季冻区隧道过渡段二衬短周期冻融数值模拟

摘要

衬砌、围岩中的反复冻融往往伴随着开裂、剥落等风化作用,传统的防冻理论假定环境年温度正弦变化从而低估了二衬冻融次数.自主研发了一款适应低温环境的温度自动记录仪,对季冻区隧道过渡段衬砌表面温度进行了长期、高频监测.推导了适应复杂初始、边界条件的多层圆筒一维瞬态导热差分方程,通过算例验证了其计算精度.将监测数据作为边界条件代入差分方程模拟了真实衬表温度波动下隧道过渡段二衬冻融过程,并探讨了保温层铺设位置对冻融的影响.结果表明:距衬表约5cm范围内温度波动剧烈;二衬内部每年会经历一次季节性冻结及若干次短周期冻融;在二衬与初支之间铺设保温层后,短周期冻融次数及季节性冻结起、止时间基本不变,而短周期冻融深度有所扩大;在二衬表面铺设保温层能使内部始终处于正温,有利于隧道防冻.