季节性寒区隧道温度场数值分析

发布时间：2018-11-16 11:44

【摘要】：为解决寒区隧道冻害问题,以祁连山某隧道为依托,采用ANSYS对铺设保温层与主动辅热相结合的隧道温度场进行了数值模拟,研究了保温层对隧道衬砌的保温效果以及安装电伴热系统后隧道的温度场分布规律,确定了电伴热系统的开启与关闭时间及正常运行功率。结果表明:围岩最大冻深月份比外界大气的最冷时间推迟一个月左右;在隧道大约运行5 a之后,保温层的保温效果开始衰退,围岩重新出现负温状态;安装电伴热系统能彻底解决寒区隧道运营期间的冻害问题,最佳发热功率为125 W·m~(-2),持续加热时间为80 d,年消耗电能为10 000 W·d·m~(-2),数值模拟结果与理论计算结果吻合良好。研究成果可为寒区隧道的保温防冻提供理论依据,并可为类似工程提供借鉴。
[Abstract]:In order to solve the problem of freezing injury of tunnel in cold region, a tunnel in Qilian Mountain was used to simulate the temperature field of tunnel with the combination of laying insulation layer and active auxiliary heat by ANSYS. The thermal insulation effect of insulation layer on tunnel lining and the distribution of tunnel temperature field after installation of electric heat tracing system are studied. The opening and closing time and normal operating power of electric heat tracing system are determined. The results show that the maximum freezing depth month of surrounding rock is about one month later than the coldest time of the outside atmosphere, and after about 5 years of tunnel operation, the insulation effect of the insulation layer begins to decline and the surrounding rock appears negative temperature state again. The installation of electric heat tracing system can completely solve the problem of freezing damage during tunnel operation in cold region. The optimum heating power is 125 W m-2, the heating time is 80 days, and the annual consumption of electric energy is 10 000 W dm-2. The numerical simulation results are in good agreement with the theoretical results. The research results can provide theoretical basis for the insulation and frost protection of tunnels in cold region, and can be used for reference for similar projects.
【作者单位】： 长安大学公路学院;甘肃长达路业有限责任公司;
【基金】：国家自然科学基金(41272285)资助
【分类号】：U457.2

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