环泵动力系统、地热吸收系统、温-湿度联合感应系统、循环回路控制系统、热传递循环系统，所述地热吸收系统以地下常温层的土体作为热源，以系统内部的液体作为热量传递的载体，通过热传递的形式汲取热量；所述地热泵循环动力系统可提供动力使系统内的液体循环流动；所述温-湿度联合感应系统沿走向方向分别位于基床和路肩正下方，分层设置；所述循环回路控制系统可根据温-湿度联合感应系统获取不同深度基床的温度和湿度，来控制热传递循环系统循环回路的工作状态以及调节系统内液体的流速；所述热传递循环系统为分布在基床表层和基床底层的热传递循环回路管，可将管内液体热量以热传递形式传递给基床。