寒区隧道温度场模型试验及空气幕保温措施

依据相似理论,以俄罗斯莫喀高铁为设计原型,搭建由高速列车驱动系统、隧道模型、温度调控系统和测试系统4部分组成的寒区隧道温度场模型试验台,分析隧道内无列车运行和有列车运行时的寒区隧道温度场变化规律;依据流函数叠加与热平衡原理推导控制方程,提出1种新型的空气幕保温措施;以京张高铁正盘台隧道为算例,利用有限元软件模拟验证控制方程的准确性,优化空气幕的喷射角度,论证空气幕防寒保温措施的效果。结果表明:外界温度每降低5℃,隧道负温区长度约增加77 m;围岩温度每增加5℃,负温区长度约减少131 m;浅埋隧道应全段设防,深埋隧道洞口段必须设防;寒区隧道中列车运行间隔时间小于15 min时,应增加设防长度;采用空气幕保温措施时,空气幕最优喷射角度为30°~40°;在自然风速2 m·s^(-1)、外界温度-10℃、围岩温度5℃、计算时长30 d的条件下,洞口安装1台空气幕可使洞壁温度达到0.53℃,比未安装空气幕时温度提高9.03℃,基本消除隧道内的冻害现象。

高寒地区通风竖井温度场分布规律及防冻保温研究

依托东梁底隧道通风竖井,对高寒地区通风竖井施工期的温度场进行现场监测,并采用CFD模拟计算的方法对运营期的温度场进行分析,研究不同通风条件下竖井温度场分布规律与防寒保温措施。结果表明:受井底暖回风作用,竖井在施工期受环境低温影响较小,当井底回风对竖井抗防冻有利时,排风井在运营期内也不会出现冻结;在冬季运营通风时,整个送风井背后的围岩出现了不同程度的冻结,冻结深度受通风时间影响较大,受风速影响较小,通风2个月后冻结深度发展趋于稳定;施作保温层能减小运营期围岩温度的变化,综合考虑各种因素,建议该工程在送风井侧施作6 cm厚聚氨酯保温层。