隧道运营期内部空气温度的预测分析

运营隧道内空气温度的合理预测有助于改善隧道内部环境。为了准确预测分析运营隧道内气温，引入传热第三类边界条件，耦合隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热方程与洞内气流温度方程，推导出隧道空气温度和内壁面温度的分析解，该分析解法与文献报道数值解法计算得到的巷道内气温差值在０．５℃以内。以武汉长江隧道为例，对运营隧道内的空气温度进行计算分析。结果表明：洞内气温的计算结果与实测数据的差值大多在１℃以内，且温度变化趋势一致，进一步验证了本文分析解的正确性；随着风速的增加，出口气温不断降低且降幅逐渐减小，即降温效果已逐渐不明显，表明运营隧道内的风速控制需综合考虑降温效果和动力消耗。     

青藏铁路昆仑山隧道回冻预测分析

针对青藏铁路昆仑山隧道围岩多年冻土融化较多的问题，考虑水分迁移和冰水相变耦合影响，根据瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程和质量迁移方程，应用伽辽金法推导出了有限元计算公式并编制了计算软件。运用该计算软件对昆仑山隧道施工期间的融化进行了回冻预测分析。分析结果表明：保温材料对昆仑山隧道的回冻起着阻碍作用。在现场观测寒区隧道围岩的温度和应力时，必须考虑施工期间融化圈的影响，而且观测时间要长一些。否则，测量的温度和应力与隧道稳定后的温度和应力有较大的差异。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

考虑通风与围岩条件的寒区隧道温度场模型及作用规律研究

为了解决寒区隧道温度场的预测问题,为寒区隧道抗冻设防提供指导,结合传热学、流体力学的基本方法,根据能量守恒原理,推导寒区隧道风流温度场的传热模型,并在此基础上,借助有限差分方法,探讨通风和围岩条件对寒区隧道温度场分布的作用规律。研究结果表明: 1)入口风温越低,风流速度越大以及断面越大,相同位置处洞内温度越低,这是由于进入洞内的冷空气更多,入口风温每降低5 ℃,同位置洞内风流温度平均降低3. 8 ℃; 2)风流温度决定了离壁面一定范围的围岩温度大小,风流温度越低,冻结深度与受到影响的围岩范围更大; 3)初始岩温越大,围岩温度分布曲线越陡峭,围岩导热系数则相反,且初始岩温每增加 5 ℃,冻结深度减少0. 24 m,受影响的围岩径向深度减少0. 32 m。     

高黎贡山隧道1#高地温斜井降温处理技术研究及比选

为解决高地温隧道工程中存在的作业环境差、机械设备故障多、劳动生产率低等高温热害问题,以大瑞铁路高黎贡山隧道1#长大斜井为背景，进行技术研究和降温方案比选。首先,分析热水源、监测隧道洞内外气象条件，通过加强通风措施改善人体的舒适度。其次，采用注浆封堵热水源，减少热水流量，控制施工环境的湿度和温度；采用冰块+射流风机+快热交换的处理措施，冰块吸收隧道内热量，降低局部环境温度；采用机械制冷设备进行强制降温，改善热害隧道施工环境；综合优化资源配置，采用增加作业人员和设备数量，倒班作业，缩短人员和设备作业时长等多种处理措施。最后，分析各种降温措施能够达到的施工效果。结果证明，针对以围岩、热水为主要热源的高地温隧道施工，采用“通风降温+注浆堵水+机械降温+合理施工组织”的处理方案，符合高地温隧道施工的技术要求。     

车用动力电池包内部温湿耦合特性分析

汽车动力电池包内部的潮湿和凝露现象是温湿度耦合作用的结果，它直接影响电池性能、加剧电池失效且可能引发安全事故，但相关的研究工作还未得到足够关注，开展电池包内部温湿度耦合特性的分析工作尤为迫切。基于此，研究相应瞬态数值分析方法，求解电池包内部空间动态变化的温湿度分布情况。首先，分析电池包内部空间和外界环境的气体交换、热量传递过程，建立热湿传递的物理模型，并根据流体运动三大基本守恒定律以及温湿度耦合关系，建立对应的热湿传递数学模型；利用恒温恒湿箱和安装防水透气阀的电池包箱体进行热湿传递试验，验证外界环境动态变化的温湿度对电池包内部温湿度的影响以及电池包内部出现凝露和积水现象的条件；建立电池包及其内部空间的多物理场耦合三维模型，对电池包内外的热湿传递与温湿度耦合过程进行瞬态数值模拟，根据仿真计算结果与试验结果的对比验证模型的可靠性；采用真实气候环境数据定义模型中动态变化的电池包外部环境，从时间和空间分布的角度分析电池包内部温湿度的瞬态计算结果。研究结果表明：所提出的瞬态数值分析方法的可行性佳，得到了外界环境以及电池工作状态的动态变化对电池包内温湿分布、电池表面凝露时长的影响规律。     

基于环境因素下的长大隧道沥青施工安全管控研究

通过对长大隧道沥青施工安全管控的研究,创新性的提出环境对长大隧道沥青施工安全的影响因素,并针对长大隧道的特殊环境因素,从温度、湿度、通风、照明、有害气体与污染物等方面提出长大隧道沥青施工安全管控措施,以尽量避免施工过程中安全事故的产生。     

寒区隧道热交换管外衬砌与围岩的传热模型和温度场计算方法研究

将隧道取热段的热交换管,视为不断从围岩中提取热量的线热源,建立包含热交换管布设位置、热交换管换热量和系统工作状态的线热源数学表达式,建立考虑衬砌和保温层的隧道取热段热传导方程,利用叠加原理、拉普拉斯变换和积分变换相结合的方法,求解隧道取热段温度场的理论解。建立热交换管内流体传热方程,根据热交换管外围岩温度场,利用迭代法计算热交换管内流体的温度场。利用有限元法计算隧道取热段温度场。     

深埋隧道注浆加固围岩非达西渗流场及应力场解析

深埋高水压地质环境下,隧道围岩内部往往伴随出现非达西高速渗流现象,且新奥法理念下的注浆加固围岩是隧道支护体系的重要部分,这2个因素对围岩内部渗流场及应力场的影响不可忽视。为此,建立含有注浆加固围岩的两场耦合解析模型,基于有效应力原理严格推导隧道围岩非达西渗流场及有效应力场解析解,通过与达西渗流的对比说明非达西渗流特征并验证解析解的有效性;根据解析理论对非达西渗流效应及注浆加固对围岩有效应力场的影响规律进行分析。研究结果表明:非达西渗流效应的主要影响范围为隧道开挖半径至3倍注浆半径内围岩,注浆加固范围内围岩有效应力相比达西渗流偏大,尤其是环向有效应力;注浆加固前后围岩力学和渗透性质发生改变,使得环向有效应力在加固边界处突变,指向隧道方向大幅增加,注浆范围内围岩有效应力随着加固后弹性模量的增大而升高,随着加固后渗透系数的减小而有所下降;针对需要严格控制排水量的隧道,注浆设计时建议优先降低注浆范围内围岩渗透系数,其次再适当加大注浆范围。研究结果可为深埋高水压隧道注浆加固设计提供理论依据。     

长大隧道水泥混凝土路面温度影响因素研究

以长大隧道水泥混凝土路面为研究对象,依托广东省某高速公路长大隧道段为试验路段,在夏季最高温度时段和冬季温度最低时段对隧道内环境温度和湿度进行测试与分析,采用Origin软件对测试数据进行绘图拟和,总结隧道内环境温度变化的特点。根据长大隧道内温度的实际情况,在通车后对隧道温度再次进行测定,对于影响隧道路面温度的各影响因素进行分析,确定隧道内各个测点的最大温差,总结隧道内温度在各因素影响下的变化规律,并对其原因进行分析,确定长大隧道内的温差较小的水泥混凝土路段可适当加长板长,结论可供长大隧道水泥混凝土路面设计参考。     

龙怀高速公路粗石山隧道温拌沥青路面施工

隧道内通风不畅、照明不足,加之热拌沥青混合料高温、浓烟、有毒等特点,导致沥青面层施工难度较大,施工质量难以保证。温拌技术应用于长大隧道沥青路面摊铺时,通过降低出料温度与摊铺施工温度,大量减少沥青烟气排放,改善施工作业环境,促进压实程度,提高施工质量。结合龙连高速公路粗石山长大隧道温拌沥青面层施工,介绍了隧道温拌沥青混合料施工工艺,对比了温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的路用性能,提出了隧道沥青路面施工过程中的注意事项及解决措施。     

隧道施工引起地表变形预测的半解析法

基于弹性力学Mindlin解,假定隧道围岩为均质弹性体,给出了用于预测隧道施工引起地表变形的半解析法。该方法是采用三点勒让德-高斯求积法利用点荷载下的Mindlin位移解,推导了均质弹性地层中隧道开挖施工引起地表变形的半解析计算公式,可以模拟并预测隧道开挖面不同支护方式引起的地表变形。通过对地铁隧道工程的实例分析并与Verruijt方法计算出的地表变形比较分析,结果表明：用该方法计算出的地表变形预测值与实际沉降曲线较吻合,较用Verruijt方法计算出的结果更精确。     

软弱围岩隧道施工过程围岩参数反演及仿真分析

本文结合软弱围岩隧道施工实际,利用数值分析软件FLAC3D和数学分析软件MATLAB进行围岩参数反演计算,确定出隧道围岩力学参数;基于反演计算得到的围岩参数建立数值仿真模型,可预测隧道围岩的变形和受力。     

改进灰色理论模型在隧道施工控制中的应用

准确预测隧道变形发展趋势和围岩变形规律是保证施工安全的重要措施。由于深埋隧道围岩变形受到工程地质和施工等复杂因素的综合影响,具有位移序列增长的波动性和随机性。针对此特点,以灰色预测理论为基础,采用柯特斯积分公式对传统GM(1,1)预测模型的背景值求解方法进行优化,并依据相对误差平方和最小准则建立了隧道围岩变形预测的灰色模型[NCBC-GM(1,1)]。以隧道围岩变形实测值作为原始数据,用NCBC-GM(1,1)灰色预测模型对隧道围岩变形趋势进行预测,并与采用相同数据样本建模的传统GM(1,1)预测模型和基于背景值构造优化的GM(1,1)预测模型的估计和预测结果进行了对比和综合分析。结果表明,NCBC-GM(1,1)灰色模型的预测计算结果与围岩变形实测值的吻合程度相对较高,比传统GM(1,1)预测计算模型和基于背景值的构造进行优化的GM(1,1)预测计算模型均方根误差分别降低2.66、0.10 mm,平均相对误差分别降低6.76%、0.23%,预测精度高且稳定性强,能为隧道变形趋势的预测和施工控制提供重要依据。     

中天山特长隧道TBM施工湿热环境控制技术研究

针对南疆铁路吐库二线中天山特长隧道TBM施工过程中遇到的高温高湿环境问题,对温湿度成因及对作业人员和设备的影响进行分析,得到隧道内除湿冷负荷的计算应重点考虑电动设备的散热量,建立起湿热环境数学模型。对中天山隧道TBM施工湿负荷进行计算分析,确定掌子面附近降温除湿所需的冷负荷为1 192.3 kW,给出中天山隧道湿热环境控制方案中的热泵模式选取、设备选型等关键参数,为TBM施工湿热环境控制提供分析和计算方法。     

大瑞铁路高黎贡山隧道原岩温度预测

随着深埋长隧道需求数量的增加,高地温热害问题越来越突出,严重影响到施工人员的安全及工作效率,需要根据地温的分布特征来对隧道高温地段采取必要的降温措施。结合大瑞铁路高黎贡山隧道的地质、地温实测资料及通过“谷地地理信息系统”获取的地形数据,采用基于地质演化历史计算原岩温度的数学模型,编制相应的计算程序对高黎贡山大瑞铁路隧道进行原岩温度预测,并对隧址区的温度场沿洞线方向进行简单划分,为隧道采用有效的降温措施提供必要的地温场数据。通过计算分析可以得出： 1）沿隧道向瑞丽方向,隧道原岩温度有先增大后减小的趋势,最高点温度为31.73 ℃; 2）隧道开始大约2.5 km以内及18 km至隧道终点段,隧道岩温在28 ℃以下; 3）2.5~18 km段隧道岩温为28~31.73 ℃,其中高于28 ℃区域需要采取实时温度监控措施。     

长大隧道施工风仓式通风方式探讨

隧道施工通风是影响长大隧道快速掘进的重要因素.对长洪岭隧道现有斜井通风方案进行优化分析,提出风仓式通风.对不同工况下风仓内部流场进行三维数值模拟,通过计算分析,确定风仓及轴流风机布置的最佳形式,其有利于提高轴流风机效率,改善隧道内施工环境,分析结果可供其他长大隧道斜井通风参考.     

悬索桥主缆内部温湿度变化机理模型试验研究

为研究长期处于潮湿易腐蚀环境中的悬索桥主缆内部温、湿度的分布及变化规律,设计主缆缩尺模型室内试验,在特制环境模拟房中放置主缆模型(长4m,直径30cm),进行4种工况下的环境模拟,布置温湿度传感器对主缆温度和含湿量进行监测,获得主缆内部温、湿度的分布规律,并计算主缆的热传导率和热交换系数。结果表明:含湿量分布规律与温度分布规律相似,环境温度上升后,主缆内部的温度和含湿量均随时间上升;外界温度越高,主缆内部温度和含湿量越快达到稳定;对主缆局部加热时,主缆截面会出现明显的温度梯度分布,含湿量分布也不均匀;主缆内部含积水时,其横截面内温湿度分布相较干燥状态更不均匀,梯度分布更加明显。     

苍岭隧道火灾通风方案数值模拟研究

公路隧道防火救灾技术一直是隧道工程界所关注的焦点.该文针对目前国内公路隧道通风计算大多依靠手工计算的现状,编制了公路隧道网络通风解算程序.结合苍岭隧道通风设计资料,提出了苍岭隧道火灾工况的通风方案,并进行了数值模拟分析.     

深埋复合式衬砌隧道二衬分担比研究

为研究深埋复合式衬砌隧道二衬分担比,首先,介绍了基于"叠合梁"理论的初支与二衬荷载传递机理;然后,统计了31座隧道120个断面围岩与初支及初支与二衬间接触压力的监测数据,研究了围岩压力与围岩级别、埋深等参数的相关性,系统分析了经验公式计算的深埋隧道围岩压力与实测值的差异性;最后,将运用修正的"叠合梁"理论计算出的不同围岩级别二衬分担比与实测值对比分析,并讨论了"叠合梁"理论计算二衬分担比的适用性。结果表明:深埋复合式衬砌隧道围岩压力总体随着围岩级别或隧道埋深的增加而增加,而与隧道跨度﹑高度无明显联系;经验公式计算值与实测值接近程度从优到劣依次为:普氏理论、《公路隧道设计细则》(2010)、太沙基公式;《公路隧道设计细则》(2010)适用于埋深小于800 m的围岩压力预测;Ⅲ,IV,V和Ⅵ级围岩的二衬分担比多集中于20%～30%,30%～45%,40%～70%,隧道地应力高、围岩条件差以及初支未及时施作等因素可能是少数断面二衬分担比过高的原因;"叠合梁"理论计算的二衬分担比值受支护材料物理力学参数的影响甚微,而受初支厚度与二衬厚度的影响颇大,"叠合梁"理论不适用于IV级及以下围岩二衬分担比的计算,V和Ⅵ级围岩二衬分担比可按"叠合梁"理论计算值的70%预测。