寒区隧道纵向温度场分布规律研究

为探究寒区隧道纵向温度场分布规律及其影响要素,以哈牡高速铁路鲜丰隧道工程为例,建立寒区隧道三维流固热耦合模型,并采用通风时间、等效自然风流速度及进洞风温3个变量,探究不同变量条件下寒区隧道纵向温度分布规律及变化特点,在此基础上提出寒区隧道洞内纵向温度预测公式。研究结果表示:1)寒区隧道洞内纵向温度随着进洞距离的增加呈先上升后下降的趋势;2)随着通风时间的增加,寒区隧道洞内各个断面温度逐渐降低,且在通风60 d左右逐渐趋于稳定;3)随着等效自然风流速度的增大,隧道内纵向温度会降低;4)进洞风温对隧道洞内温度场的分布具有直接影响,随着进洞距离的增加,进洞风温对洞内温度场的影响逐渐减小。

列车活塞风对寒区铁路隧道温度场的影响

研究目的:列车通过隧道会产生活塞风,活塞风会将寒区隧道洞外冷空气带入洞内,导致洞内温度场分布发生变化,若对这种影响认识不到位,会导致洞内抗防冻措施不合理造成冻害发生,影响隧道运营安全。鉴于此,采用理论分析和数值模拟等方法,分析列车活塞风对隧道洞内温度场的影响机制,研究列车活塞风对寒区特长铁路隧道洞内温度场的影响规律,为寒区隧道抗防冻设计提供技术支撑。研究结论:(1)冬季列车通过隧道后,活塞风会引起洞内温度场在短时间内显著变化,列车活塞风对洞内温度场持续影响时间较短,列车通过后,洞内温度场会逐渐恢复,特别是当列车频次较小时,基本可恢复到自然通风条件下状态;(2)行车频次导致洞内纵向负温长度增大或减小率均在1%左右;随着围岩温度的增大,隧道洞内纵向负温长度显著降低,且围岩温度越高,活塞风作用方向对洞内温度场影响越小;(3)考虑活塞风对寒区隧道防寒抗冻影响时,应重点考虑其对两侧水沟抗防冻的影响;由于局部衬砌会出现交替冻融现象,隧道结构设计时,应对衬砌耐久性做一定的考虑;(4)本研究成果可供寒区特长铁路隧道建设参考,特别是单向自然风条件下铁路隧道抗防冻设计。

管廊中不同横向位置线性火源温度场分布研究

为研究不同横向位置线性火源在管廊内的温度分布,将线性火源分别设置在距管廊中心0、20、40、60 cm的横向位置,开展缩尺寸管廊模型试验。研究发现,各工况的纵向温度均随时间增加先增高后降低再升高;最高温度在线性火源距中心的横向距离增大过程中先下降后升高,达到最高温度的时间也先增加后缩短;弧形管壁对火源燃烧存在一定影响;在距管廊中心0 m横向截面处的各工况均在其垂直方向上的角度达到最高温度;在距管廊中心0.5 m横向截面中,各工况最高温度对应的角度均为15°;在火源距管廊中心的横向距离增大时,-45°〜45°区间的温升差距增大。

寒区隧道洞口保温层设防长度确定方法探讨

高海拔寒冷地区隧道冬季常因低温环境影响导致洞口段产生衬砌开裂、挂冰等冻害问题,如何科学合理地确定寒区隧道洞口保温层设防长度是寒区隧道安全运营的关键。以雀儿山隧道为例,基于现有不同的保温层设防长度确定方法得到洞口保温层设防长度,并结合现场测试对比分析各种方法确定的设防长度值,探讨其优缺点。同时研究提出,针对两端洞口环境条件相似情况,在黑川希范公式中引入一个海拔系数;对洞口两端环境存在显著差异情况,特别是隧道内存在单向自然风情况,引入环境影响量,并在此基础上得出适用于高海拔隧道保温层设防长度计算的修正经验公式。

秦岭终南山特长公路隧道火灾模型试验研究

特长公路隧道火灾,扑救困难,易造成严重损失,是影响隧道安全运营的一个关键因素。借助火灾模型试验,研究了火灾时隧道内温度随时间的变化,最高温度与通风风速、火灾规模的关系,提出了火灾阶段划分和隧道火灾的预防救援措施,并将研究成果应用于秦岭终南山特长公路隧道防灾工程。