一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统

本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统。

背景技术：

1、随着我国隧道建设速度加快，规模不断扩大，我国已成为隧道工程地质问题较为复杂的国家之一，尤其是特殊地区的隧道，如寒区隧道。在寒区隧道中，受浅埋隧道洞口低温环境影响，当洞外冷空气进入隧道后，会与隧道壁面发生冷热交换，使得隧道围岩与结构经历多次冻融冻胀，从而在冻胀力作用下使结构遭受冻害。

2、位于寒区的隧道，冻胀变形问题普遍存在，且难以根治。隧道内部由于冷空气难以进入且在保温层的保护下，其引起的冻胀尚不能引起严重的工程病害。然而，由于隧道进出口区域直接受寒冷气候影响，最容易出现大幅度的冻胀变形，甚至地面结冰可能导致交通事故、道路损坏等问题。目前，隧道进出口区域已成为寒区隧道防冻胀的关键区域。

3、目前，现有技术中的寒区隧道防冻方法包括：使用加热设备、保温层等增加寒区隧道的温度。然而，这些方法在成本、环境友好性和效果方面存在一定的不足。

4、现有技术中的另一种寒区隧道防冻方法包括：使用一种地源热泵装配式充气保温结构，该结构结合地热能和弧形可拼装充气膜等，可在冬季出现冻胀问题时，进行充气后拼装到一起。

5、现有技术中的另一种寒区隧道防冻方法包括：使用一种新型寒区隧道洞口保温系统，该系统包括保温室、太阳能板、扫雪装置等，可利用太阳能为系统提供能源。

6、上述现有技术中的寒区隧道防冻方法的缺点包括：目前现有技术中的寒区隧道防冻方法依靠加热设备存在能耗高、成本昂贵的问题，如敷设电缆等。传统保温层则存在效果较差、浪费材料的问题，如直接铺设钢筋网、防水黏土层等。而装配式充气保温结构由于其以气体作为介质，导热效率低下，热能利用效率较低。因此，需要一种更为综合、高效、环保的寒区隧道防冻胀系统。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统，以实现有效地解决寒冷气候下隧道进出口的冻胀问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统，包括：隧道保温结构、智能控制系统和地热交换系统；

4、所述隧道保温结构由寒区隧道衬砌表面的保温层和输液管道构成，所述输液管道中设有管道阀门、冷冻液和温度传感器，所述温度传感器连接智能控制系统，所述地热交换系统连接所述智能控制系统，用于回收地热能；

5、当所述温度传感器监测到的温度低于冬季的冻结温度时，所述智能控制系统打开所述输液管道的管道阀门，开启输液管道中的冷浴液循环，进行地热交换；当所述温度传感器监测到的温度高于冻结温度时，所述智能控制系统关闭所述输液管道的管道阀门，停止输液管道中的冷浴液循环。

6、优选地，所述地热交换器采用垂直埋管方式埋入地下，在所述地热交换器的管道端口设置管道阀门。

7、优选地，所述智能控制系统包括智能温控系统、管道阀门、蓄液箱和热泵，所述智能温控系统包括温度传感器；一个管道阀门控制地热交换器的开启和关闭，另一个管道阀门控制输液管道的开启和关闭；

8、所述智能温控系统用于实时监测隧道保温层、热泵和冷浴液的温度，并控制管道阀门和热泵，在隧道出入口和保温层中布置温度传感器，当温度传感器监测到的温度低于冬季的冻结温度时，打开输液管道的管道阀门，开启输液管道中的冷浴液循环，地热交换器的管道中的循环冷浴液与土壤进行热交换；当温度传感器监测到的温度高于冻结温度时，关闭输液管道的管道阀门，停止输液管道中的冷浴液循环，停止地热交换器与土壤的热交换。

9、优选地，当所述温度传感器监测到的温度降低时，所述智能控制系统增加所述输液管道和/或所述地热交换器的管道阀门的开启角度；当所述温度传感器监测到的温度升高时，所述智能控制系统减少所述输液管道和/或所述地热交换器的管道阀门的开启角度。

10、优选地，所述蓄液箱内部盛有冷浴液，为输液管道补充冷浴液；所述热泵驱动冷浴液的循环和冷热交换，所述智能温控系统控制所述热泵的功率，当地热能不足以驱动冷浴液循环时，所述智能温控系统调高热泵功率。

11、由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供了一种寒冷地区隧道进出口智能防冻胀系统，通过结构设计和结合地源热泵技术，解决寒冷气候下隧道进出口区域常见的结冰、防冻胀等问题，在不需远距离输送热量的前提下，提高道路安全性和可靠性。

12、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统，其特征在于，包括：隧道保温结构、智能控制系统和地热交换系统；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地热交换器采用垂直埋管方式埋入地下，在所述地热交换器的管道端口设置管道阀门。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述智能控制系统包括智能温控系统、管道阀门、蓄液箱和热泵，所述智能温控系统包括温度传感器；一个管道阀门控制地热交换器的开启和关闭，另一个管道阀门控制输液管道的开启和关闭；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述温度传感器监测到的温度降低时，所述智能控制系统增加所述输液管道和/或所述地热交换器的管道阀门的开启角度；当所述温度传感器监测到的温度升高时，所述智能控制系统减少所述输液管道和/或所述地热交换器的管道阀门的开启角度。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蓄液箱内部盛有冷浴液，为输液管道补充冷浴液；所述热泵驱动冷浴液的循环和冷热交换，所述智能温控系统控制所述热泵的功率，当地热能不足以驱动冷浴液循环时，所述智能温控系统调高热泵功率。

技术总结本发明提供了一种寒区隧道进出口的智能防冻胀系统。该系统包括：隧道保温结构、智能控制系统和地热交换系统。所述保温结构由衬砌表面的保温层和输液管道构成。管道设有阀门、冷冻液和温度传感器。温度传感器连接智能控制系统，用于控制管道阀门，以控制冷冻液流速：当传感器监测的温度低于冻结温度时，控制系统自动打开输液管道阀门，进行地热交换；当温度逐渐降低时，控制系统控制阀门增加冷冻液流量，提高换热效率(冬季)。反之，则降低冷冻液流速，直至关闭阀门(春、夏、秋季)。所述智能控制系统连接地热交换系统，用于回收地热能。本发明系统通过结构设计和智能温控技术，解决寒区隧道进出口区域常见的结冰、冻胀等问题，提高道路安全性。技术研发人员：李旭,郑双飞,李晓康,林旸,陈秀文,刘荣旭,董子开,刘建坤,田润泽,刘建国受保护的技术使用者：北京交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30