考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究-桥梁与隧道工程专业论文.docx

论文题目：考虑通风条件下寒区隧道围岩及衬砌温度场变化规律研究专业：桥梁与隧道工程硕士生：徐鑫（签名）指导教师：杨更社（签名）摘要近年来，我国铁路建设区域已经延伸至西北部高寒地区，而与常规隧道相比，寒区 隧道因隧址区位置以及气候原因导致冻害频发，严重影响了隧道主体结构的安全性，以 致影响了隧道正常运营。温度是寒区隧道冻害发生的主要因素之一，故为防治寒区隧道 发生冻害，必须了解高寒地区隧道围岩及衬砌温度场分布及变化规律。本文主要对寒区隧道围岩及衬砌的温度场基础理论进行分析，论述了温度场基本概 念、边界条件及其分类和影响因素等相关理论；基于流体力学、传热学和空气动力学的 基本原理与方法，推导出考虑通风条件下的寒区隧道围岩温度场模型，并对湍流数值模 拟方法与热交换理论进行分析。在此基础上，运用大型有限元软件ANSYS及 ANSYS-FLUENT模块，通过简单算例验证风流场模型及其采用的湍流数值模拟方法的 可行性，探讨风速、风温对围岩温度场的影响规律；在考虑昆仑山隧道工程地质条件情 况下，采用数值分析方法探讨其在通风条件下围岩及衬砌在施工、运营期间温度场的变 化规律及其防寒保温措施，并进一步考虑热力学基础上模拟分析寒区隧道围岩及衬砌位 移、应力分布规律，从热力学的角度出发，分析各项防寒保温措施的优缺点。研究结果表明：风温、风速分别通过热传导、热交换两种方式对围岩及衬砌温度场 产生直接、间接影响，对温度场的影响程度随风速、风温的逐渐增大分别呈现先增大后 趋于平缓、逐渐增大的趋势；通风对隧道洞口处影响程度略大于隧道中部，并随围岩埋 深增加其影响程度逐渐减小；保温隔热层的设置对寒区隧道能起到明显的保温隔热效 果，表面隔热法优于双层衬砌隔热法。关 键 词：寒区隧道；通风；围岩；温度场；数值模拟 研究类型：应用研究Subject:StudyonTemperatureFieldandVariabilityofTunnelSurroundingRockandLininginColdRegions ConsideringtheConditionofVentilationSpecialty:BridgeandTunnelEngineeringName:XuXin(Signature)Instructor:YangGengshe(Signature)ABSTRACTChinasrailwayconstruction,inrecentyears,hasextendedtonorthwestcoldarea,and compared withtheconventionaltunnel,tunnelincold regionscausecoldinjurypronebecauseoftunnelsitearealocationandclimate,seriouslyaffectthesafetyofthemainstructureofthetunnel,evenaffectthenormaloperationofthetunnel.Temperatureisoneofthemainfactors offreezinginjuryoccursincoldregionstunnel,soinordertocontrolthetunnelfreezing,you mustunderstandthedistributionandvariationoftemperaturefieldinthealpineregionofthetunnel.Thispaperanalyzesthebasictheoryofthetemperaturefieldoftunnelsurroundingrock andliningincoldregions,discussesthebasicconceptsoftemperaturefield,boundary conditionsand itsclassification andfactorsandrelevanttheories;Based on thebasic principles andmethodsoffluidmechanics,heattransferandaerodynamicdeducedthemodel,under considerationventilationconditions,oftemperaturefieldoftunnelsurroundingrockincold regions,andanalysisofthenumericalsimulationofturbulenceandheatexchangetheory.On thisbasis,theuseoffiniteelementsoftwareANSY