列车活塞风影响下寒区隧道温度场的变化规律
城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析
活塞风对城市地铁环境的影响规律及有效应用分析活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素，在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。
风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点，较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点，重点探讨活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响及带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。
城市地铁概述某城市地铁里程全长26.188公里，全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13 座，地面车站有1座，站间距离最小为0.784 公里，最大为1.624 公里，平均为1.225 公里，站台有效长度均为120 m，站台两端部均有站端风井，每站4条，区间隧道有双跨矩形有中柱(双线单洞)、双跨矩形有隔墙、单跨矩形、圆型盾构四种，车站两端各有两个机械风井，既有线各区间中部均有两个机械风井，列车车厢尺寸长宽高值分别为19.52m、2.8m、3.51m，动车自重37t，拖车自重27 t,带司机室车定员252 人，一列载额定乘客列车总质量为298.2t。
安装了平均高度为1.4m 的安全门，拓宽看乘客在候车时的站立空间,适当减少活塞风对站台的影响，降低列车进出站时产生的噪声，活塞风也可用于满足过渡季节和冬季车站的新鲜空气需求。
活塞风速的理论计算当列车在隧道中运行时，隧道内的空气由列车驱动，并朝列车方向流动，这一现象称为列车的活塞作用，所形成的气流称为活塞气流。
列车在隧道中运行时,由于隧道壁所构成空间的限制,列车所推挤的空气不能全部绕流到列车后方,必然有部分空气会被列车向前推动，排出到隧道出口之外，而列车尾端后方存在着负压涡旋区域，因此也必然会有相应空气经开口被引入到隧道中，由此形成活塞风。
如下图所示：空气流动受物理守恒定律控制,其理论基础是空气动力学原理,即空气流动过程中的质量守恒、能量守恒和动量守恒定律。
寒区铁路隧道抗防冻技术
寒区铁路隧道抗防冻技术马志富，杨昌贤（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：寒区铁路隧道呈两端出露的管道型建筑物，由于气压、自然风及列车活塞风的影响，隧道内温度受洞外环境温度影响明显，表现为当寒暖变化、冻融交替时，出现因结构渗漏水造成的拱墙挂冰和隧底积冰，以及因冻胀性围岩或结构背后存在空洞积水冻胀作用导致衬砌开裂等病害，已成为困扰寒区隧道运营的主要难题。
因此，抗防冻技术是寒区铁路隧道的关键技术。
围绕寒区特点，对隧道抗防冻设计、施工和运维的技术特点进行系统论述，为隧道抗防冻工程的规范化提供借鉴。
关键词：铁路隧道；寒区；抗防冻；保温层；排水系统中图分类号：U452；U455文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）12-0074-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.12.0740引言我国地域辽阔，陆域跨越北纬10°～北纬50°，气候呈现明显的南北差异。
按照土木工程的相关标准，寒区（不包括高海拔地区）一般指最冷月平均气温低于-3℃的地区，其中-8～-3℃为寒冷地区，-8℃以下则为严寒地区。
例如，位于北纬40°的大连，最冷月平均气温为-5℃，冬期长约4个月，位于北纬52°的漠河，最冷月平均气温为-28℃，冬期长达8个月，温度变化及冬期时长随纬度变化差异十分明显。
我国地势西高东低，由高到低呈现3级阶梯，阶梯间高差在数百米至数千米。
在地势高度起伏明显的高海拔地区，因海拔不同，气候垂直差异非常明显，例如，位于青藏高原东部的川西高原，海拔高度为2500m的康定最冷月平均气温约-0.5℃，冬期长约3个月，海拔高度为4500m的理塘最冷月平均气温为-8.9℃，冬期长约5个月，温度变化及冬期时长随海拔高度有明显差异。
因此，按高纬度和高海拔的不同气候特点，可将我国寒区分为两大类：一是以东北地区为主的高纬度寒区；二是以青藏高原区为主的高海拔寒区。
地铁环控系统不同区域能耗分析解析
第 23 卷第 5 期常莉 , 等 :地铁环控系统不同区域能耗分析·115·文章编号 :1671-6612(2021 05-115-04地铁环控系统不同区域能耗分析常莉冯炼李鹏(西南交通大学机械工程学院成都610031【摘要】简要介绍了三种地铁环控系统的特点 ,采用能耗分析方法对不同区域地铁环控系统的能耗进行定量比较。
对地铁公共区分别进行空调季和非空调季节通风能耗计算以及区间隧道能耗计算 ,通过分析得出屏蔽门系统在寒冷地区、温和地区的节能效果不明显的结论,为以后的地铁车站环控设计提供了参考价值。
【关键词】屏蔽门系统 ;闭式系统 ;通风空调 ;能耗分析 ;节能中图分类号 TU83文献标识码 AEnergy consumption analysis of different areas on Subway ECSChang Li Feng Lian Li Peng( School of Mechanical Engineering of Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031, ChinaAbstract 】 Briefly describes the features in three kinds of SubwayEnvironmental Control System with quantitative comparison to evaluate energyconsumption in different areas of Subway ECS. By calculating ventilation energyconsumption and interzone tunnel energy consumption in air-condition and non-air-condition seasons in public area in the subway, we can conclude in PSD system energy-saving effect is not obvious in cold area and mild climates area, which provides referential value for future subway station environmental control design.Keywords 】 platform screen doors ; closed system; ventilation and air conditioning; energy consumption analysis; energy efficiency作者简介 :常莉 (1983- ,女 ,在读硕士研究生。
北京地铁列车活塞风的实则与分析
北京地铁列车活塞风的实则与分析FieldtestandanalysisfpistnatinventilatininBEijingundergrundrailaysyste 提要为了研究列车活塞风对地铁热环境的影响，达到有效地利用和控制活塞风，改善地铁热环境状况的目的，对北京地铁列车从起动、加速、等速、减速到停止等各种运行情况进行了实则，总结出地铁隧道内列车活塞风和车站行人出入口处风速的变化规律。
关键词地铁/风速自记仪/红外时间自记仪/列车活塞风AbstratInrdertlearnthrughstudytheinfluenefpistn-atin-induedventilatinntheundergrundtheralenvirnentsastntrlitandiprvetheenvirnent alquality,afieldtestinBeijingundergrundrailaysysteisndutedhenatrainstart,ae lerate,veinnstantspeed,deelerateandhalt.Suarizestheregularityfvariatinsfpis tn-atin-induedventilatininthetunnelandvariatinsfvelityinstatinrridrs.Keyrdsundergru ndrailay,rerdinganeeter,infraredtier,pistn-atin-induedventilatin 1引言北京地铁客流量增加较快，列车密度也随之加大。
列车活塞作用造成的活塞风对地铁热环境的影响愈来愈大。
恰当地利用和控制活塞风，对维持适宜的地铁热环境有很大作用。
国外在这方面的研究大多限于单行隧道内的列车活塞风状况。
对双行隧道且中间隔墙带有卸压孔的列车活塞风的实则研究很少。
对地铁双行隧道内列车活塞内有的进行了实验研究[1]，有的进行了模型试验和模拟计算[2]。
气流作用下的季冻区隧道温度场及影响因素
Vol.41No.6November ，2020中国铁道科学CHINA RAILWAY SCIENCE第41卷，第6期2020年11月气流作用下的季冻区隧道温度场及影响因素郑余朝1，孙克国1，司君岭1，孟庆余2，陈宇2，张弛2（1.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031；2.中国铁路设计集团有限公司，天津300251）摘要：为探索冻害问题的解决方法，依托京沈高铁瓦房店隧道，以隧道洞口气象条件代替区域气象条件，在考虑洞口气流对隧道传热作用的基础上，研究隧道温度场及其影响因素。
首先，采用现场实测数据，对原址隧道数值模型和计算方法进行正确性验证；然后，采用正交试验方法，完成风温、风速、时间和风向4个因素对温度场影响的敏感性分析；最后，探讨风向的夹角和交替变化对温度场的影响。
结果表明：4个因素中风温最为敏感，风速次之，风向夹角虽然影响最弱，但却不可忽视；主导风向与隧道走向存在夹角时，同一横断面的2侧温度场存在显著差异，30°的风向夹角可造成大约8%的相对温差；不同风向夹角下，相对温差均呈现中间段>进口段>出口段的现象，且随着风向夹角的增大，相对温差相应增大，隧道整体降温效果相应减弱；以隧道中部断面衬砌背后拱顶部位作为考察点，单一风向工况下的温度比风向正反交替变化工况低约4℃，更易导致冻害发生。
关键词：隧道；季冻区；气流作用；温度场；正交试验中图分类号：U451；U455文献标识码：Adoi ：10.3969/j.issn.1001-4632.2020.06.09在中国，超过一半的国土属于季节性冻结区域［1］。
在季冻区修建的隧道，多存在结构损伤、衬砌开裂、二衬内部的季节性冻结及若干次短周期冻融［2］等一系列冻害问题，对隧道结构极为不利。
面对季冻区隧道数量激增和冻害频发的现状，科学确定冻害影响因素至关重要。
隧道冻害问题与其温度场分布息息相关。
季冻区隧道冻害统计资料表明，隧道长度超过1km 后，冻害主要集中在洞口及距洞口约0.15倍隧道长度的过渡段［3］。
寒区隧道温度场变化规律及空气幕保温效果
寒区隧道温度场变化规律及空气幕保温效果高焱; 耿纪莹; 贾超; 周君; 朱永全; 何本国; 钟勇强【期刊名称】《《西南交通大学学报》》【年(卷),期】2019(054)005【总页数】8页(P1047-1054)【关键词】列车风; 寒区隧道; 温度场; 空气幕; 保温效果【作者】高焱; 耿纪莹; 贾超; 周君; 朱永全; 何本国; 钟勇强【作者单位】淮阴工学院交通工程学院江苏淮安223003; 西南交通大学土木工程学院四川成都610031; 石家庄市轨道交通有限责任公司运营分公司河北石家庄050043; 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043; 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】U451.3随着“一带一路”倡议的兴起，寒区隧道数量越来越多，冻害问题也越发普遍.温度是诱发寒区隧道冻害发生的重要因素，要解决寒区隧道冻害问题，温度场的研究势在必行.目前国内外学者开展了许多温度场方面的研究，并取得了一定的成果.Bonaicina 等[1]提出了一种带相变温度场的数值解法.Comini等[2]采用有限元方法，分析了带相变温度场的非线性问题.Harlan[3]提出了Harlan方程，首次实现了渗流场和温度场的耦合分析.赖远明等[4]采用传热学和渗流理论，提出了带相变的寒区隧道温度场、渗流场和应力场三场耦合的计算模型.夏才初等[5]采用分离变量法和Laplace变换的方法，提出了寒区隧道空气和围岩耦合传热的计算模型.谭贤君等[6]采用流体力学、传热学和空气动力学的方法，提出了考虑通风影响的寒区隧道围岩温度场的计算模型.以上学者尚未涉及列车风对既有寒区隧道温度场变化规律影响的研究，然而实测资料显示，列车风对寒区隧道温度场的影响不容忽视[7]. 鉴于此，本文采用叠加原理、分离变量法和贝塞尔特征函数建立了列车风影响下寒区隧道温度场的计算模型，给出了温度场理论解的计算方法，并以哈大高铁鞍山隧道为例对其进行验证.在此基础上，采用数值分析方法研究了不同列车运行速度和运行间隔时寒区隧道温度场的分布规律，并提出了一种新型节能的寒区隧道空气幕保温系统，最后分析了列车不同运行间隔下寒区隧道空气幕保温系统的保温效果.1 不同运行时速洞内温度场分布规律1.1 计算模型以列车速度为300 km/h为例，列车通过3 km的隧道，需用时36 s，由于列车通过隧道时间较短，在此不考虑相变的影响，为了简化计算，建立了圆形隧道温度场模型，如图1所示，图中：、、、、分别为二次衬砌半径、隔热层半径、一次衬砌半径、围岩的计算内半径和外半径，其中为0.5倍隧道跨度.图1 圆形隧道温度场模型Fig.1 Temperature field model of circular tunnel该模型的热传导方程为[8]式中：t为时间分别为二次衬砌、隔热层、一次衬砌和围岩的温度、导热系数和体积比热；Tc为围岩外边界处的温度.边界条件：式中：为考虑列车风影响时隧道内气温[9].初始条件：式中：分别是二次衬砌、隔热层、一次衬砌和围岩的初始温度；为隧道壁面温度；为列车隧道内单位长度散热量；为空气与围岩对流换热系数；为隧道周长；为隧道进口处空气温度；为空气密度；为空气比热；为换热面积.该计算模型是一个非齐次边界条件的非稳态热传导问题，依据叠加原理[10]可以将其分解成3个简单的问题进行求解，如式（4）所示.1.2 模型求解（1）是处具有非齐次边界条件的稳态热传导函数，由式（5）、（6）计算可得.边界条件：将通解形式代入边界条件，得其中：由克莱姆法则，可得（2）是处具有非齐次边界条件的稳态热传导函数，由式（7）、（8）计算可得.边界条件：将通解形式代入边界条件，得由克莱姆法则，可得（3）是具有齐次边界条件的非稳态热传导函数.由分离变量法，可得边界条件：初始条件：将函数分离变量为代入式（9）可得式（12）和式（13）的通解分别为由知由得即是的零点.令为的正零点，即其固有函数为将代入方程得式中：同理可求得根据叠加原理，满足方程的解为解的最终形式为由此可得列车风影响下寒区隧道洞内空气温度解析解.1.3 算例验证采用上述计算理论，以哈大高铁鞍山隧道为例[7]，隧道半径为6.86 m，隧道长度为3 km，二次衬砌厚度为0.5 m，一次衬砌厚度为0.4 m.保温层导热系数为比热为空气与围岩对流换热系数为围岩比热为钢筋混凝土的导热系数为比热为围岩、一次衬砌、保温层和二次衬砌初始温度为5 ℃，洞口空气初始温度为-16 ℃，空气比热为空气密度为换热面积为隧道周长为列车运行速度为列车在隧道内运行时间为，洞内空气温度实测值[8]和计算值对比如图2所示.图2 实测值和计算值对比Fig.2 Comparison of field monitoring and computing data由图2知，与实测值相比，计算值偏高，其原因可能是计算值没有考虑空气与围岩对流换热系数的变化.本次计算时，空气与围岩对流换热系数为固定值而在实际工程中，随着列车风的变化，隧道沿程的空气与围岩对流换热系数是不断变化的，风速越大，对流换热系数越大.1.4 不同列车运行时速时洞内空气温度场分布规律采用上述计算理论，当列车运行速度分别为200 km/h和300 km/h，列车通过隧道时，不同列车运行时速时洞内空气温度场分布规律如图3所示.图3 不同运行时速时洞内空气温度场分布规律Fig.3 Air temperature distribution in tunnel caverns under different running speed holes由图3可知：在距离隧道洞口两端大于550 m时，随着列车运行速度增大，洞内中部空气温度降低，最大下降值约1.49 ℃；当列车运行速度大于200 km/h时，洞内空气温度均为负值，由此可见寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段，需要全隧道防寒.由上述计算理论知：列车单次通过隧道时洞内空气温度的解析解，并且分析不同列车运行时速时洞内空气温度场分布规律，但是无法考虑列车运行频率和持续时间对洞内温度场的变化规律.鉴于此，首先采用理论计算公式得出列车风、余风和自然风的洞内空气温度曲线，再拟合洞内空气温度分布函数，在ANSYS中添加该自定义温度函数来实现壁面温度的施加，开展不同运行间隔时列车风影响下寒区隧道洞内温度场的数值分析.2 不同运行间隔洞内温度场分布规律采用变量控制法，当列车运行速度为300 km/h，外界气温为 -30 ℃，围岩地温为5 ℃，时间按40 d考虑，热力学计算参数如表1所示.采用ANSYS建立三维温度场分析模型，隧道模型长度为3000 m，在隧道进出口铺设1050 m保温层（5 cm厚聚氨酯），划分的单元数为196640，节点数为207441.表1 热力学计算参数Tab.1 thermodynamic calculation parameters热传导系数/（W•m-1•℃-1）材料密度/（kg•m-3）比热/（kJ•kg-1•℃-1）钢筋混凝土24001.570.85围岩 20561.181.05聚氨酯 560.031852模型前、后、左、右以及上边界采取绝热边界条件，下边界热流密度为隧道壁面边界条件主要包括温度边界条件和导热系数边界条件，其施加方法如下：（1）通过理论分析计算出列车风、余风和自然风的温度曲线，然后拟合成温度分布函数，在ANSYS中添加该自定义温度函数来实现壁面温度的施加；（2）导热系数边界条件是通过采用式（19）计算出列车风、余风和自然风的导热系数，然后添加到ANSYS中的.式中：为隧道内列车风导热系数；为隧道水力直径，12.2 ；为隧道壁面列车风的风速；为运动粘度，取1.637 × 10-5；为普朗特数，取0.7.无竖井和迂回风道匀速行驶时列车风的风速为[11]式中：为列车运行速度；为隧道入口处局部阻力系数；为隧道出口处局部阻力系数；为隧道壁面与空气的摩擦系数；为隧道长度；为列车长度；为隧道水力直径；为列车活塞作用系数.以列车运行间隔10 min为例，时速300 km/h的列车通过3000 m长的隧道需费时36 s，由式（19）计算得到列车风风速为15 m/s（隧道壁面的风速）；在列车通过隧道后，余风会持续约90 s，余风速度约为列车风速度的1/3[12]，即5 m/s；余风作用消失后，自然风速为1.5 m/s[13]，持续到下一趟列车开始进入隧道，列车运行如图4所示.图4 列车运行情况Fig.4 Train operation diagram列车在运行过程中的湍流场对空气与隧道壁面热交换系数影响很大，需要考虑对流换热系数的变化，其计算方法如式（19）所示[9]，对流换热系数如表2所示.表2 对流换热系数Tab.2 Convective heat transfer coefficient速度/(m•s-1)λ/(×10-2W•(m•K)-1) h/(W·(m2•K)-1)15.0 （列车） 2.323.385.0 （余风）2.39.711.5.0 （自然风） 2.33.71在隧道拱顶处沿着隧道进深方向设一条监测线，在监测线上每隔300 m设立监测点，不同计算时间洞内空气温度的变化规律如图5所示.图5 不同计算时间洞内温度的变化规律Fig.5 Changing law of temperature in tunnel with various computation time由图5可知，计算时间取40 d与60 d洞内温度的变化相差不大，为了节约计算时间，后面的计算时间均按40 d考虑.当列车运行间隔分别取10、15、30 min，不同运行间隔初衬后围岩温度与隧道进深关系如图6所示.图6 不同运行间隔下初衬后围岩温度与进深关系Fig.6 Relationship between temperature behind preliminary supporting and length under different train running intervals由图6知：在外界气温为-30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行间隔为30 min条件下，距离隧道洞口约350 m处初支后围岩出现负温分布，在隧道洞口铺设保温层（5 cm厚聚氨酯）已无法满足寒区隧道保温工作的要求；随着列车运行间隔的变短，隧道中部与外界气温的温差在不断减小，列车运行间隔越短，隧道内初支后温度越低，隧道保温工作越趋于不利；寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段，若列车运行频率高（列车运行间隔30 min以内），寒区长大隧道需要全隧道防寒.3 空气幕保温效果研究3.1 寒区隧道空气幕保温系统空气幕保温技术已经很成熟，广泛地应用于超市、医院、车站、工业厂房大门、矿山和矿井中，目前在已建隧道中，尚无利用空气幕保温技术的先例.空气幕保温效果类似于防寒保温门[14]，利用垂直方向的强风减少隧道洞口处内部与外界之间的热交换，从而达到保持洞内温度的目的.空气幕保温技术在寒区隧道工程存在实际应用的可行性，可以考虑联合其它的保温措施共同使用.本文提出的寒区隧道空气幕保温加热系统包括风光互补发电子系统、空气幕供暖子系统、空气幕保温子系统、PLC智能控制系统和工业补充电源：风光互补发电子系统利用风能和光能转化的电能或工业补充电源提供空气幕供暖子系统和空气幕保温子系统中的风机用电；空气幕供暖子系统通过多对热风空气幕加热隧道洞口段空气；空气幕保温子系统通过多组自然风空气幕喷射的气流减少隧道内部和外界之间的热交换；PLC智能控制系统是以隧道洞口温度和风速来调节空气幕的开启和关闭，确保洞内气温为正温的，包括PLC电路、温度传感器、风速传感器、蓄电池电能监测器和各组接触开关，PLC智能控制系统可以对系统其他部分进行控制.寒区隧道空气幕保温系统控制原理如图7所示.图7 寒区隧道空气幕保温系统控制原理Fig.7 Control Principle of air curtain insulation system to tunnel in cold region3.2 空气幕计算参数空气幕按照喷射气流的温度可以分为非加热空气幕和加热空气幕.本次计算采用加热空气幕，空气幕主要计算参数有气流喷射速度、气流喷射角度和气流阻隔效率[14].（1）气流喷射速度依据空气幕（JB/T9067—1999）规定，当气流喷射速度时，系统运行较为稳定，故本次计算中气流喷射速度（2）气流喷射角度气流喷射角度对空气幕的气流阻隔效率影响较大，一般建议是垂直向下吹风，即气流喷射角度（3）气流阻隔效率气流阻隔效率是空气幕重要的计算参数，其计算方法如式（21）.式中：和分别为空气幕运行和未运行时隧道洞口渗透风量.当时，气流阻隔效率如表3所示.表3 气流阻隔效率Tab.3 Barrier efficient of airflow自然风速/（m•s-1）1.01.52.03.04.05.0images/BZ_173_440_2204_461_2238.png0.890.790.690.46 0.290.19由表3可知：当隧道内自然风速为1.5 m/s，气流阻隔效率此时进入隧道洞口的风速为0.32 m/s.当列车通过时，列车风速很大，空气幕的气流阻隔效率很小，计算时可认为列车风风速保持不变，其值为15 m/s；余风风速为5 m/s，气流阻隔效率计算时取4 m/s.3.3 空气幕保温效果分析在隧道进出口铺设1050 m保温层（5 cm厚聚氨酯），再分别设置50 m长的保温空气幕，使得洞口保温段的温度维持在10 ℃.假设外界气温为 -30 ℃、围岩地温为5 ℃、计算时间为40 d、列车运行时速为300 km，分别取列车运行间隔为10、15 min和30 min，不同列车运行间隔计算工况如表4所示.表4 不同列车运行间隔计算工况Tab.4 Computation cases with different train running intervals项目工况1工况2工况3运行时间间隔/min 102030列车运行速度/（m•s-1） 838383列车通过时间/s 363636隧道壁面列车风风速/（m•s-1） 151515余风风速/（m•s-1） 444余风作用时间/s 909090自然风风速/（m•s-1） 0.320.320.32自然风作用时间/s 47410741674在外界气温为 -30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行间隔为10 min时，计算40 d 后，隧道进口处二衬温度如图8所示.列车运行间隔为 10 min 时洞内温度与隧道进深关系如图9所示.图8 隧道进口处二衬温度Fig.8 Temperature of lining at tunnel entrance图9 列车运行间隔为10 min时洞内温度与隧道进深关系Fig.9 Relationship between tunnel temperature and tunnel length for train operation interval of 10 min由图8、9知：50 m的保温空气幕能保证隧道进口处二衬后围岩温度为正温；50 m的空气幕再加上1050 m的保温层（5 cm厚聚氨酯）对于外界气温为-30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行速度为300 km/h、列车运行间隔为10 min这种极端情况，也足以起到保温防冻作用，其保温效果良好.4 结论【相关文献】[1]BONACINA C， COMINI G， FASANO A， et al.Numerical solution of phase-change problems[J].International Journal of Heat and Mass Transfer， 1973，16(6)： 1852-1882. [2]COMINI C， DEL GUIDICE S， LEWIS R W， et al.Finite element solution of nonlinear heat conducti-on problems with special reference to phase change[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering， 1974， 8(6)： 613-624.[3]HARLAN R L.Analysis of coupled heat-fluid transport in partial frozen soil[J].Water Resources Research， 1973， 9(5)： 1314-1323.[4]赖远明，吴紫汪，朱元林，等.寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析[J].岩土工程学报，1999，21(5)： I Yuanming， WU Ziwang， ZHU Yuanlin， etal.Nonlinear analyses for the couple problem of temperature seepage and stress fields in cold region tunnels[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 1999， 21(5)： 529-533.[5]夏才初，张国柱，肖素光.考虑衬砌和隔热层的寒区隧道温度场解析解[J].岩石力学与工程学报，2010，29(9)： 1767-1773.XIA Caichu， ZHANG Guozhu， XIAO Suguang.（1）在外界气温为 -30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行间隔为30 min条件下，在隧道洞口铺设保温层（5 cm厚聚氨酯）已无法满足寒区隧道保温工作的要求.（2）寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段，若列车运行速度大（列车运行时速200 km/h以上）、列车运行频率高（列车运行间隔30 min以内），寒区长大隧道需要全隧道防寒.（3）50 m的保温空气幕联合1050 m的保温层（5 cm厚聚氨酯）可以满足外界气温为-30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行时速为300 km/h、运行间隔为10 min这种极端情况下寒区隧道的保温需求.Analytical solution to temperature fields of tunnel in cold region considering lining and insulation layer[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010， 29(9)：1767-1773.[6]谭贤君，陈卫忠，于洪丹.考虑通风影响的寒区隧道围岩温度场及防寒保温材料敷设长度研究[J].岩石力学与工程学报，2013，32(7)： 1400-1409.TIAN Xianjun， CHEN Weizhong， YU Hongdan.Study of temperature field of tunnel surrounding rock in cold regions considering effect of ventilation and length design of insulation material[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2013， 32(7)： 1400-1409.[7]卢炜.寒冷地区高速铁路隧道内温度场变化特性及其影响[J].铁道建筑，2014，3(9)： 67-70.LU Wei.Variation characteristics and influence of temperature field in high speed railway tunnel in cold region[J].Railway Engineering， 2014， 3(9)： 67-70.[8]奥齐西克.热传导[M].俞昌铭译.北京：高等教育出版社，1984：163-172.[9]王维，王丽慧.新建地铁隧道内活塞风温度变化理论分析[J].地下空间与工程学报，2014，10(4)：962-967.WANG Wei， WANG Lihui.Theoretical analysis on temperature change of piston wind in the new subway tunnel[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2014， 10(4)： 962-967.[10]张耀，何树生，李靖波.寒区有隔热层的圆形隧道温度场解析解[J].冰川冻土，2009，31(1)：114-118.ZHANG Yao， HE Shusheng， LI Jingbo.Analytic solutions for the temperature fields of a circular tunnel with insulation layer in cold region[J].Journal of Glaciology and Geocryology， 2009， 31(1)： 114-118.[11]沈翔.地下铁道活塞风特性的研究[D].上海：同济大学，2004.[12]王树刚，江亿，朱颍心.北京地铁列车活塞风的实测与分析[J].暖通空调，1998，28(5)： 47-49.WANG Shugang， JIANG Yi， ZHU Yinxin.Field test and analysis of piston action ventilation in Beijing underground railway system[J].Heating Ventilating &Air Conditioning， 1998， 28(5)： 47-49.[13]中铁二院工程集团有限责任公司.铁路隧道运营通风设计规范：TB10068—2010[S].北京：中国铁道出版社，2010.[14]龙垚.寒区长大隧道温度场的三维分析及保温措施研究[D].兰州：兰州交通大学，2013.。
轨道交通地下车站风井布置对隧道温度影响的分析
2） 方案 2。从气流角度看，不同行车方向的隧 道管道在合并风井内连接起来。因此隧道内的空 气除可与室外空气互相替换外，也可与合并风井的 隧道管道内的空气互相替换。另外，不同行车方向 隧道内的活塞效应会通过合并风井，对双方区间的 隧道通风效能互相影响，因此隧道与室外通风换气 的效能低于方案 1。隧道内热量排出室外的效率降 低，导致隧道空气平均温度会升高。
1． 2 方案二 合并风井 车站每端设 3 座风井： 1 座隧道风井（ 上下行线
共用） 、1 座车站送风井及 1 座车站 / 轨道排风井（ 图 中未显示） （ 见图 2） 。
1 隧道风井布置方案说明
1． 1 方案一 独立风井 上、下行 线 隧 道 在 正 常 情 况 下 是 互 相 分 隔 的，
因此车站每端设有 4 座风井： 2 座隧道风井、1 座车 站送风井及 1 座车站 /轨道排风井 （ 图中未显示） （ 见图 1） 。
2） 除了方案 1 外，其他 3 个风井方案进行阻塞 工况通风模式时，均会借用部分非事故隧道的自然 通风井作机械通风使用。因此，对部分失去活塞风 的车站轨道而言，其轨道排热系统的排风量将会从 邻近的区间隧道提取，其中部分的风量可能来自于 发生事故的区间隧道（ 通过渡线段进入） ，从而减少
通过阻塞事故列车的通风量，影响阻塞工况的通风 效能。
模拟结果显示，当阻塞工况发生于设有渡线的 隧道段时，采 用 同 样 的 隧 道 风 机，两 种 方 案 的 最 高 隧道空气平均温度为 40 ℃ ，可满足阻塞工况的隧道 温度设计要求。 2． 3． 2 非事故隧道 SES 模拟结果
高寒公路隧道温度场分布规律
高寒公路隧道温度场分布规律【摘要】对于寒区隧道，冻害问题一直是一个比较棘手的问题，与之密切相关的两个因素就是排水系统和温度场分布。
本文通过对青海省共玉公路姜路岭隧道进出口段一定范围内围岩、支护结构及洞内外环境温度的现场监测，确定隧道所在范围围岩冻融圈的范围；沿隧道纵、横断面的温度变化规律以及环境气温的变化情况，继而为防寒泄水洞的设防长度和衬砌结构保温段的长度、保温材料厚度的设计选取提供了依据。
【关键词】寒区隧道；温度场；防寒泄水洞0 引言季节性冻土区和一般地区隧道道温度场的变化规律国内目前已经开展了大量的研究[1-4]。
陈建勋对秦青公路上的梯子岭隧道进行了温度场的现场测试和分析，得出了隧道洞内外温度随径深，时间的变化规律，以及最大冻结深度的分布规律。
何川在线鹧鸪山隧道进行了温度场进行了测试和分析，得出了隧道洞内外温度的年变化规律。
吴紫汪对青海大坂山公路隧道进口段进行了温度场的现场测试和研究，得出了隧道洞内和隧道衬砌的温度变化规律。
但是以上文献关于青藏和高原永久冻土区的隧道温度场特性提及不多。
1 温度场测试内容1.1 测试时间和频率结合隧址所在地区气象资料，隧址区历年年平均气温≧-4.2℃的时间段为4月2日至11月2日，日最低气温普遍出现在6-8时，日最高气温普遍出现在13时。
按以上气象数据制定监测频率：4至11月每月监测4次，12月至次年三月每月监测8次，每天监测时间：1：00、8：00、13：00、20：00，如果偶遇特殊天气，可以适当加测。
1.2 监测断面布设1.3 测点埋设1.3.1 二衬钢筋施工完成后，将温度计绑扎在二衬钢筋上，等待二衬混凝土浇筑完成，完成测点的埋设；二衬表面的温度将测温元件用粘胶布粘贴在脱模的混凝土表面。
1.3.2 2、4、11、13号断面用来检测仰拱不同深度的混凝土温度，必须抓住仰拱施做钢筋的时段，将测温元件绑扎于仰拱钢筋的不同部位，混凝土浇筑完成，完成测点埋设。
1.3.3 围岩中测温元器件的埋设，必须先用电钻打孔，孔深1500mm、孔径45mm，清孔后浇筑满水泥砂浆，最后整理好测线。
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列车活塞风影响下寒区隧道温度场的变化规律
高 焱 、 朱 永 全 2 ，赵 东 平 3 ，耿 纪 莹 4
(1 • 西 南 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 四 川 成 都 610031; 2• 石 家 庄 铁 道 大 学 土 木 工 程 学 院 ，河 北 石 家 庄 050043; 3• 中 国 中 铁 二 院 工 程 集 团 有 限 责 任 公 司 ，四 川 成 都 610031; 4• 中 铁 建 安 工 程 设 计 院 有 限 公 司 ，河 北 石 家 庄 050043)
摘 要 ：为 了 研 究 列 车 活 塞 风 对 洞 内 温 度 场 的 影 响 ，分 别 建 立 了 二 次 衬 砌 、隔 热 层 、一 次 衬 砌 及 围 岩 的 温 度 场 计 算 模 型 ，采 用 叠 加 原 理 、分 离 变 量 法 和 贝 塞 尔 特 征 函 数 求 得 了 列 车 活 塞 风 影 响 下 寒 区 隧 道 温 度 场 的 解 析 解 . 将 解 析 解 与 现 场 实 测 结 果 进 行 比 较 ，吻 合 较 好 . 最 后 计 算 分 析 了 不 同 行 车 速 度 和 行 车 频 率 对 洞 内 温 度 场 及 设 防 长 度 的 影 响 . 结 果 表 明 ：在 列 车 活 塞 风 影 响 下 ，寒 区 隧 道 洞 内 温 度 变 化 明 显 ，洞 内 气 温 出 现 正 负 交 替 的 变 化 规 律 ，不 利 于 隧 道 内 衬 砌 结 构 的 防 寒 保 温 ；列车行 车 速 度 和 行 车 频 率 与 单 侧 设 防 长 度 呈 线 性 关 系 ，该 研 究 结 论 为 寒 区 隧 道 的 设 计 和 防 寒 保 温 提 供 一 定 的 理 论 支 持 . 关 键 词 ：寒 区 隧 道 ；活 塞 风 ；解 析 解 ；温 度 场 ；设防长度 中 图 分 类 号 ：U 4 5 1 + .
G A O Y a n 1 , Z H U Yongquan2 , Z H A O Dongping3 , G E N G J i y i n g 4
(1. School of Civil Engineering,Southw est Jiaotong U niversity,Chengdou 610031,China ； 2. School of Civil Engineering,Shijiazhuang Rail U niversity,Shijiazhuang 050043 , China ； 3. China Railway Eryuan Engineering Group Co. LTD ,Chengdu 610031,China ； 4. China Railway Jian An Engineering Design Institute CO. LTD Shijiazhuang 050043 , China) the calculation models of tem perature field for secondary lining, therm al insulation layer, primary lining and surrounding rock are estns of tem perature field for the tunnel in cold region under the influence of the train piston wind are derived by using the superposition principle, the method of separation of variables and B essel^ characteristic function. It can be found that the analytic solutions are in good agreement with the field measurement results. Finally, the impacts of different speed and frequency of train on the tem perature field and the fortified length are analyzed. The results show that the tem perature inside the tunnel varies obviously under the influence of train piston and is characterized by the alternatively positive and negative variations, which is not conducive to the cold insulation of the tunnel lining structure. The speed and frequency of train is linear with unilateral fortified length, This conclusion provides certain theoretical support for the design and cold insulation of tunnel in cold region. Key w ords ： tunnel in cold region ；train piston w ind ；analytic solution ；tem perature field ；fortified length
第 49卷第1 期 2017年 2 月
J. X i’an U niv. of A rch. & T ech. (N a tu ra l Science E dition)
西安建筑科技大学学报（ 自然科学版）
V ol. 49 N o. 1 Feb. 2017
D O I ：10. 1 5 9 8 6 /j. 1006-7930. 2017. 01. 019
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文 献 标 志 码 ：A
文 章 编 号 ：1 0 0 6-79 3 0(20 17 )0 1 -0 11 8-07
Varying rule of temperature field in the tunnel in cold region under the influence of the train piston wind