寒区隧道洞口段空气幕保温理论研究

摘要

为保证寒区隧道在服役期间不发生冻害,根据相似原理搭建隧道温度场模型试验台,研究寒冷季节隧道内温度的变化规律,并提出一种新型的主动保温措施-隧道洞口段空气幕保温措施。使用流函数叠加与热平衡原理,得出空气幕保温措施的控制方程,使用叠加原理及贝塞尔特征函数推导出在空气幕作用下,寒区隧道洞口断面处围岩的径向温度解析解,最后以正盘台隧道为算例,验证该保温措施的可行性。研究结论表明:外界环境温度和围岩温度是影响寒区隧道温度场的主要因素;采用控制方程计算,图像结果显示空气幕保温措施可有效防止隧道冻害;隧道径向温度理论解与有限元计算结果相差较小,解析法可为今后的工程实践提供理论基础。