高寒公路隧道温度场分布规律

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寒区隧道温度场综述

寒区隧道温度场综述摘要：近年来，随着隧道工程施工技术发展的越来越成熟，公路与铁路的建设在路线选择上更加多元化，由原来的避山绕路到现在的凿山取直，隧道工程发挥着重要的作用。

但是部分地区冬天寒冷的气温对隧道衬砌结构的稳定性造成极大的威胁，同时为行车安全留下隐患。

因此对季冻区隧道围岩温度场分布情况的掌握，就是我们需要亟待解决重要问题之一。

关键词：寒区隧道；温度场；冻害研究；综述引言：随着对气温寒冷地区隧道的研究逐渐深入，地下工程研究人员逐渐发现隧道工程中产生失稳现象以及冻害现象的原因是因为在工程实际中水分、温度和应力这三种状态相互耦合，相互影响。

但由于我国在季冻区隧道温度场研究领域起步较晚，对这一问题的认识不足，在实际工程中不能切实有效的施以更好的措施防止冻害现象的发生；再者，伴随着一带一路政策的实施，国内寒区隧道建设日益增多，加快对其的研究工作有助于更好地提高寒区工程建设的效率以及安全度。

对于季冻区隧道温度场的研究工作近几年主要围绕温度场的分布规律、热物性等对温度场影响研究及借助软件进行数值模拟的研究上。

对寒区隧道温度场的研究有助于认识隧道冻害机理，更有针对性的采取相应的防治冻害措施，确定防排水设施类型，为此国、内外隧道工作者进行了大量研究工作。

1、国外研究美国一实验研究所[1]从上世纪60年代开始进行一段较长时间的监测专门观察一座多年冻土隧道，通过此次观测在寒区隧道温度场分布规律方面的研究取得了一系列科研成果，也对进一步开展冻土研究有着重要价值。

1973年，国外学者Bonacina[2]和Cominit[3]分别用数值求解的方法解决温度场问题，是地下工程领域首次对寒区隧道温度场多场耦合数值模拟及非线性分析进行研究[4][5]。

2、国内研究近些年，在我国西部与东北部等寒冷地区修建公路、铁路隧道越来越多，我国许多隧道工作者对各个不同的隧道进行了围岩温度的现场监测，通过长期观测隧道围岩温度场，其变化规律已经被掌握。

寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究

收稿日期：2018-06-19基金项目：国家科技支撑计划，项目编号：2012BAG05B00。

作者简介：吕鹏磊，1986~，男，硕士。

主要从事隧道及地下工程教学和研究工作。

寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究吕鹏磊1袁金秀1张艳敏2王海蛟3范永慧4王斌柘5王绍旭3（1.河北交通职业技术学院土木工程系石家庄050091；2.邢台市交通局邢台054000；3.中建路桥集团有限公司石家庄050001；4.中交远洲交通科技集团有限公司石家庄050051；5.石家庄市轨道交通建设办公室石家庄050000）摘要以季冻区某隧道为依托，基于流体力学理论，考虑不同隧道长度、不同风速条件，建立了“围岩-初支-二衬-空气”耦合条件下的计算模型，对寒区隧道施工阶段温度场三维空间演化规律进行了分析。

结果表明：隧道洞内送风速度与洞内温度升高速率呈正相关；隧道洞内送风速度宜设置在10m/s ；隧道掘进长度不大于1000m ，送风速度不小于5m/s ，且通风4h 后，隧道内部环境温度均可达到基本稳定；隧道岩壁0.5m 范围内的环境温度，距岩壁越近温度越低；隧道内风管出口宜设置在距掌子面距离不大于50m 处。

关键词季冻区隧道施工温度场三维空间演化规律中图分类号U231文献标识码AStudy on Law of Temperature Field During Tunnel Construction in Cold AreaLv Penglei 1Yuan Jinxiu 1Zhang Yanmin 2Wang Haijiao 3Fan Yonghui 4Wang Binzhe 5Wang Shaoxu 3（1.Department of Civil Engineering ，Hebei Jiaotong Vocational and Technical College ，Shijiazhuang 050091；2.Xingtai Transportation Bureau ，Xingtai 054000；3.Zhongjian Road Bridge Group Co.Ltd ，Shijiazhuang 050001；4.China Roads Communications Science &Technology Group Co.，Ltd.Shijiazhuang 050051；5.Shijiazhuang UrbanRail Transit Construction Office ，Shijiazhuang 050000）Abstract ：Relying on a tunnel in the seasonally frozen area ，based on the theory of fluid me-chanics ，considering different tunnel lengths and different wind speed conditions ，the calculation model of "surrounding rock-first support-second lining-air"coupling condition is established inthis paper.The paper analyzes the three-dimensional spatial evolution of temperature field duringtunnel construction in cold area.The analytical results show that the velocity of air supply in tunnel hole is positively correlated with the temperature rising rate in the hole ；the velocity of air supply in tunnel hole should be set at 10m/s ；tunnel excavation length not exceeding 1000m ，air supply speed is not less than 5m/s ，and ventilation 4hours ，the internal ambient tempera-ture of the tunnel can reach the basic stability ；the ambient temperature in the 0.5m range of the tunnel rock wall ，the nearer the temperature ，the lower ；The outlet of the tunnel inner duct should be set on the distance of no more than 50m from the work surface.Key words ：seasonal frozen area ；tunnel construction ；temperature field ；three-dimensional space ；evolution law文章编号：JiL1100161（2018）03-0030-050引言伴随着我国新一轮的基础设施建设步伐的推进，穿越西北、东北等高寒冻土地区的隧道工程越来越多。

高寒公路隧道温度场研究综述

科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多,国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究,并取得了一些成果。

本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究,并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。

1寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道,通过数值计算进行了温度场方面的研究。

理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解,两者联系紧密。

1.1赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。

2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。

2010年王成,丁敏,李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。

2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。

1.22004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析,但是采用的是一维热传导模型。

1.3关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。

1.4对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。

2寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。

根据现场实测结果,得出了关于寒区隧道温度场分布的结论,进一步论证了理论计算的可靠性。

本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。

2.1环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。

在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高,而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。

不管是夏季还是冬季,随着纵深的增大,温度的振幅呈下降的趋势。

整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。

特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究

特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
郑长伟;李申
【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】为解决高寒高海拔地区运营隧道的冻害问题,在某单洞双向隧道4个断面的不同位置处布设了大量温度传感器进行现场温度监测,分析研究了特高海拔寒区隧道围岩、衬砌在不同位置处的温度场分布规律以及围岩冻深情况。

结果表明:隧道温度随季节呈周期性变化,距洞口10 m处冻害最为严重;隧道衬砌温度与隧道纵向深度呈负相关,围岩温度与隧道径向深度呈正相关关系;在距隧道洞口越近的最不利断面处,拱顶温度高于拱腰和拱脚;距洞口10 m的拱脚处冻深最大,隧道冻深影响范围为0 m~250 m。

研究结果可为寒区隧道施工和保温防冻提供依据和指导。

【总页数】5页(P171-175)
【作者】郑长伟;李申
【作者单位】中国铁建大桥工程局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U456
【相关文献】
1.寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究
2.寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究
3.寒区铁路隧道温度场分布规律研究
4.寒区隧道纵向温度场分布规律研究
5.考虑地温影响的高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
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高寒公路隧道温度场研究综述

高寒公路隧道温度场研究综述【关键词】寒区隧道；冻土；温度场；实验；现场实测0 引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多，国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究，并取得了一些成果。

本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究，并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。

1 寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道，通过数值计算进行了温度场方面的研究。

理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解，两者联系紧密。

1.1 赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。

2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程，应用galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。

2010年王成，丁敏，李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。

2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。

1.2 2004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析，但是采用的是一维热传导模型。

1.3 关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。

1.4 对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。

2 寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。

根据现场实测结果，得出了关于寒区隧道温度场分布的结论，进一步论证了理论计算的可靠性。

本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。

2.1 环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。

在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高，而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。

不管是夏季还是冬季，随着纵深的增大，温度的振幅呈下降的趋势。

整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。

在隧道完全贯通之后，与贯通之前相比，各断面的气温均明显降低，年平均温度和年温度振幅都有所降低。

季节性冻土区铁路隧道防冻措施及温度场变化规律研究

目录第1章绪论 (1)1.1研究课题背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1严寒地区冬季隧道冻害预防和治理措施研究现状 (2)1.2.2严寒地区冬季隧道洞内外温度场变化规律研究现状 (5)1.3论文研究的主要内容 (6)第2章工程背景 (8)2.1工程概况 (8)2.2地质条件 (8)2.3气象条件 (8)2.4水文地质特征 (9)2.5不良地质及特殊岩土 (9)2.6陈家沟隧道防冻胀措施 (9)第3章隧道冻害机理研究 (10)3.1围岩冻胀特性 (11)3.1.1围岩冻胀导致隧道的变形 (11)3.1.2围岩冻胀的发生条件 (11)3.1.3冻胀力形成的约束条件 (12)3.1.4循环冻融下围岩强度的损失 (13)3.2混凝土的冻胀特性 (13)3.2.1水冻结而引起混凝土的冻胀 (13)3.2.2施工缝以及温度裂缝等引起的混凝土冻害 (14)3.3地下水的影响 (15)3.3.1地下水赋存与补给的形式 (15)3.3.2地下水的温度特性 (15)3.4衬砌背后积水导致隧道发生冻害 (16)3.5本章小结 (17)第4章隧道防冻胀措施研究 (18)4.1冻害等级划分 (18)4.2隧道防排水技术 (19)4.2.1严寒地区隧道围岩注浆堵水 (20)4.2.2寒冷地区隧道防水层防水 (23)4.3隧道的保温技术 (29)第5章隧道温度场分布及保温抗冻计算研究 (31)5.1保温材料比选 (31)5.1.1防火阻燃性能评定 (31)5.1.2物理参数与热学参数比较 (32)5.2隧道温度场分析 (32)5.2.1热传学的传导方式 (33)5.2.2热分析材料属性 (35)5.2.3热传导分析 (36)5.3温度场分析 (39)5.3.1隧道模型尺寸的确定 (39)5.3.2初始条件和边界条件 (41)5.3.3模型热物理参数 (42)5.3.4隧道平面温度场的划分 (42)5.3.5隧道温度场模拟 (42)5.3.6不同冻害等级隧道的整治措施 (45)5.4本章小结 (47)第6章结论及展望 (48)6.1结论 (48)6.2展望 (48)致谢 (50)参考文献 (51)个人简历 (54)第1章绪论1.1研究课题背景及意义近些年，我国社会经济发展迅速，铁路、公路建设也得到前所未有的发展，与此同时，由于高速铁路、高速公路大规模的修建，隧道也逐渐向“长、多、深、大”的方向发展。

自然条件下长大公路隧道内温度变化分析

自然条件下长大公路隧道内温度变化分析自然条件下长大公路隧道内温度变化分析摘要本文是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热的客观条件下，得出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因；隧道内无机械通风和交通运营时，隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内所特有气温上升曲线的特点。

关键词高寒长大隧道温度变化曲线纵向气温曲线1 概述1.1 研究概况及意义随着我国新一轮交通基础设施建设高潮的到来，公路隧道大量出现，其中在各种复杂和恶劣条件下的长大公路隧道数量也急剧增加。

作为西部开发这一重大国策的实施，公路建设也出现了从平原微丘向山岭重丘发展的趋势。

现在隧道的围岩冻胀受力和内部温度场已成为隧道研究课题的热门方向，但是就本人了解的情况，目前对隧道内部温度沿隧道纵向进行系统的研究文章很少，就是有这方面的文章也是在隧道运营以后的隧道气温情况。

而本文却是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，本次研究时间长，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热下的客观温度。

本文在对隧道内温度进行客观实际的实测之后得出许多重要结论，这在所有的隧道研究论文结论中尚属首次。

、本文给出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因，隧道内无机械通风和交通运营时隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内气温所特有气温上升曲线的特点。

隧址区位于青沙山区，属中高山剥蚀地貌，海拔高程3044.59-3398.81m，最大相对高差354m。

区内地形复杂，山坡陡峭，流水侵蚀强烈，沟谷发育，多呈“U”字型。

山脊走向北西西~南东东向，与隧道轴线近垂直。

区内植被发育。

本区属高原半干旱大陆性气候，寒长暑短，受地形制约。

平安、化隆多风少雨，日温差较大，日照充足，四季分明。

据西宁资料，多年平均气温5.9℃，极端高气温38.7℃，极端低气温-26.6℃，最大冻深1.48m。

高原高寒地区高速铁路保温护道路基温度场的分布研究

高原高寒地区高速铁路保温护道路基温度场的分布研究作者：***来源：《甘肃科技纵横》2020年第06期摘要：高原高寒区分布着广泛的季节性冻土，冬期时该区段高速铁路路基通常会产生比较严重的冻胀病害，为了减小外界低温对路基土体的影响，通过在路基两侧边坡铺筑保温护道对内部土体进行保温。

本文以兰新高速铁路为研究对象，调研了冻胀严重路段的冻胀情况，基于气温实测资料建立了温度场的边界条件，并运用ANSYS有限元软件，分析了不同护道高度对路基温度场分布的影响，研究了冬期路基沿断面横向和深度方向的温度变化特征。

研究结果表明：保温护道对距离路基中心较远的路肩和护道下方的土体冻胀影响较明显，能够有效缩小路肩部位的冻结深度。

研究成果对高速铁路路基冻胀的预防和整治具有一定的指导意义。

关键词：高速铁路;季节性冻土;路基冻胀;保温护道;温度场中图分类号：[U24] 文献标识码：A1.前言季节性冻土相对多年冻土更不稳定，冬期土体冻胀变形，当天气回暖，土体又会发生不同程度的融沉现象，常年保持周期性的冻融循环作用。

季节性冻土区的高速铁路尽管施工标准高，但难免在冻胀深度较大的条件下，路基表面仍会产生冻胀变形，引起无砟轨道结构的不平顺，严重情况下会对列车的运行安全产生威胁，增加线路的养护维修费用[1-6]。

目前冻土路基主要采用保温的措施来防治冻胀，常见的包括保温护道法和保温板法。

铺设保温护道不仅对路基填土起到保温作用，还能防止雨水通过边坡渗入路基土体[7-8]。

温度是路基冻胀的一个关键性因素，当土体温度降低到冰点以下时，内部的水分开始冻结，随着温度继续降低，未冻区的水分含量减少，路基的冻结深度增加[9-10]。

因此，温度场的分布反映了土体中水分冻结分布特征，研究不同高度的保温护道对路基温度场影响，对整治路基冻胀病害有重要的指导意义。

2.路基温度场模型的建立2.1 工程概况兰新高速铁路门源至浩门区段处于典型的高原高寒地區，线路通过海拔2500m左右的祁连山地段，地层多为洪积粉土、圆砾土和卵石土，路基周围多为耕地。

14.公路隧道火灾温度场的分布规律研究

文章编号:10012831X(2003)022*******公路隧道火灾温度场的分布规律研究X王明年1,杨其新1,袁雪戡2,杨　忠2(11西南交通大学地下工程系,四川成都　610031;21陕西省公路局,陕西西安　710068)摘　要:隧道火灾随着通风风速和火灾规模不同,其温度场也发生了变化,本文对五种不同风速下的三种火灾规模进行了试验,研究了火区内和火区下游最高温度的变化规律、温度随时间的变化规律、温度沿隧道纵向分布规律、温度沿隧道横断面分布规律等,这对公路隧道防灾减灾设计有现实的指导意义。

关键词:公路隧道;火灾试验;温度场中图分类号:TP339;U49512 文献标识码:A概述据不完全统计,国内外已发生的公路隧道重大火灾事故已有数十起之多,造成了大量的人员伤亡和财产损失。

隧道火灾所引起的人员伤亡和财产损失主要是由于火灾所产生的温度和烟雾的扩散而造成的。

火灾时,随着通风风速、火灾规模的不同,隧道内温度场将发生变化,而且随着时间的推移,其分布也将发生变化。

研究火灾时隧道内温度场的分布对于火灾报警、人员逃生以及火灾时的救援和通风方案的制定都有着极其重要的意义。

为此,本文对温度的扩散规律进行了研究,主要研究了以下内容:(1)火区内和火区下游最高温度的变化规律;(2)温度随时间的变化规律;(3)温度沿隧道纵向分布规律;(4)温度沿隧道横断面分布规律。

1　试验概况试验隧道直径为210m,长度120m,按1%坡度设置,隧道结构材料为钢筋混凝土。

试验设测温断面13个,测点49个。

试验数据采集采用先进的现场C AN总线,所有测试数据由计算机自动采集。

为了模拟隧道的实际情况,进行了不同风速和不同火灾规模的组合试验(见表1)。

风速主要考虑有:010m P s、2.0m P s、3.0m P s、5.0m P s、6.0m P s。

通过对公路隧道火灾的调研,模型试验的火灾规模分三级,分别为:(1)A级,模拟一辆轿车着火(60升汽油),试验采用10升柴油+1升汽油+木材15kg。

高海拔高寒区冻土隧道洞内施工环境控制技术

收稿日期：2005-03-03 作者简介：朱永全，男，1960 年生，博士，教授，博士生导师，主要从事于隧道与地下工程的教学和科研工作。E-mail: 7935526@
2178
岩土力学
2006 年
2 洞内施工环境控制标准的建立
根据风火山、昆仑山隧道所处自然环境、冻土地质环境的实际状况，遵循“以人为本、保护冻土、改善洞内施工环境”的技术原则，确定了洞内隧道开挖面气温为 0 ℃，隧道沿程气温为-5～5 ℃；洞内粉尘、有害气体等空气质量满足国家劳动卫生标准；工作人员都能呼吸到医用氧等洞内施工环境控制标准。
ZHU Yong-quan, JIA Xiao-yun, ZHANG Xue-yan
(School of Civil Engineering, Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhuang 050043, China)
Abstract: Fenghuoshan and Kunlunshan Tunnels lie in hinterland of Qinghai-Tibet Plateau, of which the altitude is about 5 000 m. The problems of the life and health of workers , the protection of permafrost and the quality of tunnel become very severity because of lack of oxygen, coldness and bad geological condition in permafrost regions. The governing differential equations of construction circumstances temperature field and the surrounding-rock temperature field are established. The simulation of temperature field, the development and application of the construction ventilation and heating unit, the system of making and supplying oxygen, and the system of monitoring and controlling made the general controlling of air temperature and air quality become realism; it can provide important technology guarantee and appropriate working condition. Key words: permafrost; temperature field; ventilation and heating; making and supplying oxygen; monitoring; circumstances controlling

祁连山隧道洞内空气及围岩温度场分析

祁连山隧道洞内空气及围岩温度场分析高焱;王敏;陈辉;刘杨【摘要】为了探究寒区隧道洞内空气及围岩温度场设计问题,以世界上海拔最高的高原冻土隧道-祁连山隧道为研究对象,建立非稳态的隧道温度场模型,采用变量控制法探讨不同时间、距离以及有无保温层条件下寒区隧道洞内空气和围岩温度场的变化规律.研究结果表明:当洞外气温为-16.77℃,围岩地温为5℃条件下,祁连山隧道单侧防寒保温长度应该大于1770 m;当洞外气温为-16.77℃,围岩地温为5℃,计算时间为10 d条件下,5 cm厚的聚酚醛保温板保温效果很好,可以保证不出现冻害;当洞外气温为-16.77℃,围岩地温为5℃,当计算时间超过30 d,有保温层时距离进口10 m处隧道初支和二衬范围内出现负温,说明保温层具有一定的适用范围,并不能完全消除寒区隧道的冻害问题.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)019【总页数】7页(P120-126)【关键词】寒区隧道;温度场;变量控制法;保温层【作者】高焱;王敏;陈辉;刘杨【作者单位】江苏省淮阴工学院交通运输与安全保障重点实验室,淮安223003;淮阴工学院,淮安223003;淮阴工学院,淮安223003;淮阴工学院,淮安223003;淮阴工学院,淮安223003【正文语种】中文【中图分类】U457.5随着“一带一路”战略的不断开展对铁路交通的需求越来越高，在高纬度、高海拔的寒冷地区修建的隧道数量也不断增加[1]。

然而寒区隧道工程有一个最大的难关是如何解决冻害问题，所以隧道洞内空气及围岩温度场的重要性对于解决寒区隧道冻害问题不言而喻了。

国内外众多学者对寒区隧道的温度场问题开展了大量的研究。

李彬嘉等通过建立隧道有限元模型，对比分析考虑相变与否两种情况下隧道温度场的动态变化，研究出了冰-水相变对寒区隧道动态温度场的影响[2]。

王兆瑞、许鹏以一维热传导方程为基础并通过编程计算、分析得到了地面表层温度场及隧道排水沟埋置深度的结论[3]。

高寒地区隧道围岩及洞内气体温度分布规律研究_邹一川

１温度监测点的布置及监测
为监测隧道不同埋深的各断面不同位置处的温度变化情况，选取隧道内７个不同深度处的断面进行监测点布置，每个断面布置气温传感器１个，隧道衬砌及围岩温度传感器１８个，布置形式如图１所示。
图１温度传感器布置图
由于温度监测点布置始于隧道开挖之后不久，因此以上各断面的温度传感器埋设时间随开挖深度的推进而有所不同。
以距洞口８０ｍ的ＹＫ２２６＋０６１断面为典型断面，对断面不同部位的围岩温度进行分析。选取该断面两次温度监测数据进行整理，结果如图５、６所示。
图５ＹＫ２２６＋０６１断面围岩径向温度（２０１０／１０／１０）柱状图
本文研究依托于内蒙古自治区绥满国道主干线博牙高速林场隧道，该隧道位于高寒季节冻土区，面临严重的冻害威胁。
通过在隧道不同深度处各断面埋设温度传感器，对该隧道的温度场进行监测，得到隧道洞内气温及围岩温度随深度及所处位置变化而变化的规律，进而为隧道的冻害防治提出建议。
图３洞口气温变化曲线图（ＹＫ２２５＋９８１）
由图３可知，林场隧道洞口处开始出现负温的时间为２０１０年１０月１４日；最低气温出现在２０１１年１月２２日，为－２３．１℃；气温恢复至０℃以上的日期为２０１１年５月１日；隧道洞口气温低于０℃的总天数为１９７ｄ。２．１．２隧道不同深度处气温变化规律
（１．同济大学土木工程学院隧道及地下建筑工程系，上海２０００９２；２．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海２０００９２）

寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术

利用隧道洞口附近的几个气象测站的观测数据，采用空间插值方法，可以方便、准确的计算隧道洞口处的气温。
防冻隔温层施工方法包括表面喷涂法、表面铺设法和中间铺设法三种。
表面喷涂法/铺设法
中间铺设法
表面喷法
通过压缩空气将含有保温材料、胶结材料和速凝剂等的混合物料直接喷涂到隧道衬砌表面，形成防冻隔热层的方法。国内首次在黑龙江省雾凇岭隧道中采用表面喷涂法进行防冻隔热层的施作，现场发泡喷涂聚氨酯保温层，如图所示。
（3）测点在横断面上的布置如右图所示，在隧道的拱顶、拱腰和边墙分别布置测试二次衬砌混凝土表面和内部、喷射混凝土表面及围岩内部温度的测点（如图8 A大样），在隧道路面处布置测试路面混凝土表面和内部的测点（如图8 B大样）。
温度(℃)
图2-8 第6测试断面拱顶处温度—时间曲线（2000年10月~2002年4月）
给
水
含水隧道，无补给渗、涌水
含水隧道，水平补给持续涌水
含水隧道，水平和垂常年渗、涌
直补给
水
隧道抗冻设防等级划分
冻害等级划分及防治措施
冻害等级
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
冻害特征
措施
无
边沟
轻微，不影响交通
中心排水沟、U 型沟槽嵌入隔热材料法
衬砌层冻裂，洞内渗水挂冰，路面结冰，冻害发生于12月至翌年2月
该隧道2007年通车，目前运营情况良好，无冻害发生。
表面铺设法
使用锚固件将事先预制好的保温板固定到隧道初期支护或原有衬砌表面，形成防冻隔热层的方法。现场施工如图所示。天恒山隧道2009年通车，目前衬砌结构稳定，洞内干燥，运营情况良好。
① 对于在衬砌表面设置防冻隔温层的情况：

寒区隧道温度场及保温隔热层研究

寒区隧道温度场及保温隔热层研究寒区隧道是冬季交通运输的重要通道，然而，由于寒冷气候的影响，隧道内温度场分布不均，导致隧道壁面结冰、潮湿等问题，严重影响隧道的安全性和通行效率。

因此，针对寒区隧道温度场及保温隔热层的研究具有重要意义。

本文旨在探讨寒区隧道温度场的分布特征，并研究保温隔热层对隧道温度的影响，为寒区隧道的安全运行提供理论支持。

寒区隧道温度场的研究一直是工程界的热点问题。

国内外学者通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种方法，对寒区隧道温度场的分布特征和影响因素进行了深入研究。

在保温隔热层方面，研究主要集中在材料的选择和优化、施工工艺及保温效果的评估等方面。

然而，已有研究多于隧道内部温度场的分布和变化规律，对保温隔热层在实际工况下的长期性能和隧道内潮湿问题的研究尚不充分。

本文采用了实验研究和数值模拟相结合的方法，首先通过实验测试获取寒区隧道内外的温度数据，分析隧道内温度场的分布特征。

然后，建立数值模型，模拟不同工况下隧道内温度场的分布情况，进一步探讨保温隔热层对隧道温度的影响。

还对隧道内潮湿现象进行了观察和分析，提出相应的解决方案。

通过实验测试，我们获取了寒区隧道内外的温度数据，并分析了隧道内温度场的分布特征。

结果表明，隧道内温度分布不均，存在明显的温度梯度，且与隧道外的气温差异明显。

我们还发现隧道内湿度较大，容易导致结冰、潮湿等问题。

数值模拟方面，我们建立了数值模型，并模拟了不同工况下隧道内温度场的分布情况。

结果显示，添加保温隔热层可以有效降低隧道内温度波动，且随着保温层厚度的增加，保温效果越显著。

同时，数值模拟还表明，保温隔热层可以明显减缓隧道内潮湿现象的发生。

本文通过对寒区隧道温度场及保温隔热层的研究，得出以下寒区隧道内温度分布不均，存在明显的温度梯度，且与隧道外的气温差异明显。

隧道内湿度较大，容易导致结冰、潮湿等问题。

添加保温隔热层可以有效降低隧道内温度波动，且随着保温层厚度的增加，保温效果越显著。

关于高寒地区隧道施工技术的探讨

关于高寒地区隧道施工技术的探讨摘要：本文以博克图隧道施工为例，对当前高寒地区隧道冬施施工技术的应用进行了探讨。

关键词：高寒地区公路隧道施工技术高原高寒地区，隧道施工处于低气温、低气压的施工环境中，比之一般地区，混凝土在施工中和运营期间的冻融破坏、内燃动力设备的效率降低、施工中的通风排烟等均需采取特殊的施工措施。

我国已建成的隧道工程在高原高寒条件下的施工中，最冷月都停止了混凝土的施工。

我国近五年内即将开工建设的高原隧道总长达50公里以上，研究高原高寒地区的隧道施工技术具有广阔的运用和推广前景，对我国高寒地区的交通基础设施的建设具有重要意义。

1高寒地区主要施工原则1.1由于气压低、缺氧、寒冷、多风，内燃机械功率损失较大，防冻起动较难。

尽量少用内燃机设备，多用电动或风动机械。

1.2尽量用机械化设备的配置，减少施工人员，减轻劳动强度，提高劳动生产率。

1.3加强洞内通风机械设备的配置，提供洞内更多的新鲜空气，改善工作面的空气环境。

1.4在持续低温的条件下，采取措施，确保工程质量，特别是喷混凝土和混凝土的质量。

1.5为了防止施工中出现冻融、冻涨的可能，要建立完善的、充分的供暖、防寒、保温设施，保证人员、机械设备和施工的正常运行。

特别是隔热层的修筑对保证隧道的正常使用至关重要。

1.6隧道防冻是施工中要解决的核心问题。

低温和水的存在是形成浆涨的基本因素，因此，除作好防冻涨的措施外，在隧道周围形成一个包括泄水洞在内的完善的、通畅的了防排水系统，是工程取得成败的关键。

2.博克图隧道施工防寒保温2.1衬砌防寒保温在二次衬砌混凝土的表面，设置复合隔温层，可阻止隧道内的高寒气流，对混凝土结构的侵袭，阻止混凝土衬砌向围岩传递高寒负温，致使二次衬砌背后地下水产生冻胀而损坏结构。

该技术在高寒隧道施工中尚属首例，其施工程序和方法是在二次衬砌（含仰拱）表面利用膨胀螺栓铺设一层厚5cm的PU（硬质聚氨脂）隔温材料，形成闭合隔温圈。

在PU板外表面，铺设3cm的硅酸铝板，用2cm宽金属条焊于螺栓顶部，固定两层保温板。

寒区隧道温度场的三维有限差分分析

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西部大开发，基础设施要先行，西部地区多处于多年冻土区和季节冻土区，即寒区。在寒区工程建设和运营过程中，如青藏铁路、青藏公路以及西气东输等工程，遇到了很多与常规工程不同的科学与技术难题。以寒区隧道为例，寒区隧道与其他隧道不同，必须分析隧道围岩的温度场，这是寒区隧道成功与否的关键。因为修建隧道打破了围岩的原始热平衡，使隧道衬砌因围岩冻胀或融化沉降而发生破坏，有的隧道由于冻胀力的作用，衬砌裂缝宽达 ’ ;P，严重影响正常交通，乃至报废。目前对寒区隧道温度场的研究非常多， +,*) 年 Q/2<;32< 等提出相变热传导温度场的数值求解方法 !+"。
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第!期
张全胜等：寒区隧道温度场的三维有限差分分析
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其中 ! 和 " 分别表示冻结区域和融化区域相应的物理量； # 为单位质量含水岩土的相变潜热， " # $%。冻结锋面是随着热传导而变化的，是时间的函数，冻结锋面满足温度场的连续性条件和能量的守恒条件
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高寒公路隧道温度场研究综述

ｉｅｎｃｅ＆技Ｔｅｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界Ｖｉｓｉｏｎ
高寒公路隧道温度场研究综述
李云邹威韩风雷刘瑞全（重庆交通大学土木建筑学院，中国重庆４０００７４）
【摘要】近年来国内外学者针对寒区隧道进行了广泛的研究。本文将高寒地区公路隧道温度场研究分为理论与现场实测两部分进行总结归纳。从中得到了相关结论。在此基础上针对寒区隧道温度场的研究提出几点建议，以供学者在该领域的研究进行参考。【关键词】寒区隧道；冻土；温度场；实验；现场实测
２０１０年张国柱、夏才初、殷卓考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件．利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多，国内外开展定理．得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解。目前关于在保温板设了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究，并取得了一些成果。本文计中．共有三种计算保温板厚度的方法：等效厚度换算法、气象解析主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒法、有限元模拟计算法区隧道温度场所做的研究．并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温２．４隧道施工过程中围岩温度场变化规律
０引言
度场研究方面的建议。
分析隧道在开挖过程中．围岩温度场的变化规律，对寒区隧道施工具有很大的意义。在同一时刻，距离壁面越近，围岩受施工的影响越１寒区隧道温度场理论研究大同一处的围岩温度随着围岩暴露时间的延长而增加。在未进行初我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道．通过数值计算进期支护之前，随着时间的增加，融化圈的范围逐渐增大。２００３年贾晓行了温度场方面的研究。理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与云等通过对昆仑山隧道的开挖模拟．分析了在隧道在开挖后３０ｄ还未施作衬砌时．围岩的温度随时间的变化规律。数值解．两者联系紧密。１．１赖远明１９９９年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。２００３年寒区隧道施工时．为了确保混凝土的施工质量．并满足施工人员张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程，及施工机械等各方面的因素对施工环境温度的要求．保护冻土、避免应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。２０１０冻土融化．就必须对隧道洞内环境温度进行控制。年王成．丁敏．李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场２００３年梁文灏．黄双林通过对青藏铁路昆仑山、风火山隧道的环的二维非线性耦合分析。２００３年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力境温度测试．综合分析得出洞内的环境温度控制在一５～５ ℃之间时能满场三场两两耦合作用强度的量化研究。足这些要求２００４年刘志春、李文江等又在施工阶段对风火山铁路隧１．２２００４年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系道洞内外环境温度进行了长期系统的观测与分析。得出采取了结合通数进行了反分析，但是采用的是一维热传导模型。风的供暖、洞口保温门等综合供热、保温措施，可以保证洞内环境温度１．３关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。在一５～９ ℃ １．４对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀３结束语说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。尽管在寒区隧道温度场研究方面取得了不小的成果譬如在温度场的分布规律上．无论是从现场实测结果分析．还是从数值模拟方面理论研究与实验研究是密不可分的。根据现场实测结果，得出了都很好的解释了隧道在空间和时间尺度上的变化规律但是还有很多关于寒区隧道温度场分布的结论。进一步论证了理论计算的可靠性。需要深入研究的问题本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。３．１针对寒区隧道围岩原始温度场的现场测试研究较少。但是在数２．１环境温度与隧道内气温的相互关系值计算模拟时．原始温度场对寒区隧道冻融圈范围的确定却很重要。环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性在冬季隧道内的关于围岩的本构模型还有待研究气温随着离洞口纵深的增大而升高．而在夏季隧道内的气温随着纵深３．２对予隧道冻胀力的机制有三种解释．目前的数值计算冻胀力基的增大而减小。不管是夏季还是冬季，随着纵深的增大，温度的振幅呈本上是基于局部存水空间的理论还没有推导得出较为普遍适用于工下降的趋势。整体上来看隧道内气温呈现一种 “ 冬暖夏凉” 的现象。在程技术人员计算的简化公式隧道完全贯通之后．与贯通之前相比。各断面的气温均明显降低，年平３＿３围岩裂隙中的水分迁徙加剧了冻融圈产生的冻胀力．在计算冻均温度和年温度振幅都有所降低胀力时往往忽略这样影响，这使得冻胀力的计算与实际有所不同。２．２隧道围岩及结构温度的纵向分布规律３．４在多年冻土段加设一次模筑、二次模筑，甚至还有三次模筑。究隧道围岩及衬砌结构在纵向方向上．不仅受到原岩地温的影响．竟各自分担多大的荷载还没有进行具体的研究。同时还与洞内气温及外环境温度有很大的关系３．５保温隔热层的设防长度、厚度、导热系数以及材料参数的选取还在隧道贯通前．洞内的温度由于空气对流作用小．再加上施工时有待进一步研究。车辆排放的尾气和隧道爆破等因素．洞内温度和洞外的温度相比有较３．６寒区隧道在开挖过程中．围岩的温度变化受到很多因素的影响．高的温度。在夏季，围岩及衬砌的温度在纵向方向上，随着隧道纵深的所做的研究仅仅针对的是二维温度场分析。目前。还没有针对围岩在增大而增大。在冬季．施工时会在洞内做一些保温措施。诸如加火炉升开挖过程时，从三维角度来分析融化圈的变化情况。 ● 温、在施作二次衬砌前对加热水温等，使得隧道会在中间段温度较高，两端温度较低。在隧道贯通后．由于空气对流的作用，洞内外的相对温【参考文献】１］何川，谢红强．多场耦合分析在隧道工程中的应用［Ｍ】戚都：西南交通大学出差减小。围岩和衬砌结构随着距离洞Ｅｌ的增大，温度越高，温度变化振［版社．２００７．幅越小。２］陈建勋，罗彦斌．寒冷地区隧道温度场的变化规律【Ｊ１＿交通运输工程学报，隧道围岩及结构在纵向的分布规律．对于分析确定隧道抗防冻的［００８，８（２）：４４．４８．设防长度具有很重要的意义洞口段设防长度的确定是在现场温度测２［３］赖远明，喻文兵，吴紫汪，何平，等．寒区圆形截面隧道温度场的解析解Ｕ］．冰试之前确定２００５年孙文吴又根据鹧鸪山隧道内的温度变化规律，利川冻土，２００１，２３（２）：１２６ — １３０．用传热学和热力学第一定律求得了隔热层设防长度的修正系数。［４］李时赞．嫩林线西罗奇２号隧道温度场测试研究［Ｊ】．隧道及地下工程，１９８９，１０２．３隧道围岩及结构温度的径向分布规律（３）：５１－６０．在现场布置测温元件．是按照其在径向不同的位置上测试围岩及［５］马巍，王大雁．中国冻土力学研究５０ａ回顾与展望【Ｊ］．岩土工程学报，２０１２，３４衬砌的温度分布规律。实测结果均发现，衬砌表面温度与隧道洞内的（４）：６２５ — ６４０空气温度保持一致。往往在围岩及衬砌径深１ｍ范围内，温度的变化梯度较大。离衬砌越远，变化梯度越小。［责任编辑：曹明�

高寒公路隧道温度场分布规律

ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄｉｓ．ＴｈｊｓａｒｔｉｃｌｅｔｈｒｏｕｇｈｔｏｔｈｅＱｉｎｇｈａｉｐｒｏｖｉｎｃｅＪｉａｎｇｉｒｄｇｅｒｏａｄｉｓｔｈｅＪａｄｅＲｏａｄＴｕｎｎｅｌｉｍｐｏｒｔａｎｄｅｘｐｏｒｔ
Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ界
科技・探索・争鸣
高寒公路隧道温度场分布规律
刘瑞全李云（重庆交通大学土木建筑学院，中国重庆４０００７４）
【摘要】对于寒区隧道，冻害问题一直是一个比较棘手的问题。与之密切相关的两个因素就是排水系统和温度场分布。本文通过对青海省共玉公路姜路岭隧道进出口段一定范围内围岩、支护结构及洞内外环境温度的现场监测，确定隧道所在范围围岩冻融圈的范围；沿隧道纵、横断面的温度变化规律以及环境气温的变化情况．继而为防寒泄水洞的设防长度和衬砌结构保温段的长度、保温材料厚度的设计选取提供了依
据。
【关键词】寒区隧道；温度场；防寒泄水洞【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｏｒｔｕｎｎｅｌｉｎｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓ，ｆｒｏｓｔｄａｍａｇｅｐｒｏｂｌｅｍｉｓａｌｗａｙｓａｄｉｉｃｆｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｗｏｆａｃｔｏｒｓａｒｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍ敞。＋０ｎ譬