HHP花岗岩高温隧道温度场实测与仿真研究

高产热花岗岩地层高温隧道具有干热岩的典型特征,施工期有高温岩爆风险,运营期有热害通风问题。对隧道开挖引起地层温度场重分布的演化规律研究,特别是隧道设计使用100 a内,具有重要工程意义。以红河州尼格隧道为研究背景,开挖掌子面围岩88.8℃,通过开挖全过程现场实测,对隧道纵向温度、径向温度、洞内环境(温度、湿度和风速)开展研究;利用三维流-热耦合模型再现隧道地质环境;通过建立深部传导热和花岗岩衰变热双热源二维模型,从地层初始温度、花岗岩生热率和埋深方面共81种工况,对围岩温度降范围和瞬态变化规律进行仿真研究。结果表明,岩温、气温随埋深增大而升高,岩温>气温。隧道开挖后,围岩温度在临空面发生瞬时骤降,降幅和降速由临空面向深部减小,3 m和8 m深测点温度分别在第3 d和11 d开始下降,降速较缓约0.084℃/d和0.038℃/d。隔热层和二次衬砌施作阻挡了围岩与洞内空气热对流,浅层围岩温度由降反升,围岩温度受二次衬砌施作影响达42 d。日均9∶00~16∶00时,向阳侧洞口气温较背阳侧高出4.7℃,最大6.1℃。受隧道纵坡和山体向、背阳侧温差影响,自然通风条件下,风向在坡脚(背阳侧)由洞外吹向洞内,在坡顶(向阳侧)由洞内吹向洞外,洞内空气流动显现“横向烟囱”效应,洞口风速变化较快,洞身风速变化较小,全洞在0~2 m/s之间。隧道纵向初始温度、径向温度瞬态变化趋势与仿真结果一致,初始温度最大误差23%,论证了数值仿真的可靠性。围岩温度降范围和瞬态变化主要受地层初始温度控制,花岗岩衰变热在自然界中多为辅助热源,埋深对隧道上部地层温度降形态有影响。研究成果可为高温隧道工程降温、通风及温度场分析提供参考。