高地温铁路隧道温度场及隔热层方案研究

发布时间：2017-03-19 20:08

  本文关键词：高地温铁路隧道温度场及隔热层方案研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着国家铁路的大力发展,在高地温区域修建的隧道越来越多。然而由于我国对高地温隧道的研究起步较晚,目前还没有相关规范或标准能指导高地温隧道的设计和修建,因此加快对高地温隧道相关问题的研究就显得迫在眉睫。本文以拉日铁路吉沃希嘎隧道为研究背景,并推广到双线铁路隧道中,采用理论分析结合ANSYS有限元数值模拟的方法,对高地温铁路隧道的温度场及隔热层方案进行了深入研究。论文主要研究工作及成果如下：1.通过数值模拟分析了两种断面大小下高地温隧道围岩温度场的变化规律。结果表明：(1)围岩调热圈半径随着通风时间的增加而增大,但是增大速率随着通风时间的增加反而减小；(2)通风初期,围岩调热圈等温线的分布跟隧道断面形状有关,通风后期,调热圈等温线的分布越来越近似为一组同心圆,越靠近隧道内侧,等温线分布越密；(3)相同通风时间下,围岩冷却范围与隧道断面尺寸关系不大。2.通过模糊评价法结合数值模拟确定了高地温隧道中宜采用的隔热层方案：隔热材料宜选用硅酸盐质复合绝热卷毡或干法硅酸铝纤维板；隔热层敷设方式宜采用夹心式；隔热层导热系数越小越好,根据所选的隔热材料确定；隔热层厚度宜取5 cm-10 cm。3.通过数值模拟分析了在有无隔热层这两种工况下,隧道支护结构温度随通风时间的变化趋势。结果表明：两者变化趋势相同,但不同条件下隧道支护结构温度达到最高温度所需的时间不同,分别是t(无隔热层)t(夹心式)t(双层式)t(贴壁式)。4.通过数值模拟分析了不同地温下隧道支护结构受力随通风时间的变化。结果表明：(1)高地温隧道支护结构的应力值虽然随通风时间的增加而发生变化,但是极值分布的位置基本上没有变化,且存在一个极值点,在该极值点处支护结构应力改变量最大,地温的影响最大,该极值点在本文的工程背景下是发生在通风时间为第9天时；(2)不同地温下隧道支护结构应力的极值分布位置也基本上不变,且应力变化随地温的增加均呈线性规律,地温对隧道支护结构产生了较大的影响。
【关键词】：铁路隧道 高地温 温度场 隔热层 耦合分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国内外地下工程热环境评价标准13-14
• 1.2.2 国内外高地温隧道研究现状14-16
• 1.3 本文研究内容及技术路线16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第2章 高地温隧道围岩温度场分布规律研究18-32
• 2.1 原始地温场的分布规律及其成因机制18-21
• 2.2 传热学基本理论21-24
• 2.2.1 热力学定律21-23
• 2.2.2 热分析原理23-24
• 2.3 高地温隧道围岩的调热圈24-25
• 2.4 高地温隧道围岩温度场随通风时间的变化25-31
• 2.4.1 计算假定25-26
• 2.4.2 模型的建立及参数的选取26-27
• 2.4.3 隧道围岩温度场随通风时间的变化27-29
• 2.4.4 不同隧道断面下围岩调热圈的变化29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 高地温隧道隔热层方案研究32-64
• 3.1 隔热材料的选取32-44
• 3.1.1 高地温隧道隔热材料选取原则32
• 3.1.2 隔热材料的种类及基本性能32-36
• 3.1.3 基于模糊评价法选择最优隔热材料36-44
• 3.2 隔热层的设置参数研究44-56
• 3.2.1 不同敷设方式下隔热效果对比45-50
• 3.2.2 不同导热系数下隔热效果对比50-53
• 3.2.3 不同厚度下隔热效果对比53-56
• 3.3 隔热层设置对高地温隧道围岩温度场的影响56-58
• 3.4 隔热层设置对高地温隧道支护结构温度的影响58-61
• 3.4.1 无隔热层时隧道支护结构温度随通风时间的变化58-59
• 3.4.2 有隔热层时隧道支护结构温度随通风时间的变化59-60
• 3.4.3 对比分析60-61
• 3.5 高地温隧道宜采取的隔热层方案61-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第4章 高地温隧道支护结构温度场和应力场耦合分析64-81
• 4.1 热—应力耦合基本原理64-67
• 4.1.1 围岩的热—应力耦合基本原理64-65
• 4.1.2 支护结构的热—应力耦合基本原理65-67
• 4.2 ANSYS耦合场分析概述67-68
• 4.3 隧道支护结构热—应力耦合分析68-79
• 4.3.1 正常情况下的隧道支护结构受力分析68-69
• 4.3.2 高地温隧道支护结构受力随通风时间的变化69-74
• 4.3.3 不同地温下隧道支护结构受力分析74-79
• 4.4 本章小结79-81
• 第5章 高地温隧道隔热降温措施研究81-88
• 5.1 高地温隧道隔热降温“防”措施81-84
• 5.1.1 高温热水防治81
• 5.1.2 隧道结构防护81-83
• 5.1.3 个体防护83-84
• 5.1.4 设备防护84
• 5.2 高地温隧道隔热降温“治”措施84-86
• 5.2.1 隧道通风降温84-85
• 5.2.2 制冷站降温85
• 5.2.3 冰块降温85-86
• 5.2.4 洒水降温86
• 5.3 高地温隧道隔热降温综合措施研究86-87
• 5.4 本章小结87-88
• 结论与展望88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-95
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的学术论文95

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