一种适用于多年冻土区的通风冷却装置及施工方法与流程

本发明涉及冻土冷却，特别涉及一种适用于多年冻土区的通风冷却装置及施工方法。

背景技术：

1、冻土是一种特殊的含有冰的土壤或者岩石，作为气候和地质因素综合作用下的产物，工程性质会随外界气温冷暖波动，表现出冻胀和融沉特性。受全球气候转暖以及人类工程活动的影响，公路路基下方多年冻土层极易发生温度升高、冻结层融化的现象，在反复的冻融循环过程中，冻胀和融沉交替产生，导致修筑于冻土地基之上的公路工程病害频发，严重影响道路的正常服务水平，造成时间的浪费和运输成本的提高。

2、通风路基采用对流换热原理，有效提高了冻土地基稳定性，是一种顺应冻土生存发育的工程措施，近年来调查结果表明，该措施在冻土工程中的应用效果突出，其调控过程表现为强制对流条件下路基内热流阻断、壁面换热以及耗散蒸发的热量转移，进而降低地基温度从而对多年冻土地基产生保护效果。但通风管在使用过程中仍存在一些不足之处，具体表现为：一、散热效率低，仅依靠空气自然对流带走管内热量，难以满足大多数工程需要；二、管内积冰及杂物侵入堆积容易堵塞管道，当温度过低时，会在通道壁上形成冰环，而冰环掉落堆积容易阻塞通道，导致空气流动受阻，装置失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中所存在的问题，提供一种适用于多年冻土区的通风冷却装置及施工方法，能够提高散热效率并防止冰块堵塞通道。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种适用于多年冻土区的通风冷却装置，包括嵌套设置的外管和内管；所述外管埋设于冻土且其上端延伸至大气，所述内管的上端伸出所述外管的管口并安装有排风机构，所述外管和所述内管之间形成有第一通道，所述内管的管道内形成有第二通道，所述第一通道和所述第二通道在所述内管的下端贯通；所述外管内设有重力翻板阀，所述重力翻板阀位于所述内管的下方，所述重力翻板阀能够在重物的重力作用下翻转，并带动重物落入所述重力翻板阀的下方空间。

4、本发明所述冷却装置，通过嵌套设置的外管和内管形成供空气向内流动的第一通道和供空气向外流动的第二通道，第一通道与冻土层通过外管的管壁相邻，使得第一通道内的空气能够吸收冻土层中的热量，并通过第二通道将热量带出冻土层，可实现冻土的快速散热导冷，有利于维持冻土地基的稳定；

5、同时，通过在内管的上端安装排风机构，能够加速第一通道和第二通道内的空气流动，提高装置的散热效率；

6、同时，通过在内管的下方设置重力翻板阀，不仅能够减小第一通道和第二通道连通处的开口长度，加快空气流动，从而提高散热导冷效率；还能够将管内形成并掉落的冰块或风沙侵入的异物从第一通道和第二通道中快速排出，避免堆积造成通道堵塞；

7、同时，本冷却装置的水平占地面积小，埋设安装方便且能够工后施工，不仅适用于未建或在建项目，还适用于在役公路的补强修复，适用范围广且路基强度和稳定性的提升效果明显。

8、作为本发明的优选方案，所述重力翻板阀包括转杆和阀板，所述转杆的两端固定于所述外管，所述阀板转动安装于所述转杆，且所述转杆位于所述阀板的中轴线；该结构形式构成简单、安装方便，并且转杆位于阀板的中轴线，可使阀板的转动能够更加顺畅地进行。

9、作为本发明的优选方案，所述重力翻板阀上设有复位弹簧或复位配重；当冰块从所述重力翻板阀上滑落后，可辅助所述重力翻板阀复位。

10、作为本发明的优选方案，所述重力翻板阀的下方设置有镂空渗流槽；可将冰块融化的冷水渗入冻土。

11、作为本发明的优选方案，所述排风机构包括风叶和驱动装置，所述风叶安装在所述内管的上端。

12、作为本发明的优选方案，所述驱动装置为球形涡轮和/或电机；设置所述球形涡轮能够利用自然风力推动所述风叶转动，且所述球形涡轮为单向转动，不会改变管内空气流向；电机能在自然风力不足时驱动所述风叶转动。

13、作为本发明的优选方案，所述内管的管道内安装有温控式风门；设置所述温控式风门，使得所述冷却装置能够在高温或温热时段自动关闭所述第二通道，避免热量传入而加剧冻土融沉。

14、作为本发明的优选方案，所述外管为导热材质结构件，导热材质能够加快冻土中的热量向所述第一通道内传递，有利于提高冷却效果；所述外管延伸至大气的管壁设有保温层，保温层能够减少外界热量通过所述外管的管壁向冻土传递。

15、作为本发明的优选方案，所述外管/所述内管在冻土内竖直或倾斜设置；竖直设置便于制作和安装；倾斜设置能够增大侧向支撑力，提高抗倾覆能力，还能够增大装置的冷却半径，提高冷却效果。

16、一种通风冷却装置的施工方法，包含上述的一种适用于多年冻土区的通风冷却装置，包括如下步骤：

17、s1.定位：在道路路基的两侧确定安装点位，所述安装点位沿道路纵向间隔设置并对称分布于道路两侧；

18、s2.打钻：在所述安装点位干钻并形成钻孔；

19、s3吊装：抬升所述冷却装置，将所述外管的下端靠近所述钻孔的孔口，并保证所述外管平行于所述钻孔的轴向；

20、s4.安装：将所述冷却装置放入所述钻孔，并使用固定装置支撑固定；

21、s5.回填：利用细砂回填所述钻孔与所述外管之间的空隙，待细砂冻结后拆除所述固定装置。

22、本发明所述施工方法，将冷却装置沿道路纵向间隔设置且对称分布于道路两侧，可实现全路段冻土的散热导冷，并能够防止道路路基发生不均匀沉降；

23、同时，采用干钻的方法在道路路基两侧打钻成孔，不仅能够保证钻孔质量，减少裂纹和畸形的产生，而且钻孔的开设对水源需求少，适用于高寒高海拔多年冻土区的施工；

24、同时，采用细砂回填空隙，并待细砂冻结后拆除固定装置，可利用冻土的冻胀特性实现对冷却装置的快速固定，施工简单方便且对冻土的破坏小。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果：

26、1.本发明所述冷却装置，通过嵌套设置的外管和内管形成供空气向内流动的第一通道和供空气向外流动的第二通道，第一通道与冻土层通过外管的管壁相邻，使得第一通道内的空气能够吸收冻土层中的热量，并通过第二通道将热量带出冻土层，可实现冻土的快速散热导冷，有利于维持冻土地基的稳定；通过在内管的上端安装排风机构，能够加速第一通道和第二通道内的空气流动，提高装置的散热效率；通过在内管的下方设置重力翻板阀，不仅能够减小第一通道和第二通道连通处的开口长度，加快空气流动，从而提高散热导冷效率；还能够将管内形成并掉落的冰块或风沙侵入的异物从第一通道和第二通道中快速排出，避免堆积造成通道堵塞；本冷却装置的水平占地面积小，埋设安装方便且能够工后施工，不仅适用于未建或在建项目，还适用于在役公路的补强修复，适用范围广且路基强度和稳定性的提升效果明显。

27、2.优选的方案中，通过在重力翻板阀的下方设置镂空渗流槽，可将冰块融化的冷水快速渗入冻土，促进冻土的进一步降温。

28、3.本发明所述施工方法，将冷却装置沿道路纵向间隔设置且对称分布于道路两侧，可实现全路段冻土的散热导冷，并能够防止道路路基发生不均匀沉降；采用干钻的方法在道路路基两侧打钻成孔，不仅能够保证钻孔质量，减少裂纹和畸形的产生，而且钻孔的开设对水源需求少，适用于高寒高海拔多年冻土区的施工；采用细砂回填空隙，并待细砂冻结后拆除固定装置，可利用冻土的冻胀特性实现对冷却装置的快速固定，施工简单方便且对冻土的破坏小。