特长深埋高速铁路隧道高温高湿环境的形成机理与控制

特长深埋高速铁路隧道的数量日益增多，且隧道内高温高湿环境危及隧道内列车运行的安全性和可靠性、电气设备的正常运行以及作业人员的身体健康和工作效率，给隧道内热湿环境保障带来了全新的课题。课题以理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法，研究了特长深埋高速铁路隧道高温高湿环境的形成机理和控制。主要研究内容如下：通过数值模拟和模型实验研究了特长深埋高速铁路隧道施工期热湿环境形成机理和影响因素，以及施工通风和喷雾降温对热湿环境的控制效果，探讨了单纯施工通风和喷雾降温的适用条件。建立了运营期特长深埋高速铁路隧道热湿环境数学模型，研究了外界气温、隧道长度、列车速度、岩土层初始温度等不同因素影响下隧道内空气温度分布及变化规律。针对目前特长隧道运营期主要控温手段—纵向式通风加竖井辅助的通风方式，研究了隧道内热湿环境的控制效果及变化规律。此外，对应用相变墙体和地源热泵控制隧道高温环境进行了初步研究。研究表明：在施工期热湿环境控制方面，对于独头送风，15m/s的送风速度更有利于高壁温隧道施工通风；受限壁温与送风温度满足ts=63.86-1.3t0，如果壁面温度超过这个值，考察区域的温度将不能满足施工要求。对于喷雾降温，隧道内湿度最高可到达65%左右；湿度超过22.5g/kg时，喷雾降温效果变差，不再适用于隧道降温，但可以作为辅助手段使用。隧道运营期岩土层初始温度和外界空气温度对隧道内热环境分布和变化的影响较大，空气的绝对湿度大体沿气流的方向从隧道进口到出口呈线性增加，正常情况下空气温升减小对相对湿度的影响大于渗水增加对相对湿度的作用。列车运行过程中，隧道竖井会将大量外界冷空气引入隧道，因此可有效利用竖井对隧道内空气进行降温。