针对工程扰动引起的多年冻土退化与路基热稳定性问题，基于光伏发电技术与制冷技术，开发一种用于防治多年冻土退化的光伏直驱压缩式制冷装置，并开展现场应用测试与数值模拟研究。研究结果表明：新装置能够适应多年冻土地区的严寒环境，实现自动化运行，且装置运行期间，制冷管管壁热流密度随太阳总辐射量的增大而增大，平均热流密度为-4.1～-6.3 W/m2。与普通路基相比，制冷路基的热学稳定性得到显著提升，其中，冻土人为上限随着制冷管长度与管壁热流密度的增大而提高，随着制冷管埋置深度的增大先提高后降低，而冻土升温速率则随着制冷管长度、埋深与管壁热流密度的增大而降低。基于灰色关联理论分析可知，制冷功率对人为上限影响最显著，制冷管长度的影响次之，埋置深度的影响最小；而冻土升温速率对制冷管埋置深度最敏感，制冷功率次之，制冷管长度最小，建议设计施工时优先选择更为显著的因素加以调控。
针对多年冻土区广泛面临的冻土退化和路基融沉问题，基于制冷技术提出一种新的多年冻土保护方法。首先，从传热学角度分析多年冻土退化原因和现有冻土保护措施的局限性。然后，结合中国多年冻土区新能源分布条件，分析各类制冷方法面向路基工程的适用性。基于压缩式制冷原理，设计制作一款路基专用制冷装置，通过模型试验和数值计算研究其制冷性能和多年冻土地基降温效果。结果表明：太阳能光伏压缩式制冷方法在多年冻土区具有良好的技术性和资源性条件。装置制冷温度可达-20℃以下，可以有效保护多年冻土，土体降温幅度随着与装置距离的增大而减小。装置制冷系数(COP)随运行时间呈逐渐减小的规律，试验期间平均COP为0.41。面向单线铁路路基快速降温抢险时，建议装置布置间距取2.0～4.0 m,制冷容量宜设计为0.1～0.2 kW。
为了防治多年冻土地区路基下覆多年冻土退化问题，针对已研发的太阳能压缩式制冷装置，在交通运输部青海冻土研究观测基地开展现场制冷性能试验研究。结果表明：该装置在寒季与暖季均能正常运行工作，可以持续为土体降温；制冷方式会影响制冷温度沿深度方向的分布情况，采用自下而上的制冷方式更利于降低多年冻土地温；制冷效果不可避免地受到环境温度影响，平均制冷温度与环境温度呈正相关，寒季的平均制冷温度较低，最低可达-7.97℃，暖季的制冷温度较高，最高约为-3.98℃；当管壁的平均制冷温度低于-6.5℃时，装置的制冷量大于向土体的传冷量，冷量可以在壁侧积累；装置的制冷半径受环境温度影响，制冷半径为1.95～2.61 m，在路基工程中，可按照4～5 m间距进行双侧布置。总之，太阳能压缩式制冷装置可以实现对多年冻土路基的温度调控，保障路基长期的稳定性和安全性。
冻土退化及路基融沉病害是中国多年冻土区交通工程面临的关键障碍。基于制冷技术,提出一种更具实时性和有效性的多年冻土保护方法。通过多年冻土制冷需求分析、制冷方法对比、驱动源供应方法分析,提出太阳能光伏驱动压缩式制冷的节能方案。设计一款路基专用的一体化制冷系统,并从资源性、技术性、经济性等角度论证其实用性。研究结果表明:压缩式制冷系统的输出性能与结构形式可以有效应对多年冻土退化的大深度分布特征和冷负荷要求。青藏高原等多年冻土区的太阳辐照量充足,基于光伏发电技术可以解决路基沿线制冷驱动力的分散供应难题,太阳能制冷具有地域、季节匹配性好的优势。制冷组件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流器等,其中功能部件蒸发器的结构形式为立式柱状螺旋形盘管。制冷系统可以预设不同的制冷温度和启停间隔,技术性和经济性条件良好。试验结果表明:装置在正温环境下的制冷温度约为-14℃,地层冷却半径在3.0 m以上;有效制冷系数随着周围土体温度的减小而逐渐降低,平均值在0.41以上。所提出的太阳能光伏压缩式制冷系统可为多年冻土区路基建设和运营保障提供一种新方法。
针对中国多年冻土区路基工程广泛面临的地基冻土退化和本体热害问题,基于新能源制冷技术,提出一种新的多年冻土保护方法,并设计与制作两款路基专用制冷装置。结果表明:现有多年冻土保护措施局限于调节自然温差传热过程,具有季节匹配性差和冷却效率低的不足。制冷技术可在暖季将热量由低温冻土传递向高温大气环境,实现对冻土热量收支状态的实时严格控制。压缩式和吸附式制冷方法具有一体化、小型化、高效化等有利于路基应用的优势,多年冻土区丰富的太阳能和风能可解决路基制冷驱动来源的分散供应问题。所提出的压缩式制冷管和吸附式制冷管在暖季的制冷温度分别达到-15和-3℃。
针对我国多年冻土区交通工程普遍面临的冻土退化和路基融沉问题,基于新能源制冷技术,开发路基专用主动型制冷装置,实现在暖季实时控制路基热量收支平衡。根据冻土退化防治技术要求,结合多年冻土区新能源分布条件,并对比制冷方法,采用太阳能光伏驱动压缩式制冷技术进行制冷。针对冻土退化的大深度和分散性特征,制作用于路基工程的由压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管组成的压缩式制冷管,其中蒸发器型式为立式柱状的螺旋形铜管。应用该主动型压缩式制冷装置的制冷试验结果表明:在0～5℃正温环境下,装置蒸发器制冷温度整体呈先降低、后稳定的规律,在竖直方向由上至下逐渐降低,平均值可达-20℃,且不受环境温度影响;在制冷作用下试验箱土体温度逐渐降低,降温幅度随着与蒸发器距离的增大而减小,装置起到有利的"冷源"作用。可见,主动型压缩式制冷装置具有季节匹配性好和制冷温度低的技术优势。