1、為了分析計(jì)算寒區(qū)隧道貫通后在活塞風(fēng)作用下，隧道中襯砌與圍巖的溫度場(chǎng)變化，驗(yàn)證寒區(qū)隧道襯砌隔熱層保溫層設(shè)計(jì)的必要性和合理性，進(jìn)一步確定保溫設(shè)計(jì)的有效性和經(jīng)濟(jì)性，本文以青藏鐵路昆侖山隧道實(shí)際工程為背景進(jìn)行了研究，結(jié)合昆侖山凍土的熱力學(xué)特性等凍土獨(dú)有的特點(diǎn)，利用大型有限元計(jì)算分析程序軟件ANSYSWorkbench中的CFX模塊，建立了包括隧道圍巖、襯砌混凝土和隧道內(nèi)空氣的三維有限元計(jì)算分析模型，將昆侖山隧道洞口溫度擬合為一條正弦曲線，考慮凍

2、土的相變等因素，對(duì)昆侖山隧道實(shí)際工程進(jìn)行了分析。首先分析了昆侖山隧道在貫通后，在沒有隔熱層保溫層的情況下，活塞風(fēng)對(duì)拱頂襯砌混凝土表面溫度的影響，及隧道溫度場(chǎng)的分布情況。然后在三維有限元計(jì)算分析模型中按照工程實(shí)際，加入5cm厚度的聚胺脂(PU)保溫板，驗(yàn)證了昆侖山隧道中所鋪設(shè)的隔熱層保溫層的實(shí)際效果。最后進(jìn)行了寒區(qū)隧道保溫措施的研究。
　　本文主要研究了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　第一，對(duì)隧道空氣動(dòng)力學(xué)以及寒區(qū)隧道熱環(huán)境在國(guó)內(nèi)外

3、的研究與發(fā)展作了詳盡而系統(tǒng)的介紹，并且介紹了傳熱學(xué)中的基本知識(shí)，包括溫度場(chǎng)及其分類、對(duì)流換熱微分方程、導(dǎo)熱微分方程、熱平衡方程、邊界條件和伴有相變的導(dǎo)熱問題等內(nèi)容;
　　第二，建立了包括隧道圍巖、襯砌混凝土和隧道內(nèi)空氣的三維有限單元計(jì)算分析模型，考慮昆侖山隧道洞口氣溫及活塞風(fēng)風(fēng)速，運(yùn)用顯熱容法處理相變問題，并且將凍土的各項(xiàng)特性參數(shù)加到模型上，求解得到無隔熱層保溫層的條件下活塞風(fēng)對(duì)昆侖山隧道溫度場(chǎng)的影響，包括隧道進(jìn)深5m、50m、1

4、00m、150m、200m、250m、298m處橫斷面上各點(diǎn)的溫度——時(shí)程曲線、隧道拱頂襯砌表面和隧道圍巖各處的年溫度振幅、溫度傳遞深度和圍巖季節(jié)性的凍融范圍等;
　　第三，按照工程實(shí)際情況，在隧道初期支護(hù)與二次襯砌之間加入5cm厚度的聚胺脂(PU)保溫板，計(jì)算在有隔熱層保溫層的條件下，活塞風(fēng)對(duì)昆侖山隧道溫度場(chǎng)的影響，包括隧道進(jìn)深5m、50m、100m、150m、192m處橫斷面上各點(diǎn)的溫度——時(shí)程曲線、隧道圍巖各處的年溫度振幅、

5、溫度傳遞深度和圍巖季節(jié)性的凍融范圍等，驗(yàn)證了昆侖山隧道實(shí)際的隔熱層保溫層設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)對(duì)有、無隔熱層保溫層兩種情況下溫度差異的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，為以后相似工程模型的建立和保溫設(shè)計(jì)的制定提供參考。
　　第四，列舉出了8條國(guó)內(nèi)已經(jīng)修建完成的寒區(qū)隧道，對(duì)它們的工程概況及其采取的保溫措施進(jìn)行了總結(jié)。然后，對(duì)寒區(qū)隧道的保溫措施從抗凍和防凍兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。其中抗凍措施包括使用抗凍混凝土、使用鋼筋混凝土、增大襯砌厚度等措施;防凍措施包括隔

6、熱材料法（外隔熱層、中間隔熱層、離壁式隔熱層）、防排水法（保溫水溝、中心深埋水溝、防寒泄水洞）、防寒門法、空氣幕、陽光棚、加熱措施（襯砌背部U型供熱管法、施工縫襯砌背部雙源供熱法、隧道內(nèi)通暖氣、水溝采暖）、圍巖注漿等措施。
　　第五，選取防凍措施中的一種——空氣幕，進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算在隧道出入口處采用噴射角α=0°、氣流噴射速度u0=8m/s、非加熱、單個(gè)上送風(fēng)式空氣幕時(shí)，活塞風(fēng)對(duì)昆侖山隧道溫度場(chǎng)的影響，包括隧道進(jìn)深5m、50m、10