[发明专利]一种隧道温度场模拟方法

说明书

本发明公开了一种隧道温度场模拟方法，包括以下步骤：将围岩堆砌成隧道模型，通过制冷室模拟外界环境空气温度；保持外界环境空气温度、隧道模型洞内空气温度和隧道模型地面温度中的一个或两个不变，规律性调节另外两个变量，实时测量并记录数据；拟合分析实验数据，得出隧道模型洞内空气温度、隧道模型地面温度和隧道模型洞内风速大小的变化规律。本发明用于研究不同洞内气温下、不同围岩地温下、不同洞内风速大小下和持续时间长短隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律，为寒区隧道防寒保温设计提供依据，具有重要的理论意义和应用价值。本新型为进一步明确寒区隧道洞内空气温度场、围岩径向和纵向温度场的变化规律。

技术领域

本发明涉及一种隧道温度场模拟方法，属于隧道温度场模拟装置的操作方法技术领域。

背景技术

在高海拔、高纬度地区修建的隧道数量不断增加，寒区隧道的冻害问题日益突出。据日本、挪威和中国的冻害统计资料显示，日本(1999年)全线3 819座铁路隧道，发生冻害的隧道有2 135座，占隧道总数的56％，冬季因冻害而危及行车安全的事件屡有发生；挪威(1990 年)国内几乎所有的铁路隧道都出现了不同程度的衬砌开裂、挂冰及冰溜等冻害；中国(2014 年)全线11 516座铁路隧道，发生冻害的隧道有5 990座，占隧道总数的52％，其中2 937 座发生严重冻害，占隧道总数的26％。

大量寒区铁路隧道建设和运营情况表明，低温引起的冻害普遍存在于既有铁路隧道中，这些冻害既对隧道结构造成严重破坏，同时也给铁路运营安全埋下重大安全隐患。温度是引起寒区隧道冻害的主要原因之一，就目前而言缺乏寒区隧道洞内温度场规律的深入认识，更缺乏高速列车风对寒区隧道冻害影响规律研究，防寒设计多以经验为主，出现的隧道冻害问题较多。引起寒区隧道温度场变化规律的因素具有多样性，国内尚没有考虑不同洞内气温、围岩地温、洞内风速大小和持续时间长短、列车发射速度大小和频率情况下寒区隧道温度场监测装置及其试验方法。因此，如何有效科学地对寒区隧道洞内径向和纵向温度场的变化规律进行研究至关重要。

目前，寒区隧道温度场相关的模型试验能够得到单一因素、局部范围内的洞内温度场的分布规律，缺乏多因素影响下隧道洞内径向和纵向温度场变化规律的试验装置及其试验方法。由上述分析知，寒区高速铁路隧道温度场模型试验的研究具有理论意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种隧道温度场模拟方法，该方法的研究成果可以明确寒区高铁隧道在多因素条件下隧道洞内径向和纵向温度场变化规律，为寒区隧道防寒保温设计提供试验数据支持。

为达到上述目的，本发明提供

一种隧道温度场模拟方法，包括以下步骤：

将围岩堆砌成隧道模型，通过制冷室模拟外界环境空气温度；

固定外界环境空气温度，调节隧道模型洞内空气温度达到设定温度，调节隧道模型地面温度达到设定温度，保持该状态一段时间并实时测量并记录隧道模型内部温度；

固定外界环境空气温度、隧道模型洞内空气温度和隧道模型地面温度，递增调节隧道模型洞内风速大小和风速持续时间，并在此时间段内实时测量并记录隧道模型洞内的风速和隧道模型内部温度；

固定外界环境空气温度、隧道模型洞内空气温度和隧道模型地面温度，递增调节隧道模型洞内风速大小和运行频率，保证风速大小和运行频率持续相同时间，并在此时间段内实时测量并记录隧道模型洞内的风速和隧道模型内部温度；

固定外界环境空气温度、隧道模型洞内空气温度和隧道模型地面温度，调节射流风机装置的射流风速模拟列车以不同的运行速度通过隧道时所带来的风，同时实时测量并记录隧道模型洞内风速和隧道模型内部温度；拟合分析实验数据，得出隧道模型洞内空气温度、隧道模型地面温度和隧道模型洞内风速大小的变化规律。