[发明专利]能源隧道层埋式地温能热交换系统的施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道围岩领域，尤其是一种能源隧道层埋式地温能热交换系统的施工方法。

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系统。

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隧道全断面围岩地温能的提取，而铺设热交换管路会增加工程建造成本和拖延施工工期等难题，本发明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层埋式地温能热交换系统的施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能源隧道层埋式地温能热交换系统的施工方法，包括以下步骤：

①施工隧道仰拱；

②施做路面下方的热交换层；

③施做下防水层；

④浇注回填层；

⑤施做路基路面；

⑥安装供水管和回水管，与热交换层进行密封连接；

⑦通过循环水泵连接供水管、回水管和用户端或热泵，形成封闭循环系统。

进一步，所述施工方法还包括以下步骤：

⑧在隧道初衬表面施做设定厚度的喷射防水层；施做路面上方的热交换层，安装转换接头，连接路面上、下方的热交换层；

⑨浇注隧道二衬，安装隧道保温板和防火板。

再进一步，所述步骤①中，在仰拱上安置止水隔断，对路面下方的热交换层进行分区。

更进一步，所述步骤④中，浇注相变轻质保温混凝土，形成轻质相变保温混凝泥土回填层。

所述步骤⑧中，所述热交换层与隧道二衬之间设置复合式防水板；在喷射防水层上安装止水隔断，对路面上方的热交换层进行分区。

优选的，所述热交换层内设置止水隔断，所述止水隔断将所述热交换层进行分区，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。

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。

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。

所述热交换层内填充透水材料，形成透水层。

所述步骤⑨中，浇注隧道二衬相变混凝土。

本发明的技术构思为：鉴于现有的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。本发明提出了一种新型地温能提取技术。该技术在隧道衬砌背后和仰拱上部设置热交换层，热交换层内填充了透水材料，该热交换层属于透水层，热交换层分别与供水管和回水管密封连接，形成封闭的循环换热系统，通过热交换层内的循环流体提取隧道围岩内的地温能，经地源热泵设备对提取的地温能进行提升，通过供热管路对隧道衬砌和路面进行加热。