CN113026720A - 一种解决冻土融化的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种解决冻土融化的方法及装置，所述装置包括发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7、控制装置8、可移动单元9、冻土土体10，其中：所述可移动单元9为用于承载设备的平台，所述可移动单元9上安装有发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7和控制装置8上；发电机1和空压机2通过电路相连接；空压机2、空气处理单元3、储气罐4、压力调节装置5和涡轮冷却器6依次通过管路相连接。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程健康保障技术领域，特别涉及一种解决冻土融化的方法和装置。
背景技术
冻土是一种对温度十分敏感而且性质不稳定的土体，这类土体具有负温且含有冰的各类土(岩)，同时也是一种多孔结构的复杂物质，冻土中包含了土、水、冰、气四种成分。冻土是一种广泛存在的地质条件，包括多年冻土、季节冻土和瞬时冻土。冻土区域面积占到全球陆地面积的70％，我国冻土面积位列世界第三。随着对冻土地区的开发利用，大量的工程结构被建立在冻土地区。在大量的前期勘测、勘探中发现，冻土的分布规律表现出明显的地带性特征。同时，冻土本身性质复杂，力学性能容易受到环境影响而发生变化，在特定环境因素的作用下会引发翻衆、冻胀等工程病害。这些病害降低了工程结构的稳定性，造成极大的安全隐患。
我国多年冻土地区约占国土面积的21.5％，主要分布在青藏高原，东北大小兴安岭和西部的天山、阿尔泰山及祁连山等地区。目前我国青藏铁路、青藏公路、青藏高速公路格尔木至玉树试验路段等高原冻土地质道路建设已经积累了丰富的高原冻土地质道路建设经验，形成了高原冻土地质道路建设技术体系。但是，高原冻土地质路段道路工程建设中还存在一些难题，包括高原冻土地质路段道路工程建设中路基边坡框架通风锚管、热锚管多年冻土边坡支护结构在钻锚管安装孔、支护结构制作过程可能造成冻土融化形成滑坡隐患，高原冻土地质路段道路工程隧道挖掘施工建设中为了防止冻土融化造成塌方，只能在冬季施工，影响工程进度，高原冻土地质路段道路桥梁建设工程中，为了保证桥墩桩基周围冻土冻实，通常要等4到6个月才能进行桥面铺设，拖延了工程进度。
现有道路施工领域的冻土土体冷却方式有三种：普通锚管、通风锚管和热锚杆。目前普通锚管无法解决冻土土体的健康保障问题，即冻土土体施工存在的滑坡、塌方等问题；通风锚管采用外界冷空气与冻土土体进行热交换，吸收土体热量的方式实现对坡体的降温，其中外界冷空气和吸收土体热量后形成的热空气在锚管内进行对流换热循环，优点是依靠自然通风，无需额外动力，依据外界空气温度的变化还能够实现通风功能的自主控制，但是只能冬季施工，所以施工时间受到限制，施工周期无法保证，且由于采用自然压差的方式换热效率低导致施工效率差；热锚杆采用蒸发制冷系统，主要是气液两相对流循环传热降温，巧妙的解决了注浆锚固与换热降温同时进行的难题，换热效率明显提高，但是因为要使用外界空气，所以对环境温度要求比较高，只能冬季或者夏季夜间进行施工，另一方面由于风压较小，风量较小，换热效率还是不能达到同时施工同时冷却的目的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种解决冻土融化的方法和装置，能够解决施工时间受限，不能同时作业完成的技术难题。
第一发明，本申请提供一种解决冻土融化的装置，所述装置包括发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7、控制装置8、可移动单元9、冻土土体10，其中：
所述可移动单元9为用于承载设备的平台，所述可移动单元9上安装有发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7和控制装置8上；发电机1和空压机2通过电路相连接；空压机2、空气处理单元3、储气罐4、压力调节装置5和涡轮冷却器6依次通过管路相连接；储气罐4的输出信号和通风管路7的输入信号分别与控制装置8的输入通过信号线相连接；控制装置8的输出分别通过信号线与压力调节装置5和涡轮冷却器6连接；通风管路7一边连接在涡轮冷却器6上，通风管路7另一边可直接作用在冻土土体10上；
其中，所述发电机1用于为空压机2提供电力；所述空压机2，利用外界环境空气，为空气处理单元3提供压缩空气；所述空气处理单元3可对外界空气进行处理，为涡轮冷却器6提供干净空气；所述的储气罐4为高压罐，用于储存并提供连续的气源；所述压力调节装置5可对压缩气源进行压力调节；所述涡轮冷却器6将具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；所述通风管路7包括有一路或多路细管，用于对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却；所述控制装置8可以对压力调节装置5和涡轮冷却器6进行控制，调节涡轮冷却器6的出口温度。
具体的，所述空气处理单元3可对外界空气进行除油、除水和除尘处理。
具体的，所述压力调节装置5提供0.1MPa～1MPa的压缩空气。
具体的，所述涡轮冷却器6提供温度为0℃～-80℃、压力为0MPa～0.1MPa的冷却空气。
具体的，所述通风管路7可直接作用在冻土土体10表面或者冻土土体10内部，进行热量交换，对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却，达到冻土冷却的目的。
具体的，所述可移动单元9为车辆底盘，起到可与施工作业同步移动的作用。
第二发明，本申请提供一种解决冻土融化的方法，所述方法应用于如权利要求1所述的装置，方法包括：
确定冻土土体10的类型；
根据所述冻土土体10的类型，确定通风管路7吹出冷风的吹风模式；
根据吹风模式，确定通风管路7的冷风流量和冷风温度；
通风管路7根据所述吹风模式、冷风流量和冷风温度对冻土土体10进行冷却，达到冻土冷冻的目的。
具体的，冻土土体10的类型包括路基边坡、桥墩桩基、隧道；
吹风模式包括表面吹风、内部吹风和表面内部均吹风模式。
具体的，若冻土土体10的类型包括路基边坡和桥墩桩基，则吹风模式为表面吹风或内部吹风；
若冻土土体10的类型为隧道，则吹风模式为表面吹风。
本发明主要是提供一种解决冻土融化的方法和装置，提供一种能够实时移动且可同时对施工过程中融化冻土土体进行快速冷却的方法和装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。该方法能够有效缩短工程进度，提高工作效率，做到冻土表面和冻土内部同步施工同步冷却，且实施简单，成本低，一年四季均可施工，可改善民生，具有很大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1示出本发明示例性实施例中一种解决冻土融化的装置示意图；
图2示出本发明示例性实施例中冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体表面冷却冻土土体的示意图；
图3示出本发明示例性实施例中冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体内部冷却冻土土体的示意图；
图4示出本发明示例性实施例中冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体表面和内部冷却冻土土体的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
实施例一
如图1所示，本申请提供一种解决冻土融化的装置，所述装置包括发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7、控制装置8、可移动单元9、冻土土体10，其中：
所述可移动单元9为用于承载设备的平台，所述可移动单元9上安装有发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7和控制装置8上；发电机1和空压机2通过电路相连接；空压机2、空气处理单元3、储气罐4、压力调节装置5和涡轮冷却器6依次通过管路相连接；储气罐4的输出信号和通风管路7的输入信号分别与控制装置8的输入通过信号线相连接；控制装置8的输出分别通过信号线与压力调节装置5和涡轮冷却器6连接；通风管路7一边连接在涡轮冷却器6上，通风管路7另一边可直接作用在冻土土体10上；
其中，所述发电机1用于为空压机2提供电力；所述空压机2，利用外界环境空气，为空气处理单元3提供压缩空气；所述空气处理单元3可对外界空气进行处理，为涡轮冷却器6提供干净空气；所述的储气罐4为高压罐，用于储存并提供连续的气源；所述压力调节装置5可对压缩气源进行压力调节；所述涡轮冷却器6将具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；所述通风管路7包括有一路或多路细管，用于对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却；所述控制装置8可以对压力调节装置5和涡轮冷却器6进行控制，调节涡轮冷却器6的出口温度。
具体的，所述空气处理单元3可对外界空气进行除油、除水和除尘处理。
实际应用中，空气处理单元3可按照需求等级选择相应的过滤精度，通过除尘过滤器实现除尘。根据露点需求，通过冷干机或者吸干机实现除水功能。通过除油净化器，或者活性炭吸附，实现除油。
具体的，所述压力调节装置5提供0.1MPa～1MPa的压缩空气。
具体的，所述涡轮冷却器6提供温度为0℃～-80℃、压力为0MPa～0.1MPa的冷却空气。
具体的，所述通风管路7可直接作用在冻土土体10表面或者冻土土体10内部，进行热量交换，对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却，达到冻土冷却的目的。
具体的，所述可移动单元9为车辆底盘，起到可与施工作业同步移动的作用。
实际应用中，可移动单元9可根据需要设置在与施工作业同步移动的车辆上，可移动单元9的结构也适应性的根据移动车辆的结构，以及可移动单元9所承载的设备数据和结构进行设置。
需要补充的是，控制装置8用于调节涡轮冷却器6的出口温度，控制装置8可以包括对环境温度进行采用的温度传感器、控制温度在设定值的控制电路、等。
需要补充的是，发电机1为空压机2提供电力，环境空气经过空压机2形成压缩空气，在空气处理单元3进行除水除油，然后进入储气罐4，形成连续气源，储气罐4中的压缩空气经过压力调节装置5进行压力调节，形成具有一定压力的压缩空气，在涡轮冷却器6中进行降压、降温，提供具有一定压力和温度的冷却空气，控制装置8通过采集涡轮冷却器6的空气温度对涡轮冷却器6的出口温度进行控制调节，最后通过通风管路7对冻土土体进行冷却，通风管路7为可分为一路或多路细管，同时对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却，通风管路7可根据外界环境温度选取不同的冷却空气，冷却空气温度低于0℃甚至达到-60℃，压力大于10Pa，通风管路7可直接作用在冻土土体10表面或者冻土土体10内部，进行热量交换，对已融化或未融化的冻土土体10进行冷却，达到冻土冷却的目的，控制装置8可以对压力调节装置5和涡轮冷却器6进行控制，调节涡轮冷却器6的出口温度，保证产生所需的压力和温度适宜的冷却气体，可移动单元9为车辆底盘，起到可与施工作业同步移动的作用。
实施例二
本申请提供一种解决冻土融化的方法，所述方法应用于上述解决冻土融化的装置，方法包括：
步骤101：确定冻土土体10的类型；
步骤102：根据所述冻土土体10的类型，确定通风管路7吹出冷风的吹风模式；
具体的，冻土土体10的类型包括路基边坡、桥墩桩基、隧道；吹风模式包括表面吹风、内部吹风和表面内部均吹风模式。
实际应用中，若冻土土体10的类型包括路基边坡和桥墩桩基，则吹风模式为表面吹风或内部吹风；
若冻土土体10的类型为隧道，则吹风模式为表面吹风。
步骤103：根据吹风模式，确定通风管路7的冷风流量和冷风温度；
步骤104：通风管路7根据所述吹风模式、冷风流量和冷风温度对冻土土体10进行冷却，达到冻土冷冻的目的。
实施例三
如图2所示，本申请实施例以冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体表面冷却冻土土体为例，进行说明：
判断冻土土体10的类型为路基边坡，并确定吹风模式为表面吹风，涡轮冷却器6将具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；通过一路通风管路7，对已融化或未融化的冻土土体10的表面进行冷却。
实施例四
如图3所示，本申请实施例以冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体内部冷却冻土土体为例，进行说明；
判断冻土土体10的类型为桥墩桩基，并确定吹风模式为内部吹风，涡轮冷却器6将具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；通过一路通风管路7，对已融化或未融化的冻土土体10的内部进行冷却。
实施例五
如图4所示，本申请实施例以冷却气源提供的冷风通过通风管直接作用在冻土土体表面和内部冷却冻土土体为例，进行说明；
判断冻土土体10的类型为桥墩桩基，并确定吹风模式为表面内部均吹风模式，涡轮冷却器6将具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；通过一路通风管路7，对已融化或未融化的冻土土体10的内部进行冷却，通过另一路通风管路7，对已融化或未融化的冻土土体10的表面进行冷却。
综上所述，本发明涉及一种解决冻土融化的方法和装置，尤其适用于多年冻土施工工程健康保障技术领域。本发明主要是提出一种解决冻土融化的方法和装置，该装置用于提供冷却空气，冷却空气通过通风管路，直接冷却冻土表面或冻土内部，从而达到冻土快速冷却的目的。本发明的主要特征是一种解决冻土融化的方法和装置，适宜于道路施工、桥梁隧道等施工建设中的桥墩、桥柱、桩机等。它由发电机1、空压机2、空气处理单元3，储气罐4、压力调节装置5、涡轮冷却器6、通风管路7、控制装置8、可移动单元9、冻土土体10和管路11组成。本发明是一种解决冻土融化的方法和装置，具有通用性、安全性和经济性。
Claims (9)
1.一种解决冻土融化的装置，其特征在于，所述装置包括发电机(1)、空压机(2)、空气处理单元(3)，储气罐(4)、压力调节装置(5)、涡轮冷却器(6)、通风管路(7)、控制装置(8)、可移动单元(9)、冻土土体(10)，其中：
所述可移动单元(9)为用于承载设备的平台，所述可移动单元(9)上安装有发电机(1)、空压机(2)、空气处理单元(3)，储气罐(4)、压力调节装置(5)、涡轮冷却器(6)、通风管路(7)和控制装置(8)上；发电机(1)和空压机(2)通过电路相连接；空压机(2)、空气处理单元(3)、储气罐(4)、压力调节装置(5)和涡轮冷却器(6)依次通过管路相连接；储气罐(4)的输出信号和通风管路(7)的输入信号分别与控制装置(8)的输入通过信号线相连接；控制装置(8)的输出分别通过信号线与压力调节装置(5)和涡轮冷却器(6)连接；通风管路(7)一边连接在涡轮冷却器(6)上，通风管路(7)另一边可直接作用在冻土土体(10)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述发电机(1)用于为空压机(2)提供电力；
所述空压机(2)，用于为空气处理单元(3)提供压缩空气；
所述空气处理单元(3)，用于对外界空气进行除油、除水和除尘处理处理，为涡轮冷却器(6)提供干净空气；
所述储气罐(4)为高压罐，用于储存并提供连续的气源；
所述压力调节装置(5)，用于对压缩气源进行压力调节；
所述涡轮冷却器(6)，用于对具有一定温度和压力的压缩空气进行降压降温；
所述通风管路(7)包括有一路或多路细管，用于对已融化或未融化的冻土土体(10)进行冷却；
所述控制装置(8)，用于对压力调节装置(5)和涡轮冷却器(6)进行控制，调节涡轮冷却器(6)的出口温度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述压力调节装置(5)提供0.1MPa-1MPa的压缩空气。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述涡轮冷却器(6)提供温度为0℃～-80℃、压力为0MPa～0.1MPa的冷却空气。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述通风管路(7)可直接作用在冻土土体(10)表面或者冻土土体(10)内部，进行热量交换，对已融化或未融化的冻土土体(10)进行冷却，达到冻土冷却的目的。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述可移动单元(9)为车辆底盘，起到可与施工作业同步移动的作用。
7.一种解决冻土融化的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的装置，方法包括：
确定冻土土体(10)的类型；
根据所述冻土土体(10)的类型，确定通风管路(7)吹出冷风的吹风模式；
根据吹风模式，确定通风管路(7)的冷风流量和冷风温度；
通风管路(7)根据所述吹风模式、冷风流量和冷风温度对冻土土体(10)进行冷却，达到冻土冷冻的目的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：冻土土体(10)的类型包括路基边坡、桥墩桩基、隧道；
吹风模式包括表面吹风、内部吹风和表面内部均吹风模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
若冻土土体(10)的类型包括路基边坡和桥墩桩基，则吹风模式为表面吹风或内部吹风；
若冻土土体(10)的类型为隧道，则吹风模式为表面吹风。
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2021
- 2021-03-16 CN CN202110283306.2A patent/CN113026720A/zh active Pending
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