本發(fā)明涉及凍土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種伸縮式調(diào)控路基對(duì)流換熱的措施。

背景技術(shù)：

在我國(guó)青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過(guò)長(zhǎng)期的演化、發(fā)展和變化，形成了厚達(dá)幾米、甚至十幾米、各具形態(tài)的厚層地下冰。隨著氣候環(huán)境的變化及受到人類工程活動(dòng)的影響，凍土和地下冰會(huì)發(fā)生退化和融化，從而引起各種工程災(zāi)害的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

采用保護(hù)凍土工程措施，主動(dòng)冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)、穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑。在這些措施中，有效調(diào)控凍土工程的對(duì)流換熱過(guò)程，是保護(hù)凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個(gè)類型。該類措施，通過(guò)有效促進(jìn)冬季或夜晚低溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)與外界環(huán)境的換熱過(guò)程，有效抑制暖季或白天高溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)的換熱過(guò)程，由此達(dá)到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲(chǔ)、凍土地溫的不斷降低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)的目的。

面對(duì)國(guó)家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺(tái)，青藏高速公路即將修筑，但是，高速公路與普通公路相比，普通公路與鐵路相比凍土問(wèn)題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.我國(guó)多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問(wèn)題研究.中國(guó)科學(xué)（技術(shù)科學(xué)），2014，44（4）:425~432），由于黑色路面的強(qiáng)烈吸熱、瀝青路面隔水和阻止水分蒸發(fā)散熱的影響，使得相同條件下公路路基的吸熱強(qiáng)度是鐵路的3倍多，且路基吸熱的主要途徑集中在路堤的中心部位，并難以向周?chē)鷥鐾辽?。而高速公路與普通公路相比,更加劇了該種現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)公路路基寬度增加約1倍時(shí)，路堤底面的吸熱強(qiáng)度增加約0.6倍，路基吸熱進(jìn)一步聚集在路基的中心部位，由此產(chǎn)生更加明顯的“聚熱效應(yīng)”，并導(dǎo)致凍土更加快速的退化。面對(duì)更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、更寬的公路路面，高速公路與凍土之間的熱作用更加顯著，在多年凍土區(qū)修筑高速公路將會(huì)面對(duì)更為突出的凍土問(wèn)題和修筑技術(shù)難題。由于傳熱途徑、強(qiáng)度等方面的根本改變，使得青藏鐵路等獲得的成功經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)技術(shù)難以在青藏高速公路建設(shè)中直接應(yīng)用。

雖然，現(xiàn)有相近技術(shù)對(duì)通風(fēng)管的對(duì)流換熱進(jìn)行了調(diào)控，但是，青藏高原高寒極端自然環(huán)境，特殊工程條件，都對(duì)通風(fēng)管調(diào)控風(fēng)門(mén)的穩(wěn)定性、風(fēng)門(mén)的敏感性、風(fēng)門(mén)安裝和運(yùn)維過(guò)程的便利性等都提出了更高的要求，現(xiàn)有一些技術(shù)難以完全滿足工程實(shí)際需要。

俞祁浩等①（俞祁浩，程國(guó)棟.用于路基通風(fēng)管的零溫度控制開(kāi)關(guān):中國(guó),200510065354.5）以及俞祁浩等②（俞祁浩，常小曉，錢(qián)進(jìn).一種重力平衡式的對(duì)流控制風(fēng)門(mén):中國(guó)201010241354.7）對(duì)自控風(fēng)門(mén)進(jìn)行了發(fā)明。但是，這兩項(xiàng)發(fā)明尚有不足之處：

⑴部件較多，發(fā)明①中除了風(fēng)門(mén)和傳動(dòng)活塞，還有活塞桶及其內(nèi)部的彈簧，且這些風(fēng)門(mén)和傳動(dòng)組件分開(kāi)放置，增加了布設(shè)困難。

⑵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)明②中使用了油和水構(gòu)成的部件作為重力單元，其內(nèi)部是存在放油容器放置于放水容器內(nèi)部的情況，增加了加工和維護(hù)難度。

⑶在青藏高原等環(huán)境惡劣地區(qū)風(fēng)沙較大，存在活塞的部件容易受到堵塞以及凍住不能工作的情況，而使用水油作為重力源的設(shè)計(jì)在低溫狀態(tài)下不能保證液體很好的流動(dòng)。

⑷部件較多。由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、穩(wěn)定性較差，且導(dǎo)致青藏高原運(yùn)維困難、使用成本較高。

由此可見(jiàn)，這些技術(shù)在青藏高原極端環(huán)境下難以有效工作，難以滿足工程實(shí)際需要。因此，亟需多角度研發(fā)能夠滿足工程實(shí)際的對(duì)流調(diào)控風(fēng)門(mén)，滿足多年凍土區(qū)高速公路建設(shè)需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、穩(wěn)定性高的伸縮式調(diào)控路基對(duì)流換熱的措施。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種伸縮式調(diào)控路基對(duì)流換熱的措施，其特征在于：該措施是指首先將軸心桿固定于通風(fēng)管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管套接在所述軸心桿上；然后將風(fēng)門(mén)固定于所述轉(zhuǎn)軸套管上；最后在所述軸心桿的中心設(shè)置支撐桿，該支撐桿通過(guò)鏈接器ⅰ與波紋伸縮管的一端相接；所述波紋伸縮管的另一端通過(guò)鏈接器ⅱ與所述風(fēng)門(mén)相接。

所述波紋伸縮管的材質(zhì)為金屬或塑料，其內(nèi)部填充自來(lái)水或純水。

所述波紋伸縮管分別通過(guò)密封件與所述鏈接器ⅰ、所述鏈接器ⅱ相接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、無(wú)需能源。

本發(fā)明與以往措施相比，僅為波紋伸縮管與風(fēng)門(mén)的組合，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作便利，安裝和維護(hù)方便。同時(shí)風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)僅利用天然冷能，無(wú)需外部動(dòng)力能源，環(huán)境友好。

2、動(dòng)作簡(jiǎn)便，靈敏性高。

本發(fā)明中的波紋伸縮管直接感應(yīng)外界環(huán)境溫度變化，可及時(shí)在設(shè)定溫度條件下完成規(guī)定動(dòng)作，且動(dòng)作僅為波紋伸縮管的伸縮以及由此帶動(dòng)的風(fēng)門(mén)的關(guān)閉，從而避免了通過(guò)中間物質(zhì)轉(zhuǎn)換或動(dòng)力轉(zhuǎn)換造成的不利影響。

3、穩(wěn)定性高。

由于波紋伸縮管的動(dòng)力源為內(nèi)部水體的凍結(jié)、膨脹，其膨脹作用力非常的強(qiáng)大且穩(wěn)定；同時(shí)，由于伸縮式波紋管完全密封，當(dāng)冰體融化、體積收縮以后，產(chǎn)生的真空以及波紋伸縮管自身的彈性收縮，綜合產(chǎn)生的收縮力也非常強(qiáng)大且穩(wěn)定。因此，本發(fā)明所需風(fēng)門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)力都非常的強(qiáng)大且穩(wěn)定，這些都保證了風(fēng)門(mén)在設(shè)定溫度條件下的穩(wěn)定運(yùn)作。因而可有效避免青藏高原極端大風(fēng)等不利因素的影響。

4、造價(jià)低廉，便于大規(guī)模使用。

本發(fā)明沒(méi)有需要特別保護(hù)的部件，該風(fēng)門(mén)構(gòu)件均為普通材料，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)成本可以在較大程度得到降低，便于大規(guī)模使用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖中：1—風(fēng)門(mén)；2—軸心桿；3—轉(zhuǎn)軸套管；4—波紋伸縮管；5—支撐桿；6—鏈接器??；7—鏈接器ⅱ。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，一種伸縮式調(diào)控路基對(duì)流換熱的措施，該措施是指首先將軸心桿2固定于通風(fēng)管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管3套接在軸心桿2上；然后將風(fēng)門(mén)1固定于轉(zhuǎn)軸套管3上；最后在軸心桿2的中心設(shè)置支撐桿5，該支撐桿5通過(guò)鏈接器ⅰ6與波紋伸縮管4的一端相接；波紋伸縮管4的另一端通過(guò)鏈接器ⅱ7與風(fēng)門(mén)1相接。

其中：波紋伸縮管4的材質(zhì)為伸縮性和導(dǎo)熱性良好且耐低溫的金屬或塑料，其內(nèi)部填充自來(lái)水或純水。

波紋伸縮管4分別通過(guò)密封件與鏈接器ⅰ6、鏈接器ⅱ7相接。

本發(fā)明工作原理：

在密閉的金屬或塑料波紋伸縮管4內(nèi)充滿水并且密封。隨著季節(jié)溫度或環(huán)境溫度的不斷下降，當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，波紋伸縮管4內(nèi)水體會(huì)發(fā)生的凍結(jié)，水體凍結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生9%體積的膨脹，受波紋伸縮管4徑向的限制作用，水-冰相變過(guò)程中發(fā)生膨脹的體積，使得波紋伸縮管4沿軸向膨脹、伸長(zhǎng)。反之，當(dāng)環(huán)境溫度高于0℃時(shí)，波紋伸縮管4內(nèi)冰體會(huì)發(fā)生融化，由于波紋伸縮管4封閉，冰體融化、體積收縮以后在波紋伸縮管4內(nèi)產(chǎn)生的真空以及波紋伸縮管4自身的彈性收縮，綜合產(chǎn)生的收縮力，使得波紋伸縮管4進(jìn)行穩(wěn)定收縮。由此可見(jiàn)，隨著環(huán)境溫度圍繞0℃發(fā)生變化時(shí)，波紋伸縮管4就會(huì)隨之沿軸向發(fā)生長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短。

由于波紋伸縮管4的一端鏈接于風(fēng)門(mén)1上，另一端與支撐桿5固定端鏈接。在波紋伸縮管4發(fā)生長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，與風(fēng)門(mén)1鏈接端與支撐桿5固定端之間的距離發(fā)生變化，即在相對(duì)低溫環(huán)境下，隨著波紋伸縮管4的伸長(zhǎng)，兩者的距離增加，由此推動(dòng)風(fēng)門(mén)1的開(kāi)啟。反之，在相對(duì)高溫環(huán)境下，隨著波紋伸縮管4的縮短，拉動(dòng)風(fēng)門(mén)1的關(guān)閉。

在自然環(huán)境季節(jié)溫度或晝夜溫度發(fā)生變化時(shí)，由于波紋伸縮管4內(nèi)水體體積較小，極易發(fā)生水-冰相變過(guò)程，由此快速完成風(fēng)門(mén)1的開(kāi)啟或關(guān)閉。

使用時(shí)，將本發(fā)明安裝在多年凍土區(qū)通風(fēng)式路基中通風(fēng)管的一端或兩端，通過(guò)風(fēng)門(mén)1的開(kāi)啟或關(guān)閉，就可以有效調(diào)控通風(fēng)路基的對(duì)流換熱過(guò)程，由此達(dá)到有效降低路基地溫場(chǎng)，充分利用冷能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期保護(hù)凍土路基的目的。