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)控路基對流換熱的措施。

背景技術(shù)：

在我國青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過長期的演化、發(fā)展和變化，形成了厚達幾米、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的影響，凍土和地下冰會發(fā)生退化和融化，從而引起各種工程災(zāi)害的產(chǎn)生，進而對各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

采用保護凍土工程措施，主動冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長期安全運營、穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑。在這些措施中，有效調(diào)控凍土工程的對流換熱過程，是保護凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個類型。該類措施，通過有效促進冬季或夜晚低溫環(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)的換熱過程，由此達到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲、凍土地溫的不斷降低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性不斷增強的目的。

面對國家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺，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題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.我國多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問題研究.中國科學（技術(shù)科學），2014，44（4）:425~432），由于黑色路面的強烈吸熱、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，并難以向周圍凍土散熱。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)。當公路路基寬度增加約1倍時，路堤底面的吸熱強度增加約0.6倍，路基吸熱進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)”，并導致凍土更加快速的退化。面對更高的技術(shù)標準、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)修筑高速公路將會面對更為突出的凍土問題和修筑技術(shù)難題。由于傳熱途徑、強度等方面的根本改變，使得青藏鐵路等獲得的成功經(jīng)驗、先進技術(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)對通風管的對流換熱進行了調(diào)控，但是，青藏高原高寒極端自然環(huán)境，特殊工程條件，都對通風管調(diào)控風門的穩(wěn)定性、風門的敏感性、風門安裝和運維過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際需要。

俞祁浩等①（俞祁浩，程國棟.用于路基通風管的零溫度控制開關(guān):中國,200510065354.5）以及俞祁浩等②（俞祁浩，常小曉，錢進.一種重力平衡式的對流控制風門:中國201010241354.7）對自控風門進行了發(fā)明。但是，這兩項發(fā)明尚有不足之處：

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

⑵結(jié)構(gòu)復雜，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，增加了加工和維護難度。

⑶在青藏高原等環(huán)境惡劣地區(qū)風沙較大，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)計在低溫狀態(tài)下不能保證液體很好的流動。

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

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種伸縮式調(diào)控路基對流換熱的措施，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；然后將風門固定于所述轉(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鏈接器ⅱ與所述風門相接。

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

所述波紋伸縮管分別通過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：

1、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、無需能源。

本發(fā)明與以往措施相比，僅為波紋伸縮管與風門的組合，且結(jié)構(gòu)簡單，制作便利，安裝和維護方便。同時風門開關(guān)僅利用天然冷能，無需外部動力能源，環(huán)境友好。

2、動作簡便，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，可及時在設(shè)定溫度條件下完成規(guī)定動作，且動作僅為波紋伸縮管的伸縮以及由此帶動的風門的關(guān)閉，從而避免了通過中間物質(zhì)轉(zhuǎn)換或動力轉(zhuǎn)換造成的不利影響。

3、穩(wěn)定性高。

由于波紋伸縮管的動力源為內(nèi)部水體的凍結(jié)、膨脹，其膨脹作用力非常的強大且穩(wěn)定；同時，由于伸縮式波紋管完全密封，當冰體融化、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大且穩(wěn)定。因此，本發(fā)明所需風門開啟、關(guān)閉的驅(qū)動力都非常的強大且穩(wěn)定，這些都保證了風門在設(shè)定溫度條件下的穩(wěn)定運作。因而可有效避免青藏高原極端大風等不利因素的影響。

4、造價低廉，便于大規(guī)模使用。

本發(fā)明沒有需要特別保護的部件，該風門構(gòu)件均為普通材料，且結(jié)構(gòu)簡單，造價成本可以在較大程度得到降低，便于大規(guī)模使用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

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—風門；2—軸心桿；3—轉(zhuǎn)軸套管；4—波紋伸縮管；5—支撐桿；6—鏈接器ⅰ；7—鏈接器ⅱ。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種伸縮式調(diào)控路基對流換熱的措施，該措施是指首先將軸心桿2固定于通風管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管3套接在軸心桿2上；然后將風門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的另一端通過鏈接器ⅱ7與風門1相接。

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

波紋伸縮管4分別通過密封件與鏈接器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，當溫度低于0℃時，波紋伸縮管4內(nèi)水體會發(fā)生的凍結(jié)，水體凍結(jié)過程中會產(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。反之，當環(huán)境溫度高于0℃時，波紋伸縮管4內(nèi)冰體會發(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進行穩(wěn)定收縮。由此可見，隨著環(huán)境溫度圍繞0℃發(fā)生變化時，波紋伸縮管4就會隨之沿軸向發(fā)生長度的伸長或縮短。

由于波紋伸縮管4的一端鏈接于風門1上，另一端與支撐桿5固定端鏈接。在波紋伸縮管4發(fā)生長度的伸長或縮短時，與風門1鏈接端與支撐桿5固定端之間的距離發(fā)生變化，即在相對低溫環(huán)境下，隨著波紋伸縮管4的伸長，兩者的距離增加，由此推動風門1的開啟。反之，在相對高溫環(huán)境下，隨著波紋伸縮管4的縮短，拉動風門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，由于波紋伸縮管4內(nèi)水體體積較小，極易發(fā)生水-冰相變過程，由此快速完成風門1的開啟或關(guān)閉。

使用時，將本發(fā)明安裝在多年凍土區(qū)通風式路基中通風管的一端或兩端，通過風門1的開啟或關(guān)閉，就可以有效調(diào)控通風路基的對流換熱過程，由此達到有效降低路基地溫場，充分利用冷能實現(xiàn)長期保護凍土路基的目的。