高寒公路隧道温度场分布规律
寒区隧道温度场综述
寒区隧道温度场综述摘要：近年来，随着隧道工程施工技术发展的越来越成熟，公路与铁路的建设在路线选择上更加多元化，由原来的避山绕路到现在的凿山取直，隧道工程发挥着重要的作用。
但是部分地区冬天寒冷的气温对隧道衬砌结构的稳定性造成极大的威胁，同时为行车安全留下隐患。
因此对季冻区隧道围岩温度场分布情况的掌握，就是我们需要亟待解决重要问题之一。
关键词：寒区隧道；温度场；冻害研究；综述引言：随着对气温寒冷地区隧道的研究逐渐深入，地下工程研究人员逐渐发现隧道工程中产生失稳现象以及冻害现象的原因是因为在工程实际中水分、温度和应力这三种状态相互耦合，相互影响。
但由于我国在季冻区隧道温度场研究领域起步较晚，对这一问题的认识不足，在实际工程中不能切实有效的施以更好的措施防止冻害现象的发生；再者，伴随着一带一路政策的实施，国内寒区隧道建设日益增多，加快对其的研究工作有助于更好地提高寒区工程建设的效率以及安全度。
对于季冻区隧道温度场的研究工作近几年主要围绕温度场的分布规律、热物性等对温度场影响研究及借助软件进行数值模拟的研究上。
对寒区隧道温度场的研究有助于认识隧道冻害机理，更有针对性的采取相应的防治冻害措施，确定防排水设施类型，为此国、内外隧道工作者进行了大量研究工作。
1、国外研究美国一实验研究所[1]从上世纪60年代开始进行一段较长时间的监测专门观察一座多年冻土隧道，通过此次观测在寒区隧道温度场分布规律方面的研究取得了一系列科研成果，也对进一步开展冻土研究有着重要价值。
1973年，国外学者Bonacina[2]和Cominit[3]分别用数值求解的方法解决温度场问题，是地下工程领域首次对寒区隧道温度场多场耦合数值模拟及非线性分析进行研究[4][5]。
2、国内研究近些年，在我国西部与东北部等寒冷地区修建公路、铁路隧道越来越多，我国许多隧道工作者对各个不同的隧道进行了围岩温度的现场监测，通过长期观测隧道围岩温度场，其变化规律已经被掌握。
寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究
收稿日期：2018-06-19基金项目：国家科技支撑计划，项目编号：2012BAG05B00。
作者简介：吕鹏磊，1986~，男，硕士。
主要从事隧道及地下工程教学和研究工作。
寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究吕鹏磊1袁金秀1张艳敏2王海蛟3范永慧4王斌柘5王绍旭3（1.河北交通职业技术学院土木工程系石家庄050091；2.邢台市交通局邢台054000；3.中建路桥集团有限公司石家庄050001；4.中交远洲交通科技集团有限公司石家庄050051；5.石家庄市轨道交通建设办公室石家庄050000）摘要以季冻区某隧道为依托，基于流体力学理论，考虑不同隧道长度、不同风速条件，建立了“围岩-初支-二衬-空气”耦合条件下的计算模型，对寒区隧道施工阶段温度场三维空间演化规律进行了分析。
结果表明：隧道洞内送风速度与洞内温度升高速率呈正相关；隧道洞内送风速度宜设置在10m/s ；隧道掘进长度不大于1000m ，送风速度不小于5m/s ，且通风4h 后，隧道内部环境温度均可达到基本稳定；隧道岩壁0.5m 范围内的环境温度，距岩壁越近温度越低；隧道内风管出口宜设置在距掌子面距离不大于50m 处。
关键词季冻区隧道施工温度场三维空间演化规律中图分类号U231文献标识码AStudy on Law of Temperature Field During Tunnel Construction in Cold AreaLv Penglei 1Yuan Jinxiu 1Zhang Yanmin 2Wang Haijiao 3Fan Yonghui 4Wang Binzhe 5Wang Shaoxu 3（1.Department of Civil Engineering ，Hebei Jiaotong Vocational and Technical College ，Shijiazhuang 050091；2.Xingtai Transportation Bureau ，Xingtai 054000；3.Zhongjian Road Bridge Group Co.Ltd ，Shijiazhuang 050001；4.China Roads Communications Science &Technology Group Co.，Ltd.Shijiazhuang 050051；5.Shijiazhuang UrbanRail Transit Construction Office ，Shijiazhuang 050000）Abstract ：Relying on a tunnel in the seasonally frozen area ，based on the theory of fluid me-chanics ，considering different tunnel lengths and different wind speed conditions ，the calculation model of "surrounding rock-first support-second lining-air"coupling condition is established inthis paper.The paper analyzes the three-dimensional spatial evolution of temperature field duringtunnel construction in cold area.The analytical results show that the velocity of air supply in tunnel hole is positively correlated with the temperature rising rate in the hole ；the velocity of air supply in tunnel hole should be set at 10m/s ；tunnel excavation length not exceeding 1000m ，air supply speed is not less than 5m/s ，and ventilation 4hours ，the internal ambient tempera-ture of the tunnel can reach the basic stability ；the ambient temperature in the 0.5m range of the tunnel rock wall ，the nearer the temperature ，the lower ；The outlet of the tunnel inner duct should be set on the distance of no more than 50m from the work surface.Key words ：seasonal frozen area ；tunnel construction ；temperature field ；three-dimensional space ；evolution law文章编号：JiL1100161（2018）03-0030-050引言伴随着我国新一轮的基础设施建设步伐的推进，穿越西北、东北等高寒冻土地区的隧道工程越来越多。
高寒公路隧道温度场研究综述
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多,国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究,并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究,并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道,通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解,两者联系紧密。
1.1赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成,丁敏,李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.22004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析,但是采用的是一维热传导模型。
1.3关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果,得出了关于寒区隧道温度场分布的结论,进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高,而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季,随着纵深的增大,温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
郑长伟;李申
【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】为解决高寒高海拔地区运营隧道的冻害问题,在某单洞双向隧道4个断面的不同位置处布设了大量温度传感器进行现场温度监测,分析研究了特高海拔寒区隧道围岩、衬砌在不同位置处的温度场分布规律以及围岩冻深情况。
结果表明:隧道温度随季节呈周期性变化,距洞口10 m处冻害最为严重;隧道衬砌温度与隧道纵向深度呈负相关,围岩温度与隧道径向深度呈正相关关系;在距隧道洞口越近的最不利断面处,拱顶温度高于拱腰和拱脚;距洞口10 m的拱脚处冻深最大,隧道冻深影响范围为0 m~250 m。
研究结果可为寒区隧道施工和保温防冻提供依据和指导。
【总页数】5页(P171-175)
【作者】郑长伟;李申
【作者单位】中国铁建大桥工程局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U456
【相关文献】
1.寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究
2.寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究
3.寒区铁路隧道温度场分布规律研究
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5.考虑地温影响的高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
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高寒公路隧道温度场研究综述
高寒公路隧道温度场研究综述【关键词】寒区隧道；冻土；温度场；实验；现场实测0 引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多，国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究，并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究，并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1 寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道，通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解，两者联系紧密。
1.1 赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程，应用galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成，丁敏，李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.2 2004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析，但是采用的是一维热传导模型。
1.3 关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4 对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2 寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果，得出了关于寒区隧道温度场分布的结论，进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1 环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高，而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季，随着纵深的增大，温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
在隧道完全贯通之后，与贯通之前相比，各断面的气温均明显降低，年平均温度和年温度振幅都有所降低。
季节性冻土区铁路隧道防冻措施及温度场变化规律研究
目录第1章绪论 (1)1.1研究课题背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1严寒地区冬季隧道冻害预防和治理措施研究现状 (2)1.2.2严寒地区冬季隧道洞内外温度场变化规律研究现状 (5)1.3论文研究的主要内容 (6)第2章工程背景 (8)2.1工程概况 (8)2.2地质条件 (8)2.3气象条件 (8)2.4水文地质特征 (9)2.5不良地质及特殊岩土 (9)2.6陈家沟隧道防冻胀措施 (9)第3章隧道冻害机理研究 (10)3.1围岩冻胀特性 (11)3.1.1围岩冻胀导致隧道的变形 (11)3.1.2围岩冻胀的发生条件 (11)3.1.3冻胀力形成的约束条件 (12)3.1.4循环冻融下围岩强度的损失 (13)3.2混凝土的冻胀特性 (13)3.2.1水冻结而引起混凝土的冻胀 (13)3.2.2施工缝以及温度裂缝等引起的混凝土冻害 (14)3.3地下水的影响 (15)3.3.1地下水赋存与补给的形式 (15)3.3.2地下水的温度特性 (15)3.4衬砌背后积水导致隧道发生冻害 (16)3.5本章小结 (17)第4章隧道防冻胀措施研究 (18)4.1冻害等级划分 (18)4.2隧道防排水技术 (19)4.2.1严寒地区隧道围岩注浆堵水 (20)4.2.2寒冷地区隧道防水层防水 (23)4.3隧道的保温技术 (29)第5章隧道温度场分布及保温抗冻计算研究 (31)5.1保温材料比选 (31)5.1.1防火阻燃性能评定 (31)5.1.2物理参数与热学参数比较 (32)5.2隧道温度场分析 (32)5.2.1热传学的传导方式 (33)5.2.2热分析材料属性 (35)5.2.3热传导分析 (36)5.3温度场分析 (39)5.3.1隧道模型尺寸的确定 (39)5.3.2初始条件和边界条件 (41)5.3.3模型热物理参数 (42)5.3.4隧道平面温度场的划分 (42)5.3.5隧道温度场模拟 (42)5.3.6不同冻害等级隧道的整治措施 (45)5.4本章小结 (47)第6章结论及展望 (48)6.1结论 (48)6.2展望 (48)致谢 (50)参考文献 (51)个人简历 (54)第1章绪论1.1研究课题背景及意义近些年，我国社会经济发展迅速，铁路、公路建设也得到前所未有的发展，与此同时，由于高速铁路、高速公路大规模的修建，隧道也逐渐向“长、多、深、大”的方向发展。
自然条件下长大公路隧道内温度变化分析
自然条件下长大公路隧道内温度变化分析自然条件下长大公路隧道内温度变化分析摘要本文是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热的客观条件下，得出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因；隧道内无机械通风和交通运营时，隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内所特有气温上升曲线的特点。
关键词高寒长大隧道温度变化曲线纵向气温曲线1 概述1.1 研究概况及意义随着我国新一轮交通基础设施建设高潮的到来，公路隧道大量出现，其中在各种复杂和恶劣条件下的长大公路隧道数量也急剧增加。
作为西部开发这一重大国策的实施，公路建设也出现了从平原微丘向山岭重丘发展的趋势。
现在隧道的围岩冻胀受力和内部温度场已成为隧道研究课题的热门方向，但是就本人了解的情况，目前对隧道内部温度沿隧道纵向进行系统的研究文章很少，就是有这方面的文章也是在隧道运营以后的隧道气温情况。
而本文却是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，本次研究时间长，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热下的客观温度。
本文在对隧道内温度进行客观实际的实测之后得出许多重要结论，这在所有的隧道研究论文结论中尚属首次。
、本文给出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因，隧道内无机械通风和交通运营时隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内气温所特有气温上升曲线的特点。
隧址区位于青沙山区，属中高山剥蚀地貌，海拔高程3044.59-3398.81m，最大相对高差354m。
区内地形复杂，山坡陡峭，流水侵蚀强烈，沟谷发育，多呈“U”字型。
山脊走向北西西~南东东向，与隧道轴线近垂直。
区内植被发育。
本区属高原半干旱大陆性气候，寒长暑短，受地形制约。
平安、化隆多风少雨，日温差较大，日照充足，四季分明。
据西宁资料，多年平均气温5.9℃，极端高气温38.7℃，极端低气温-26.6℃，最大冻深1.48m。
高原高寒地区高速铁路保温护道路基温度场的分布研究
高原高寒地区高速铁路保温护道路基温度场的分布研究作者：***来源：《甘肃科技纵横》2020年第06期摘要：高原高寒区分布着广泛的季节性冻土，冬期时该区段高速铁路路基通常会产生比较严重的冻胀病害，为了减小外界低温对路基土体的影响，通过在路基两侧边坡铺筑保温护道对内部土体进行保温。
本文以兰新高速铁路为研究对象，调研了冻胀严重路段的冻胀情况，基于气温实测资料建立了温度场的边界条件，并运用ANSYS有限元软件，分析了不同护道高度对路基温度场分布的影响，研究了冬期路基沿断面横向和深度方向的温度变化特征。
研究结果表明：保温护道对距离路基中心较远的路肩和护道下方的土体冻胀影响较明显，能够有效缩小路肩部位的冻结深度。
研究成果对高速铁路路基冻胀的预防和整治具有一定的指导意义。
关键词：高速铁路;季节性冻土;路基冻胀;保温护道;温度场中图分类号：[U24] 文献标识码：A1.前言季节性冻土相对多年冻土更不稳定，冬期土体冻胀变形，当天气回暖，土体又会发生不同程度的融沉现象，常年保持周期性的冻融循环作用。
季节性冻土区的高速铁路尽管施工标准高，但难免在冻胀深度较大的条件下，路基表面仍会产生冻胀变形，引起无砟轨道结构的不平顺，严重情况下会对列车的运行安全产生威胁，增加线路的养护维修费用[1-6]。
目前冻土路基主要采用保温的措施来防治冻胀，常见的包括保温护道法和保温板法。
铺设保温护道不仅对路基填土起到保温作用，还能防止雨水通过边坡渗入路基土体[7-8]。
温度是路基冻胀的一个关键性因素，当土体温度降低到冰点以下时，内部的水分开始冻结，随着温度继续降低，未冻区的水分含量减少，路基的冻结深度增加[9-10]。
因此，温度场的分布反映了土体中水分冻结分布特征，研究不同高度的保温护道对路基温度场影响，对整治路基冻胀病害有重要的指导意义。
2.路基温度场模型的建立2.1 工程概况兰新高速铁路门源至浩门区段处于典型的高原高寒地區，线路通过海拔2500m左右的祁连山地段，地层多为洪积粉土、圆砾土和卵石土，路基周围多为耕地。
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高寒公路隧道温度场分布规律
【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。
2 温度场分布规律
2.2 隧道内围岩及衬砌结构温度的环向分布规律
从上面的曲线图中可以发现：
①沿隧道环向，从衬砌表面到围岩，由浅到深，深处的温度变化总是滞后于同一桩号处浅处的温度，最终与衬砌表面温度达到统一；
②围岩及衬砌结构温度在径深约3m处变化幅度较大，说明环境温度对围岩及衬砌结构在环向方向上的影响具有一定的范围，该范围之内的围岩及衬砌结构的温度将随着环境温度的变化而变化，在该范围之外的围岩温度趋于稳定；
③进口目前已开挖区段范围之内二衬甚至围岩在环向方向上都
呈现负温度，而且随着环境温度的降低，负温区相对应的冻结区也逐渐增大；离洞口越近，冻结区越大，离掌子面越近，冻结区越小；
④随着距隧道洞口距离的增加，温度的变化幅度逐渐减小，在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律。
从上面的曲线图中可以发现：
①在2月份，从洞口到掌子面方向，随着距洞口距离的增大，衬砌表面温度递增，但是最大值小于0°； 8月份，从洞口到掌子面方向，随着距洞口距离的增大，衬砌表面温度递减，最小值大于0°；
②随着距隧道洞口距离的增加，温度的变化幅度逐渐减小，在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律；
③2月由于洞内施工车辆等排放热量，洞内实际气温比洞口和外界高； 8月由于原岩温度较低，洞内实际气温比洞口和外界温度低；
④隧道洞口及洞外环境温度对洞内围岩、衬砌温度的环向影响具有一定的范围，沿着纵向方向，在距离洞口350m范围之外，围岩、衬砌温度受洞口及洞外环境温度影响较小。
3 结语
通过对依托工程温度场的现场监控量测，得到了详实的数据资料，接着采用正弦函数回归法对该隧址区外界气温和隧道内气温年变化曲线进行拟合，得到了：（1）青藏高原高海拔地区公路隧道洞内外气温的相互关系；（2）隧道内围岩及衬砌结构温度的环向变化规律；（3）隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向变化规律；为我国在青藏高寒高海拔地区的公路隧道建设当中保温层和防寒泄水洞的
设置提供的可靠的基础资料。
【参考文献】
[1]何川，谢红强.多场耦合分析在隧道工程中的应用[m].成都：西南交通大学出版社，2007.
hechuan xiehongqiang. application of multiaspect coupling-analysis in tunnel construction[m].chengdu： the southeast traffic university press.
[2]陈建勋，罗彦斌. 寒冷地区隧道温度场的变化规律[j].交通运输工程学报，2008，8（2）：44-48.
chenjianxun， luoyanbin.the variety regular pattern of temperature field in cold regions[j].the traffic engineering journal，2008，8（2）：44-48.
[3]赖远明，刘松玉，吴紫汪. 寒区挡土墙温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析[j].土木工程学报， 2003， 36（6）：88-95.
lai yuanming， liu songyu，wu ziwang. nonlinear analyses for retaining walls in frigid zone-a coupled problem of temperature，seepage，and stress fields [j]. china civil engineering journal，2003， 36（6）： 88-95.
[4]吴紫汪，赖远明，臧思穆，等.寒区隧道工程[m].北京：海洋出版社，2003.
wu ziwang， lai yuanming， zang simu. tunnel engineering in cold regions[m]. beijing： the ocean press，2003.
[责任编辑：曹明明]。