CN1218093C - 调控天然冷量维护冻土路基的方法 - Google Patents
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Abstract
一种调控天然冷量维护冻土路基的方法，最适用于高温冻土区处于不稳定状态的冻土路基的维护以及路基冻融灾害的处理。通过在路基中进行纵向水平布管，或在路堤两侧倾斜布管，管道与大气和人工辅助制冷循环系统并联，充分利用天然冷量冷却土体，确保路基的长期稳定，并可根据需要在时间和空间上动态调控路基温度，维持天然冻土处于负温状态，消除存在于路基下影响很大的“融化盘”现象，确保了路基在任何条件下不出现融化，真正保证了冻土路基的长期稳定性，该方法具有广泛的实用性。
Description
一、技术领域
本发明涉及人工制冷和天然冷量利用技术，尤其是一种调控冷量维护冻土路基的方法，最适用于高温冻土区处于不稳定状态的冻土路基的维护以及路基冻融灾害的处理。
二、背景技术
在我国的西北和东北地区，覆盖有大范围的多年冻土，其中有高温冻土、富冰冻土，也有岛状冻土。在这些地区进行各类土木工程的建设，如修建房屋、公路、铁路、桥梁、隧道等将对原始的冻土进行扰动，冻土的扰动一方面将对环境造成影响，另一方面被扰动的冻土会产生冻融现象，对工程建设造成危害。目前，随着我国西部开发进程的加快，正在加紧建设青藏铁路和修复青藏公路，保证青藏运输线路路基的长期稳定性十分重要。
青藏线路要穿越500km的多年冻土，冻土地区的年平均气温达-4.0～6.9℃，特别是高温冻土和富冰冻土地区，由于气候变化温度波的侵入，多年冻土的热侵蚀和工程建设对冻土环境的影响，道路路基将经受非稳态导热过程，路基中的温度将发生变化，道路路基会经受冻融的侵害。如何保证冻土地区各类土木工程基础的稳定性，工程建设中进行了较多的探索，目前西北的新疆、青海、西藏等地区采用在冻土地基基础中埋设通风管修建普通住宅取得了一定的成功，但这种基础不能承受动荷载的作用，因此该技术不能应用到公路、铁路建设中。中国科学院兰州分院寒区旱区环境与工程研究所采用的在道路路基横向埋设通风管，利用环境温度调控路基，加强路基冻结程度，延长冻土路基融化时间，但其不能主动调控冷量，确保路基的稳定。
三、发明内容
1.发明目的
鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种调控天然冷量维护冻土路基的方法，以解决在多年冻土地区修建铁路、公路等工程设施所遇到的冻融问题。
2.技术方案
本发明调控天然冷量维护冻土路基的方法是这样完成的：在冻土路基下纵向水平设置冷量调节管，或在冻土路基护堤两侧内间隔倾斜设置冷量调节管，将冷量调节管分段与大气连接形成回路或独立成系统，充分利用天然冷量；也可以与人工辅助制冷循环系统并联形成回路，维持天然冻土处于负温状态，以确保路基的长期稳定性。路基下纵向水平设置的调节管可以是一根，也可以是多根。在冻土路基护堤两侧内间隔倾斜设置的冷量调节管内下置套管，通过套管并联各冷量调节管，使其与大气形成回路或独立成系统，也可以与人工辅助制冷循环系统并联形成回路，倾斜设置的冷量调节管与水平面的倾角为0～90°，采用的冷量调节管道直径为150～450mm，冷量调节管道与大气和人工辅助制冷循环系统并联，冬季贮存冷量，夏季释放冷量，最大限度地节约能源，主动控制路基温度，确保路基长期稳定，有利于保护环境、维护生态、保证工程的安全。
3.技术效果
本发明调控天然冷量维护冻土路基的方法，最适用于高温冻土区处于不稳定状态的冻土路基的维护以及路基冻融灾害的处理。通过在路基下进行纵向水平布管，或在路堤两侧倾斜布管，管道与大气和人工辅助制冷循环系统并联，主动控制路基温度，可确保路基的长期稳定。与现有技术相比：利用天然冷量充分，能够较好地贮存冷量，并可根据需要在时间和空间上动态调控路基温度，维持天然冻土处于负温状态，消除可能存在于路基下，对路基的工程性质影响很大的“融化盘”现象，使路基长期处于冻土状态，以确保路基的长期稳定性。同时还可以实施人工调控，夏季冷量不足时还可以辅以人工制冷进行调控，充分考虑到了工程环境的变化和可能出现的不利因素的影响，确保了路基在 任何条件下不出现融化，真正保证了冻土路基的长期稳定性；本发明还特别适用于冻融灾害发生后的抢险和处理，具有广泛的实用性。
四、附图说明
图1是本发明路堤两侧纵向水平布管的冻土路基示意图。
图2是本发明路基两侧倾斜布管的冻土路基示意图。
五、具体实施方式
下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明调控天然冷量维护冻土路基的方法，将地质层分为路基1、冻土地层3，在路基1下纵向水平设置冷量调节管2，将冷量调节管2分段与大气连接形成回路或独立形成系统，充分利用天然冷量；冷量调节管2也可以与人工辅助制冷循环系统并联形成回路，使路基1的温度长期处于负温状态，以确保路基1的长期稳定性，图1所示。或者是在路基1的护堤两侧内间隔倾斜设置冷量调节管2，并在冷量调节管2内下置套管，通过套管并联各冷量调节管2，使其与大气形成回路或独立形成系统，冷量调节管2也可以与人工辅助制冷循环系统并联形成回路。倾斜设置的冷量调节管2与水平面的倾角为0～90°，图2所示。所采用的冷量调节管道直径为150～450mm。
具体施工时，必须根据实施地区的冻土工程地质条件、气候条件、日辐射情况、环境条件、工程条件等首先进行设计，然后进行施工。对于新建路基，可在施工时采用在路基下布置与线路同向的水平管道，间隔一定距离与大气相连；对于已建路基和新建路基，都可以采用在路基两侧倾斜布管，同时也必须间隔一定距离与大气相连，以便路基冬季采集天然冷量维护路基，消除日辐射、人工活动等因素对路基产生的影响；夏季关闭与大气的连接通道，与人工辅助制冷系统连接，根据路基实际情况决定是否实施人工辅助制冷维护冻土路基。
Claims (6)
1.调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：在路基(1)下纵向水平设置冷量调节管(2)，或在路基(1)的护堤两侧内间隔倾斜设置冷量调节管(2)，将冷量调节管(2)分段与大气连接形成回路或独立成系统，充分利用天然冷量；维持天然冻土处于负温状态，确保路基(1)的长期稳定性。
2.根据权利要求1所述的调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：在所述路基(1)下纵向水平设置的调节管(2)可以设置一根，也可以设置多根。
3.根据权利要求1所述的调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：在所述冻土路基(1)的护堤两侧内间隔倾斜设置的冷量调节管(2)，管内下置套管，通过套管并联各冷量调节管(2)，使其与大气形成回路或独立成系统。
4.根据权利要求3所述的调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：所述倾斜设置的冷量调节管(2)与水平面的倾角为0～90°。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：所述采用的冷量调节管(2)直径为150～450mm。
6.根据权利要求1或3所述的调控天然冷量维护冻土路基的方法，其特征是：冷量调节管(2)也可与人工辅助制冷循环系统并联形成回路。
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