摘要：推导寒区隧道围岩—衬砌—气流的非稳态热传导的有限差分方程,通过在建寒区铁路隧道现场实测温度场与计算温度场的对比,验证数值解的准确性。结果表明:隧道贯通后,随着时间的推移,距离衬砌表面一定范围内衬砌和围岩的温度变化曲线呈正弦曲线,与风流温度的相同,而且越往断面径向深处,衬砌和围岩的温度变化越小,相位滞后越大;隧道二衬拱顶处的温度最高,轨面处的温度最低,各测点温度平均值与拱腰处的接近;隧道二衬温度的计算值稍低于实测的平均值,但满足工程使用精度要求;采用硬泡聚氨酯保温材料作为隔热层,可以有效提高寒区隧道衬砌和围岩的温度,且隔热层厚度为0.05m左右时工作效率最高;外贴式和中隔式保温隔热层均能起到良好的保温效果,而外贴式的保温效果更优;考虑到外贴式隔热层便于维护和更换,而中隔式保温层遇水及受挤压均易变形,因此在材料及施工工艺允许的前提下,建议寒区隧道采用外贴式保温隔热层。

摘要：影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.

摘要：寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。