一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置

本技术涉及缓解多年冻土区路基融沉领域，具体是指一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置。

背景技术：

1、青藏高原分布着世界上中、低纬度地区海拔最高、面积最大的多年冻土，年均气温较低，冻土、地下冰发育受修筑路基工程的热扰动和气候变化的长期热影响，多年冻土温度逐渐升高，特别是年平均地温高于−1.0°c和体积含冰量超过25%的高温高含冰量冻土对气候变化和工程影响更加敏感。青藏铁路全长1956km，穿越区域地形险恶复杂、气候恶劣，其中格尔木至拉萨段（格拉段）全长1142km，穿越632公里高原多年冻土区大片连续多年冻土550km，岛状不连续冻土区长度约为82km，沿线高温冻土区275km，高含冰量多年冻土区路段221km，高温高含冰量重叠路段134km。多年冻土区路基沉降变形是冻土工程研究中的核心之一，也是青藏铁路路基维护中的难点。尽管青藏铁路建设采取了主动冷却路基系统保护冻土措施，但自2006年7月1日开通运营以来，多年冻土路基融沉一直困扰着铁路养护部门：通车不到两个月，多年冻土区铁路部分路段便出现了路基下沉和开裂现象。

2、保护多年冻土区铁路路基的传统方法包括改良路基填土、冷却地基或提高路基高度等手段。然而，这些方法通常效果有限，并且存在成本高、能源消耗大等问题。因此，需要一种更有效、节能且经济的解决方案来缓解冻土区路基融沉问题。其中通风管路基是一种积极保护冻土的工程措施，运用于青藏铁路多年冻土区的路基建设，效果良好，但当前通风管路基还存在不合理，不科学等问题，主要体现在：1、夏季通风管相当于热空气的流通通道，对保护冻土非常不利；2、通风管容易受自然风沙及杂物影响，堵塞管口导致功能失效；3、现有通风管属于被动通风，受制于自然风向、风速和设置高度等因素。

3、因此，为了解决这个问题，本实用新型提供一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置。该通风管装置最为明显的创新点为采用预应力混凝土制成，预应力混凝土除了提高构件的抗裂度和刚度外，还具有减轻自重、增加构件的耐久性、降低造价等优点，此外该通风管管口呈斜状，可以在夜间很好的将由铁道列车所带来的风引入通风管内。在没有列车驶过时，也可以靠管口叶片收集风量，从而达到在夜晚对土体进行降温的工作。

技术实现思路

1、为了克服现有的多年冻土区路基融沉的问题，如成本高、能源消耗大、路基不稳等问题。本实用新型提供一种具有主动温控功能的预应力混凝土通风管道装置，此装置能缓解多年冻土区铁路路基融沉。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置，包括前向预应力混凝土通风管（1）、后向预应力混凝土通风管（2）、管口叶片（3）、杂物过滤网（4）、控制系统（5）、风门（6）、地温监测装置（7）、气温监测装置（8）；通风管埋设与路基中，具有进气口和出气口，其进气口和出气口均裸露在路基外部与外界环境相连；控制系统连接地温监测装置（7）与气温监测装置（8），地温与气温监测系统包括设于通风管内的用于监测地基温度的地温监测装置（7），以及位于路基外部通风管口用于监测大气温度的气温监测装置（8）。其中创新的设计了一种斜状进风口，其可以有效引导风向，提高管道的进风量，降低土体温度，从而提高路基稳定性。在白天，通风管道呈闭合状态，目的为防止热空气进入土体，减少温差对土体的冻融破坏。在夜晚，由与控制系统（5）连接的地温与气温监测系统中的地温监测装置（7）、气温监测装置（8）监测地温与气温，若气温低于地温指定温度时，此时由控制系统（5）控制风门（6）打开，通过管口叶片（3）将风引入通风管内，若气温高于地温指定温度时，此时由控制系统（5）控制风门（6）关闭。同时在夜间列车通过时，斜状管口可以收集由列车驶过带来的风量。因此路基本体可由夜间吸收的冷风达到冷却路基温度，防止冻土路基融沉的效果。

3、有益效果

4、本实用新型针对缓解多年冻土区路基融沉产生的优点及有益效果是：1. 提高路基稳定性：通过斜状进风口的设计，有效引导风向并提高管道的进风量。这样可以降低土体温度，减少冻融循环对路基承载性能的影响，从而提高路基的稳定性。2. 节约成本和能源消耗：与传统的冷却地基方法相比，该预应力混凝土通风管道能够在一定程度上减少造价成本和能源消耗，并且利用自然风力和外部温度来调节地基温度，避免了动力设备的高能耗和操作费用。3. 灵活性和可靠性：通风系统中的进风口和风门的设计使得管道可以根据实际情况灵活开闭。白天时保持关闭，夜晚或当地温高于气温时打开，以获得最佳效果。这种灵活性和可靠性确保了通风管道的适应性和可操作性。4. 收集额外风量：斜状管口的设计不仅可以引导自然风力，还可以收集由列车通过带来的风量。这将增加通风管道的通风效果从而降低路基本体的温度，进一步提高路基的稳定性。

技术特征：

1.一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置，包括前向预应力混凝土通风管（1）、后向预应力混凝土通风管（2）、管口叶片（3）、杂物过滤网（4）、控制系统（5）、风门（6）、地温监测装置（7）、气温监测装置（8），八部分组成，其特征是：前向预应力混凝土通风管（1）和后向预应力混凝土通风管（2）均埋设于路基中，且两端的进气口和出气口与外界环境相连，管口处安装有杂物过滤网（4）、管口叶片（3）、由控制系统（5）控制的风门（6）以及与控制系统（5）连接的地温监测装置（7）和气温监测装置（8）。

2.根据权利要求1所述的一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置，其特征是：前向预应力混凝土通风管（1）和后向预应力混凝土通风管（2）是为了便于收集前向列车和后向列车所带来的风量，其管道直径均在40cm-60cm之间根据具体施工实例选择，由预应力混凝土制成，其中前向预应力混凝土通风管（1）与后向预应力混凝土通风管（2）通过前后奇偶排列，两者相距在4m-6m之间根据具体施工实例选择。

3.根据权利要求1所述的一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置，其特征是：控制系统（5）控制风门（6）开关，白天风门（6）关闭，夜晚风门（6）打开。

4.根据权利要求1所述的一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置，其特征是：设于前向预应力混凝土通风管（1）和后向预应力混凝土通风管（2）内的用于监测地基温度的地温监测装置（7），以及位于路基外部通风管口的用于监测大气温度的气温监测装置（8），风门（6）由与地温与气温监测系统连接的控制系统（5）控制动作，在气温高于地温指定温度时控制风门（6）关闭，在气温低于地温指定温度时控制风门（6）打开。

技术总结
本技术是一种可用于缓解多年冻土区铁路路基融沉的主动温控预应力混凝土通风管道装置。包括前向预应力混凝土通风管（1）、后向预应力混凝土通风管（2）两大部分。其中前向预应力混凝土通风管（1）、后向预应力混凝土通风管（2）内均有管口叶片（3）、杂物过滤网（4）、控制系统（5）、风门（6）、地温监测装置（7）及气温监测装置（8），通过预应力混凝土通风管道降低了通风管的造价，提高了通风管的耐久性，通过地温监测装置（7）及气温监测装置（8）连接控制系统（5）主动识别温差并控制风门（6）实现路基的主动降温，有效的通过吸收外界冷空气达到冷却路基的效果，进一步提高了路基的稳定性。

技术研发人员：罗乾,张熙胤,吕旭浩,左森虎,文海荣,刘宁宁,朱奎源
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：20240327
技术公布日：2025/2/27