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寒区隧道全方位节能保温防冻方法研究
1
作者
刘文俊
凌同华
+2 位作者
蒋望涛
江永志
谭嘉诺
《隧道建设(中英文)》
北大核心
2025年第7期1272-1285,共14页
寒区隧道冻害现象对工程结构稳定及运营安全构成了显著威胁,为探寻高效节能的保温方法,实现冻害的有效防治,基于离壁式保温法,充分利用空气的低导热性,建立一种全方位被动保温防冻基础模型,并提出配套的主动供暖措施,组成多种被动防寒...
寒区隧道冻害现象对工程结构稳定及运营安全构成了显著威胁,为探寻高效节能的保温方法,实现冻害的有效防治,基于离壁式保温法,充分利用空气的低导热性,建立一种全方位被动保温防冻基础模型,并提出配套的主动供暖措施,组成多种被动防寒与主动供暖相结合的防冻方法;对其涉及的多场耦合进行理论分析,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对比探究相关被动-主动耦合防冻的节能保温性能,并据此提出一种融合被动防寒与主动供暖优势、实现二者协同增效的防冻方法。研究表明:1)向离壁式空气层中通入速度0.5 m/s、温度1℃的热空气可避免仰拱上部衬砌冻害发生,隧道中部如有正积温空气,可直接引入使用,节能有效;2)在中空保温结构管空气层中敷设线功率1.1 W/m的加热电缆,可保证管道水不冻结,相较于直接敷设加热电缆的节能效率达94.5%,同时避免了管道内部水对加热电缆的影响;3)仰拱衬砌与保温层之间敷设的横向加热电缆最佳间距为2 m,拱脚设纵向辅助加热电缆可快速达到防冻效果。
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关键词
寒区隧道
离壁式保温法
热空气
中空保温结构管
数值模拟
保温效果
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职称材料
风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究
2
作者
刘文俊
凌同华
+2 位作者
谭嘉诺
江永志
刘贤俊
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期5151-5162,共12页
寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-...
寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型。结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值,利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性。采用单因素分析法,讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律,并对该4个因素进行了敏感性评价。研究结果表明:不均匀传热导致冻结深度不一,冻胀力分布不均;冻结深度计算结果中,仰拱最大,拱顶其次,拱脚最小;冻胀力计算结果中,拱脚冻胀力最大,拱顶其次,仰拱最小。随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低,拱脚、拱顶冻胀力均随之变大,仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大,但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大,拱顶次之,仰拱最小的趋势;控制风流持续时间,保持风流干燥、低速、非负温,可以有效减少冻胀力。冻胀力影响因素敏感性呈现“风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度”的结果。研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据。
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关键词
隧道工程
风热水力耦合
风流
冻胀力
正交各向异性冻胀
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职称材料
题名
寒区隧道全方位节能保温防冻方法研究
1
作者
刘文俊
凌同华
蒋望涛
江永志
谭嘉诺
机构
长沙理工大学土木与环境工程
学院
怀化学院后勤基建处
出处
《隧道建设(中英文)》
北大核心
2025年第7期1272-1285,共14页
基金
国家自然科学基金项目(52478386,42401150)
湖南省自然科学基金资助项目(2025JJ70439)。
文摘
寒区隧道冻害现象对工程结构稳定及运营安全构成了显著威胁,为探寻高效节能的保温方法,实现冻害的有效防治,基于离壁式保温法,充分利用空气的低导热性,建立一种全方位被动保温防冻基础模型,并提出配套的主动供暖措施,组成多种被动防寒与主动供暖相结合的防冻方法;对其涉及的多场耦合进行理论分析,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对比探究相关被动-主动耦合防冻的节能保温性能,并据此提出一种融合被动防寒与主动供暖优势、实现二者协同增效的防冻方法。研究表明:1)向离壁式空气层中通入速度0.5 m/s、温度1℃的热空气可避免仰拱上部衬砌冻害发生,隧道中部如有正积温空气,可直接引入使用,节能有效;2)在中空保温结构管空气层中敷设线功率1.1 W/m的加热电缆,可保证管道水不冻结,相较于直接敷设加热电缆的节能效率达94.5%,同时避免了管道内部水对加热电缆的影响;3)仰拱衬砌与保温层之间敷设的横向加热电缆最佳间距为2 m,拱脚设纵向辅助加热电缆可快速达到防冻效果。
关键词
寒区隧道
离壁式保温法
热空气
中空保温结构管
数值模拟
保温效果
Keywords
tunnels in cold regions
off-wall thermal insulation method
hot air
hollow insulation structure pipe
numerical simulation
thermal insulation effect
分类号
U459.2 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
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职称材料
题名
风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究
2
作者
刘文俊
凌同华
谭嘉诺
江永志
刘贤俊
机构
长沙理工大学土木工程
学院
怀化学院后勤基建处
出处
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期5151-5162,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(52078061,51878074)
湖南省教育厅科学研究项目(22A0562)。
文摘
寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型。结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值,利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性。采用单因素分析法,讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律,并对该4个因素进行了敏感性评价。研究结果表明:不均匀传热导致冻结深度不一,冻胀力分布不均;冻结深度计算结果中,仰拱最大,拱顶其次,拱脚最小;冻胀力计算结果中,拱脚冻胀力最大,拱顶其次,仰拱最小。随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低,拱脚、拱顶冻胀力均随之变大,仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大,但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大,拱顶次之,仰拱最小的趋势;控制风流持续时间,保持风流干燥、低速、非负温,可以有效减少冻胀力。冻胀力影响因素敏感性呈现“风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度”的结果。研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据。
关键词
隧道工程
风热水力耦合
风流
冻胀力
正交各向异性冻胀
Keywords
tunnel engineering
windy-thermo-hydro-mechanical coupling
airflow
frost heaving force
orthotropic frost heaving
分类号
U459.2 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
寒区隧道全方位节能保温防冻方法研究
刘文俊
凌同华
蒋望涛
江永志
谭嘉诺
《隧道建设(中英文)》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究
刘文俊
凌同华
谭嘉诺
江永志
刘贤俊
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
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