寒區工程中用的複合式通風管的製作方法

2023-05-27 23:33:41

專利名稱：寒區工程中用的複合式通風管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及寒區工程領域，更具體地說，涉及一種寒區工程中用的 複合式通風管。
背景技術：
凍土地區工程建設任務中，例如青藏公路、青康公路以及最近剛通車的 青藏鐵路大部分路段穿過多年凍土區。鐵路和公路路基、路堤下部的多年凍 土 (連續多年凍土和不連續多年凍土)上限的下降所造成的不均勻沉降是造 成道路破壞和其他建築物破壞的最主要方式。在世界各地其他寒冷地區的鐵 路、公路工程以及其他建築工程也存在著類似的狀況。在這類凍土工程中目 前經常採用的工程措施是在路基土埋設保溫材料、抬升路基高度或採用拋片 石(碎石)護坡(路基)、遮陽棚(板)路基、以橋代路或者在路基、路堤或 房屋基礎層中預埋通風管等，這些措施在凍土區築路或其它寒區工程建設中 取得了一定的效果。
如圖1所示，目前使用的路基通風管ioo是混凝土管或塑料管， 一般選
用內徑為25cm 50cm的預製成品，管壁壁厚數釐米。這種水平鋪設的路基通 風管100的作用機制是以近地面層天然風壓為原動力。在我國高原凍土區， 因海拔高，受高空氣流影響顯著，近地面層不僅風多，風速大，而且主導風 向集度高，因此平臥路基通風管100內平均風速可達0. 5米/秒，如圖1中黑 色箭頭表示路基通風管100中可能的風向。這種路基通風管100的管壁是實 體的混凝土或者是帶有壁孔的透壁式混凝土管，它的作用是基於強迫對流換 熱原則上的，也就是通過路基通風管100的管壁材料的熱傳導才能影響到管 壁周圍介質的溫度場。從上述分析可以看出這種路基通風管100的作用機制 和它的有效性。但也可看出僅通過管壁的熱交換作用，效率不會太高。從上面分析可以知道，現有的路基通風管100雖然能夠在冬季將路基土 200裡面 的熱量帶出來，起到冷卻地基的作用，但是在夏季同樣能將大量的外界熱量
帶入路基土200中，導致路基土 200下的凍土融化，路基塌陷。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述路基通風管的 傳熱速度過快、隔熱性能不好，容易導致冷季路基凍脹，暖季凍土融化、路 基塌陷等病害問題，提供一種具有冷季冷量交換、暖季熱量屏蔽的熱二極體 效應的寒區工程中用的複合式通風管。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種寒區工程中
用的複合式通風管，包括用於承擔外界工程的荷載的外管，和設於外管內的 用於通風的金屬內管，所述外管和金屬內管均為實壁管，在外管和金屬內管 之間具有環繞金屬內管的氣體夾層，由此構成複合式通風管，所述複合式通 風管兩端的外管和金屬內管之間用實體密封，使複合式通風管具有通過氣體 進行冷量交換和熱量屏蔽的密閉氣體夾層。
所述密閉氣體夾層厚5 30cm。 所述金屬內管的管壁厚0. 05 1. 2cm。 所述外管的管壁厚5cm 18cm。 所述外管為混凝土管或塑料管。
所述複合式通風管由多截長度為150 300cm的管段拼接組成，管段拼 接處的內、外管之間設有支撐結構。
所述複合式通風管兩端的外管和金屬內管之間的密封實體長30 80cm。 所述密封實體與外管為一體結構。
所述密封實體為套在內、外管之間的混凝土管或塑料管。 本實用新型的複合式通風管的結構簡單、施工簡便、造價低廉，在多年 凍土地帶採用有其優越性。在冷季，外界冷空氣在本實用新型的複合式通風 管內層流動，由於外界冷空氣溫度低，而路基內溫度相對較高，使得複合式 通風管中外管和內管之間的間隙中，空氣內外兩側產生溫度差異及氣體在冷暖溫度下密度差異等驅使，促使中間間隙的氣體產生對流，從而路基內熱量 通過間隙內的氣體的對流及內管的導熱性較好的材料的熱傳導帶入內管內與 外界相連的氣體中，並通過內層氣體的流動帶離路基，同時在路基熱量帶走 的過程中，外界冷量也進入路基，從而達到冷卻路基的目的。在暖季，外界 氣體溫度較高，路基內溫度相對較低，熱空氣在複合式通風管的內管的內壁 所圍成的空間中流動，由於冷空氣密度較大，熱空氣密度較小，使得複合式 通風管的內管和外管之間的間隙內的氣體處於相對靜止的狀態，外界與路基 之間的熱交換主要是通過間隙內的夾層氣體的熱傳導進行，然而氣體的熱傳 導係數較低，傳遞的熱量較小，這時複合式通風管間隙內的夾層氣體在外界 與路基熱交換過程中起到了熱量屏蔽的作用，外界進入路基的熱量較少，從 而有效的降低了凍土的融化和路基的塌陷。由此可見，對於複合式通風管， 由於中間密閉夾層氣體的作用，使得外界與路基之間在冷季產生冷量交換， 在暖季引起熱量屏蔽的熱交換效果，形成冷季冷量交換、暖季熱量屏蔽的熱 二極體效應。另外，由於本實用新型的複合式通風管的中間夾層氣體的這種 作用，可有效的減輕普通通風路基與透壁式通風管在冷季冷量進入過多，同 時在暖季熱量進入過多的問題，在一定程度上可以有效地抑制或減輕寒區工 程問題的凍脹和融沉病害。例如在凍土地區，修建鐵路或公路時，在防止凍 融問題造成的路基凍脹和融沉、塌陷等病害方面能起重大的作用。因此，本 實用新型對於維護多年凍土區路基下部多年凍土和工程建築的長期穩定將產 生積極和重要作用。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是現有技術中的路基通風管安裝在路基中的結構示意圖； 圖2是本實用新型的複合式通風管安裝在路基中的結構示意圖。
具體實施方式
如圖2所示的是本實用新型的複合式通風管安裝在路基中的結構示意 圖。本實用新型的複合式通風管300包括用於承擔外界工程的荷載的外管301和設於外管301內的用於通風的金屬內管302，外管301和金屬內管302均 為實壁管，在外管301和金屬內管302之間具有環繞金屬內管302的氣體夾 層308，由此構成複合式通風管，複合式通風管300兩端的外管301和金屬 內管302之間用實體封閉，使複合式通風管具有通過氣體進行冷量交換和熱 量屏蔽的密閉氣體夾層。
上述密閉氣體夾層的厚度為5cra至30cm。
金屬內管302可用導熱性良好的各種金屬材料製成，例如，鋼、鐵、鋁 等金屬材料或者其他合金材料。外管301可用混凝土管、塑料管等。
外管301為承載壓力的骨架，承擔來自外界(即地基土)的主要荷載， 外管301的管壁厚5cm 18cm。複合式通風管兩端的外管301和金屬內管302 之間的密封實體303長為30 80cm。密封實體308為套在金屬內管302和外 管301之間的混凝土管或塑料管，也可將密封實體308與外管301 —體化構 成。
在圖2所示意的優選實施例中，將複合式通風管300埋設在碎石路基200 中且臨近凍土層。複合式通風管300的金屬內管302和外管301的管壁厚度 應考慮埋在路基200中承受的荷載和使用檢修年限的要求選用恰當厚度的材 料。如果外管301採用實心混凝土管，則管壁厚為5cm 18cm即能滿足強度 要求；當外徑40cm 70cm時，管壁厚度可在5cm 8cm，當外徑70cm 100cm 時，管壁厚度可在8cm 12cm;當外徑100cm 120cm時，管壁可選12cm 18cm，
也可採用實心非金屬管。
複合式通風管300的長度應以它以某方位在路基中的有效長度來決定， 如果寒區路面較寬，將導致複合式通風管300較長時，這時可以用多截長度 為150 300cm的管段拼接組成，管段拼接處的內、外管之間設有支撐結構， 例如，用環狀的混凝土管套在金屬內管302和外管301之間。
如果複合式通風管300較長，在製作過程中應在外管301上每隔150cm 200cm設置一道加勁肋，以增強複合式通風管300的承載能力。
如果將複合式通風管300鋪設在公路或鐵路的土質路基中，在多年凍土帶修築鐵路的路基和路堤中，應精心設計埋設複合式通風管300的路基剖面
結構，並應使複合式通風管300儘量靠近下面的凍土層。從複合式通風管300 的強度及路基穩定性的角度出發，複合式通風管300的埋深應大於3 5倍的 管徑(即外管301的直徑)(大管徑可取小值，小管徑可取大值)，反過來， 當工程的埋深已確定的情況下，從冷卻效果和經濟性出發，通風管的外管徑 應為埋深的1/3 1/5。另外複合式通風管300在抵抗荷載的過程中應具有足 夠的承載能力，以達到最佳效果。同時，在管道鋪設的過程中，為防止地表 水下滲進入到路基下凍土層，可在鋪設複合式通風管之前水平地鋪設塑料排 水板，然後鋪設複合式通風管300，(即在複合式通風管300的下方預設有排 水板)，以便通過塑料排水板將滲入路基的地表水及時排離路基，減少地表水 對路基的影響。
沿路面的線路方向，不必將複合式通風管300 —個一個的緊挨著並排排 列，相鄰複合式通風管300的中心距取複合式通風管300的外管301的直徑 3倍 6倍為宜，既可節省管材，又可使複合式通風管300的效率充分發揮。
顯然，本實用新型的複合式通風管還可用於在凍土地帶的其他建築物的 地基構建。例如，在凍土地帶修建房屋或其他基礎設施時，也可用本實用新 型的複合式通風管鋪設在由凍土構成的地基上，防止地基由於凍土的融化而 造成的變形、塌陷。
權利要求1、一種寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於，包括用於承擔外界工程的荷載的外管(301)，和設於外管(301)內的用於通風的金屬內管(302)，所述外管和金屬內管均為實壁管，在外管(301)和金屬內管(302)之間具有環繞金屬內管的氣體夾層(308)，由此構成複合式通風管，所述複合式通風管的外管(301)和金屬內管(302)之間的環繞金屬內管的氣體夾層(308)的兩端用實體密封，使複合式通風管具有通過氣體進行冷量交換和熱量屏蔽的密閉氣體夾層。
2、 根據權利要求l所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述密閉氣體夾層(308)厚5 30cm。
3、 根據權利要求l所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述金屬內管(302)的管壁厚0.05 1.2cm。
4、 根據權利要求l所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述外管(301)的管壁厚5cm 18cm。
5、 根據權利要求1或4所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵 在於，所述外管(301)為混凝土管或塑料管。
6、 根據權利要求l所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述複合式通風管由多截長度為150 300cm的管段拼接組成，管段拼接處的 內、外管之間設有支撐結構。
7、 根據權利要求l所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述複合式通風管兩端的外管(301)和金屬內管(302)之間的密封實體長 30 80cm。
8、 根據權利要求7所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述密封實體與外管(301)為一體結構。
9、 根據權利要求7所述的寒區工程中用的複合式通風管，其特徵在於， 所述密封實體為套在內、外管之間的混凝土管或塑料管。
專利摘要本實用新型涉及一種寒區工程中用的複合式通風管，包括用於承擔外界工程的荷載的外管，和設於外管內的用於通風的金屬內管，所述外管和金屬內管均為實壁管，在外管和金屬內管之間具有環繞金屬內管的氣體夾層，由此構成複合式通風管，所述複合式通風管兩端的外管和金屬內管之間用實體密封，使複合式通風管具有通過氣體進行冷量交換和熱量屏蔽的密閉氣體夾層。本實用新型的密閉氣體夾層具有良好的冷量交換和熱量屏蔽的性能，能夠有效地防止寒區工程的凍脹、融沉等病害。
文檔編號E02D31/14GK201420272SQ20092012768
公開日2010年3月10日 申請日期2009年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者張學富, 黃明奎 申請人:重慶交通大學