高地温隧道隔热衬砌传热特性及其选型研究
近年来我国西部地区铁路干线正在如火如荼地修建，但是这些铁路沿线存在大量的高地温区域，对隧道结构造成了严重的热害，比如围岩中的高地温会在隧道结构中产生大量的热应力，因此对高地温区域的隧道开展力学研究时通常都需要考虑温度场和应力场的耦合。但是，我国西部铁路沿线的高地温地区存在大量热温泉，高温地下水的渗流过程会加速热量的传递，进一步加剧热害对隧道的影响，因此渗流场对于温度场的影响规律也不应该被忽视。为此，本文针对某高地温地区铁路工程，对其温度场分布进行分析，并且对温度场、应力场和渗流场三场耦合条件下不同物理场之间的影响关系进行研究。论文主要内容如下： （1）基于传热学基本理论和某隧道实际工程资料，分析了高地温隧道的热害成因、热害分级、热害形式以及热害影响；在此基础上，分析某隧道高地温工况形成的主要机理，并对其高地温段进行了热害分级。 （2）采用极坐标形式建立圆形高地温隧道温度场的数学模型，并且采用Laplace积分变换方法对其进行分析求解，得到了衬砌-隔热层-围岩三层结构下温度场的求解公式；经过计算，得到了温度场的时空演变规律，并建立了对应的数值模型验证结果的可靠性。选取了隔热层厚度等六个因素对衬砌内温度最大值展开正交试验，确定各影响因素的影响显著性，并分析衬砌温度最大值和四个主要影响因素之间的关系。 （3）针对THM三场各自对应的控制方程，通过各物理场之间的耦合项实现其两两之间的相互影响，通过对不同工况下各物理场之间影响关系以及影响大小进行分析，确定三个物理场之间相互影响程度的大小，并在此基础上分析了隔热衬砌和围岩的传热特性。 （4）分析高地温隧道常用隔热材料的特性和优缺点，并采用模糊综合评价法进行比选，推荐了相对较优的高地温隔热材料；采用数值模拟对不同隔热层敷设方式进行了比选，对比不同工况下二次衬砌的温度数值以及传递的热量，推荐了隔热效果和工程经济性较优的敷设方式。
高地温隧道;隔热衬砌;积分变换;三场耦合;温度场时空分布;数值模拟
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
晏启祥
2022
中文
U453.5
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）