[实用新型]能源隧道仰拱层埋式地温能防冻加热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道围岩领域，尤其是一种能源隧道仰拱层埋式地温能防冻加热装置，适用于地下水不发育和欠发育地区的隧道衬砌背后和仰拱下部围岩地温能提取，并对隧道的路面和衬砌进行加热。

背景技术

近年来，随着我国交通建设快速发展，寒区隧道的数量与日俱增，但寒区隧道中的冻害问题日益突出，部分新建隧道投入使用后不久，便大规模发生了冻害，严重影响了隧道交通安全。对已运营的寒区公路隧道进行调查发现，寒区隧道中有80％以上都存在冻害现象，其中约60％发生渗漏水等轻微冻害现象，约24％出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌、沉陷等严重冻害问题。目前寒区隧道采用常规的防冻保温措施不能长期地解决寒区隧道的冻胀和结冰等病害问题，而采用电加热方法的主动供暖措施有能耗大、运营成本高等缺点的现状，急需开发节能环保的新型防冻加热装置。

在地球浅表层数百米内的土壤温度随深度呈递增趋势，深度每增加100米地温升高约3-5℃，地下1000米处的地温约为40-50℃，埋深数百米的山岭隧道围岩内储存着巨大的地温能。可以利用隧道围岩内的地温能给位于洞口端的隧道衬砌和路面进行加热，既能解决寒区隧道冻害，还节能环保，实现寒区隧道供热“自给自足”。

位于隧道衬砌背后围岩内的地温能可以通过直接汇集隧道围岩内地热水的方式来提取,也可以在隧道二衬与初衬之间埋设热交换管，通过管内的传热循环介质与围岩之间的温差提取隧道围岩地温能。但地热水收集技术仅适用于地下水丰富的地区，在地下水量小或无地下水的地区则无法应用。仰拱下部围岩内也存储着巨大的地温能，由于所处位置的差异，位于仰拱下部围岩内的地温能则很难通过汇集地热水获得，可以通过在仰拱上部铺设热交换管路的方式提取地热能，利用管内的传热循环介质与围岩之间的温差提取隧道围岩地热能。利用热交换管提取隧道围岩内的地温能虽然不受地下水发育状况限制，但铺设热交换管增加了建造成本，并且热交换管属于线状热源，其换热效率非常有限。

发明内容

为了克服现有隧道围岩地热水汇集技术无法应用于地下水欠发育和不发育地区，并且还无法提取仰拱下部围岩内的地温能；铺设热交换管技术虽不受地下水发育状况限制，但热交换管属于线状热源，其换热能力有限，且铺设热交换管路会增加工程建造成本等难题，本实用新型提供一种适用性良好、换热效率更高、节省成本和节约施工周期的能源隧道仰拱层埋式地温能防冻加热装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能源隧道仰拱层埋式地温能防冻加热装置，该隧道包括隧道初衬、隧道二衬、隧道仰拱和路面，路面上方为所述隧道初衬和隧道二衬，路面下方为回填层，所述回填层位于所述隧道仰拱上，所述地温能防冻加热装置包括隧道换热段和隧道加热段，

所述隧道换热段对应的隧道中，在所述隧道仰拱和回填层之间设置热交换层，所述热交换层的第一入水口与第一供水管连通，所述热交换层的第一出水口与第一回水管连通，所述第一供水管和第一回水管均与热泵前端连接形成换热循环管路；

所述隧道加热段对应的隧道中，隧道初衬和隧道二衬之间、所述路面和回填层之间均设置供热层，所述供热层的第二入水口与第二供水管连通，所述供热层的第二回水口与第二回水管连通，所述第二供水管和第二回收管与热泵后端连接形成供热循环管路。

进一步，所述热交换层上方设置换热防水层。

再进一步，所述换热防水层与所述回填层的底面相接。

更进一步，路面下方的供热层上下均设置供热下防水层，路面上方的供热层内外设置供热上防水层。

优选的，所述上防水层与隧道初衬之间设置排水层。

所述热交换层和供热层内设置止水隔断，所述止水隔断将所述热交换层和供热层进行分区，每个分区分别与各自的供水管和回收管连通形成封闭循环子系统。

优选的，所述止水隔断的一端设有缺口，带有缺口的止水隔断相邻的分区相互贯通。

再进一步，相邻止水隔断的缺口错位布置。通过增设缺口数量可以获得任意长度的热交换器。

所述热交换层和供热层内填充透水材料，可以形成透水层。

所述回填层为轻质相变保温混凝泥土回填层。