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高地温铁路隧道温度场及隔热层方案研究

吴根强  
【摘要】:近年来,随着国家铁路的大力发展,在高地温区域修建的隧道越来越多。然而由于我国对高地温隧道的研究起步较晚,目前还没有相关规范或标准能指导高地温隧道的设计和修建,因此加快对高地温隧道相关问题的研究就显得迫在眉睫。本文以拉日铁路吉沃希嘎隧道为研究背景,并推广到双线铁路隧道中,采用理论分析结合ANSYS有限元数值模拟的方法,对高地温铁路隧道的温度场及隔热层方案进行了深入研究。论文主要研究工作及成果如下:1.通过数值模拟分析了两种断面大小下高地温隧道围岩温度场的变化规律。结果表明:(1)围岩调热圈半径随着通风时间的增加而增大,但是增大速率随着通风时间的增加反而减小;(2)通风初期,围岩调热圈等温线的分布跟隧道断面形状有关,通风后期,调热圈等温线的分布越来越近似为一组同心圆,越靠近隧道内侧,等温线分布越密;(3)相同通风时间下,围岩冷却范围与隧道断面尺寸关系不大。2.通过模糊评价法结合数值模拟确定了高地温隧道中宜采用的隔热层方案:隔热材料宜选用硅酸盐质复合绝热卷毡或干法硅酸铝纤维板;隔热层敷设方式宜采用夹心式;隔热层导热系数越小越好,根据所选的隔热材料确定;隔热层厚度宜取5 cm-10 cm。3.通过数值模拟分析了在有无隔热层这两种工况下,隧道支护结构温度随通风时间的变化趋势。结果表明:两者变化趋势相同,但不同条件下隧道支护结构温度达到最高温度所需的时间不同,分别是t(无隔热层)t(夹心式)t(双层式)t(贴壁式)。4.通过数值模拟分析了不同地温下隧道支护结构受力随通风时间的变化。结果表明:(1)高地温隧道支护结构的应力值虽然随通风时间的增加而发生变化,但是极值分布的位置基本上没有变化,且存在一个极值点,在该极值点处支护结构应力改变量最大,地温的影响最大,该极值点在本文的工程背景下是发生在通风时间为第9天时;(2)不同地温下隧道支护结构应力的极值分布位置也基本上不变,且应力变化随地温的增加均呈线性规律,地温对隧道支护结构产生了较大的影响。


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