基于浅层地热交换的隧道温度调节系统的制作方法

本技术涉及隧道工程，具体为基于浅层地热交换的隧道温度调节系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、隧道在施工建设阶段，围岩支护结构的强度发育需要特定的温度养护条件，同时也为隧道建设工作人员提供了舒适的工作环境，而隧道受限于自身的结构通风困难，难以控制其内部温度，建设完毕运营中的隧道会采用机械通风或是机械制热/制冷的方式控制内部的温度，但在施工建设阶段需要耗费大量成本用于隧道内部的温度控制。

3、例如，在夏季期间，隧道内、外的温度较高，需要在隧道掌子面或隧道空腔进行降温处理，占用极高的成本；在冬季期间，隧道进口或出口附近极易发生冻害，造成施工中的隧道衬砌冻胀开裂、剥落等问题，使隧道发生结构性破坏，同时还对排水系统有较大的损坏，目前对于隧道的冬季保暖措施，多采用铺设保温层及电加热的方法，然而这些措施使得后期运营成本较高，且污染较大。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，沿隧道铺设方向在设定间距的断面初衬与二衬之间和排水沟下方布置用于释放地热能的热交换管道，在隧道底板下方空间内布置用于吸收地热能的热提取管道，通过地源热泵提供管道内介质的运输动力，配合辅助的加热器/冷却器，实现隧道某一断面区域的温度控制；整条隧道间隔设定距离铺设上述设备，通过沿隧道方向布置的温度测线获取温度变化，当隧道某两组断面之间的区域出现温度异常启动对应断面的地源热泵实现该区域的温度控制。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、本实用新型的第一个方面提供基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，包括：

4、浅层地热交换单元，沿隧道铺设方向布置，包括设置在隧道断面的初衬与二衬之间，和排水沟下方的热交换管道，设置在对应隧道断面底板下方空间的热提取管道，热交换管道通过地源地泵与热提取管道连接沿隧道断面形成循环；

5、温度监测单元，包括沿隧道铺设方向布置的温度测线，温度测线上间隔设定距离连接多组温度传感器，获取隧道的温度变化；

6、温度控制单元，根据温度监测单元获取的隧道温度变化，控制隧道中对应断面的浅层地热交换单元。

7、隧道浅层地热交换单元具有浅层地埋取热区和围岩热交换区；浅层地埋取热区位于隧道底板的下方空间，空间内设有与热提取管道连接的加热器和/或冷却器，热提取管道位于空间底部的岩层中；围岩热交换区位于隧道底板的上方空间，包括布置在初衬和二衬之间的第二热交换管道，和布置在排水沟底部空间的第一热交换管道，第一热交换管道与第二热交换管道相连通且均与地源热泵连接。

8、地源热泵位于隧道底板的上方沿隧道边墙等间距布置并与热提取管道连接。

9、地源热泵位于与排水沟相远离的一侧隧道边墙，且分别与热提取管道、第一热交换管道和第二热交换管道相连接。

10、热提取管道、第一热交换管道和第二热交换管道内均充满导热介质。

11、温度监测单元包括在隧道边墙和拱顶上布置的温度测线，测线布置方向与隧道铺设方向一致，每条温度测线上等间隔布置多个温度传感器，温度传感器通过温度测线连接温度监测模块，获取隧道的温度变化，发送给温度控制单元。

12、浅层地热交换单元工作状态下具有被动应用模式和主动应用模式；被动应用模式下，利用地源热泵连通的热提取管道和热交换管道与周围的岩石或土壤换热进行隧道降温或保暖，以维持隧道整体处于设定的温度变化范围内。主动应用模式下，加热器或冷却器工作，同时利用地热能和加热器，或地热能和冷却器进行隧道降温或保暖。使隧道异常区域的温度恢复至正常范围。

13、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

14、1、整条隧道间隔设定距离铺设浅层地热交换单元，根据隧道整体的温度变化，当隧道某两组断面之间的区域出现温度异常时，利用对应断面上的浅层地热交换单元实现该区域的温度控制。

15、2、浅层地热交换单元中，沿隧道铺设方向在设定间距的断面初衬与二衬之间和排水沟下方布置用于释放地热能的热交换管道，在隧道底板下方空间内布置用于吸收地热能的热提取管道，配合地源热泵利用热提取管道获取地热能维持隧道处于正常温度范围。

16、3、当隧道某一区域出现温度异常时，该区域存在的地热能已经无法维持隧道的正常温度，则配合辅助的加热器或冷却器，以机械制热或制冷的方式使隧道某一断面覆盖区域的温度恢复到正常范围。

技术特征：

1.基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述隧道浅层地热交换单元具有浅层地埋取热区和围岩热交换区。

3.如权利要求2所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述浅层地埋取热区位于隧道底板的下方空间，空间内设有与热提取管道连接的加热器和/或冷却器，热提取管道位于空间底部的岩层中。

4.如权利要求2所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述围岩热交换区位于隧道底板的上方空间，包括布置在初衬和二衬之间的第二热交换管道，和布置在排水沟底部空间的第一热交换管道，第一热交换管道与第二热交换管道相连通且均与地源热泵连接。

5.如权利要求4所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述地源热泵位于隧道底板的上方沿隧道边墙等间距布置并与热提取管道连接。

6.如权利要求4所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述地源热泵位于与排水沟相远离的一侧隧道边墙，且分别与热提取管道、第一热交换管道和第二热交换管道相连接。

7.如权利要求6所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述热提取管道、第一热交换管道和第二热交换管道内均充满导热介质。

8.如权利要求1所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述温度监测单元包括在隧道边墙和拱顶上布置的温度测线，测线布置方向与隧道铺设方向一致，每条温度测线上等间距布置多个温度传感器，温度传感器通过温度测线连接温度监测模块，获取隧道的温度变化并发送给温度控制单元。

9.如权利要求1所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述浅层地热交换单元工作状态下具有被动应用模式和主动应用模式；被动应用模式下，利用地源热泵连通的热提取管道和热交换管道与周围的岩石或土壤换热进行隧道降温或保暖，以维持隧道整体处于设定的温度变化范围内。

10.如权利要求9所述的基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，其特征在于，所述主动应用模式下，加热器或冷却器工作，同时利用地热能和加热器，或地热能和冷却器进行隧道降温或保暖，使隧道异常区域的温度恢复至正常范围。

技术总结
本技术涉及基于浅层地热交换的隧道温度调节系统，包括沿隧道铺设方向布置的浅层地热交换单元，包括设置在隧道断面的初衬与二衬之间和排水沟下方的热交换管道，设置在对应隧道断面底板下方空间的热提取管道，热交换管道通过地源地泵与热提取管道连接沿隧道断面形成循环；温度监测单元包括沿隧道铺设方向布置的温度测线，温度测线上间隔设定距离连接多组温度传感器，获取隧道的温度变化；温度控制单元根据温度监测单元获取的隧道温度变化，控制隧道中对应断面的浅层地热交换单元。整条隧道间隔设定距离铺设浅层地热交换单元，根据隧道整体的温度变化，当隧道中的某区域出现温度异常时，利用该区域对应的浅层地热交换单元实现该区域的温度控制。

技术研发人员：赵向波,刘征宇,白鹏,李铭杰,王成坤,许建述,任玉晓,焦一峰,李晓兵,林鹏,卿光辉,韩祯武
受保护的技术使用者：新疆额尔齐斯河投资开发（集团）有限公司
技术研发日：20230215
技术公布日：2024/1/13