铁道工程学报

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袁立伟

铁道工程学报. 2018, 35(4): 1-6.

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研究目的:随着铁路客货运输需求的快速增长,齐齐哈尔枢纽作为我国东北路网的重要枢纽,其生产力布局呈现出不满足运输发展需求和点线能力不协调的情况,客货运输也存在一定的交叉干扰,因此有必要结合齐满高铁和通齐高铁等工程的引入以及城市发展规划,对枢纽的结构组成和新线引入方案进行深入研究,以便于控制枢纽各部分的发展规模,力求为路内其他枢纽,尤其是十字形枢纽的总图规划提供可借鉴的思路。
研究结论:(1)枢纽框架为普速铁路和高速铁路共同构成的双“十”字形格局,担负着所衔接线路的客货交流任务;(2)客运、机辆系统适度提高生产能力和服务水平;(3)解编系统基本维持现状;(4)货运系统整合现有资源,规划建设二级物流中心;(5)本研究成果对全路其他类似的十字形铁路枢纽规划具有借鉴或参考价值。

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铁路驮背运输工艺研究

孙敬伟

铁道工程学报. 2018, 35(4): 7-10.

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研究目的:结合国内外铁路运输、公路运输、多式联合运输的优缺点,本文重点介绍国外现有的四种型式驮背运输车,并根据我国第一代QT1型、QT2型公铁驮背运输专用车的成功研制及其作业需求,系统研究自装卸式驮背运输站点的站场工艺设计方案,从而为我国加快发展铁路驮背运输,打造综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通系统起到积极推进作用。
研究结论:(1)自装卸式站点适用于底架单端摆动式驮背运输车作业,地面驱动式站点适用于底架两端摆动式和底架整体平移式驮背运输车作业,吊装卸式站点适用于吊装吊卸式驮背运输车作业;(2)自装卸式驮背运输站场工艺设计时,应考虑兼顾吊装吊卸式驮背运输及集装箱运输的作业需要,将站场装卸线的轨顶面与地面平齐等内容纳入设计中,避免将来改造产生二次投资;(3)驮背运输站点在规划选址时,应考虑设置在高速公路和物流中心附近,使其成为更加快捷、现代化的多式联运站场;(4)本研究成果对加快推动铁路驮背运输发展、指导驮背运输站点布局及工艺设计具有一定的参考价值。

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复杂岩溶区高速铁路减灾选线理论研究

王子江, 蒋良文, 王茂靖, 王科, 付开隆

铁道工程学报. 2018, 35(4): 11-15.

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研究目的:岩溶地区既有(高速)铁路建设中时常出现突水突泥、岩溶塌陷、地表失水等灾害,给人类生命财产造成严重损失,对环境造成不良影响,因此有必要从岩溶灾害风险管理角度研究复杂岩溶区高速铁路减灾选线理论,以便完善高速铁路选线理论体系,对岩溶区高速铁路选线工作、防灾减灾具有重要实际意义。
研究结论:(1)揭示了复杂岩溶区控制高速铁路选线的岩溶致灾因子及灾害风险类型;(2)创立了复杂岩溶区高速铁路减灾选线理论:在识别岩溶致灾因子、灾害风险的基础上,以“绕避强烈发育岩溶,选择相对安全位置,设置合理工程设施”为指导方针,贯彻执行“先绕避、短通过、抬高程、傍河边、靠既隧、顺坡排、浅覆盖、防崩滑”二十四字减灾选线指导原则,初步选定线路方案;采用以多级模糊综合评价法、风险评估法进行线路方案定量综合比选和风险评估,不断完善线路方案;(3)该研究成果有利于完善铁路勘察设计规程规范,指导高速铁路选线工作,实现“防灾减灾、降低造价、确保安全”的目标。

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水-岩化学作用对岩土工程稳定性评价方法

李鹏

铁道工程学报. 2018, 35(4): 16-22.

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研究目的:岩土工程与所处的地质环境之间存在着密切的依存关系和相互作用。作为地质环境中最活跃因素之一的地下水,不仅可以通过力学作用影响岩土工程稳定性,还可以通过不断改变岩土体矿物成分、结构等水-岩化学作用弱化岩土体强度和刚度参数,改变岩土体的渗透特性、渗流形态和应力状态,进而影响岩土工程长期稳定性。基于此,本文以重庆砂岩为例,开展水-岩化学作用对岩土工程长期稳定性影响及其评价方法研究。
研究结论:(1)提出采用离子活度积与平衡常数比值作为岩石水化学损伤判据;(2)采用化学动力学方法建立了岩石水化学损伤动态演化数学模型,分析了水溶液酸碱度、离子种类与离子浓度对砂岩损伤演化的影响效应及规律;(3)建立了岩石M-H-C耦合本构模型;(4)建立了岩石M-H-C耦合数值模拟方法,并对某一受水-岩化学作用影响的隧道长期稳定性进行了预测评估;(5)本研究结果可为受水-岩化学作用影响的岩土工程长期稳定性评价提供参考。

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考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

郭帅杰, 周亚东

铁道工程学报. 2018, 35(4): 23-28.

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研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。
研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。

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俄罗斯莫喀高铁抗冻胀基床结构研究

张东卿, 薛元, 罗强, 阳恩慧

铁道工程学报. 2018, 35(4): 29-33.

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研究目的:针对沿线低达-48 ℃的严寒环境和高达400 km的超高时速,俄罗斯莫喀高铁初步设计采用“0.12 m沥青混凝土+0.28 m级配碎石表层+2.3 m底层”的新型防冻胀基床结构。该基床结构在国内尚无大规模应用经验,为确保其安全性和适用性,本文从防冻胀、列车荷载影响以及沥青混凝土封闭层耐久性三个方面展开全面研究。
研究结论:(1)依据俄罗斯相关规范进行的冻深计算结果表明:沿线设计冻深为2.1~2.6 m,初步设计所采用的2.7 m基床厚度满足要求;(2)在验算列车荷载影响时,应考虑强度准则、变形准则以及长期动力稳定性准则;计算结果表明莫喀高铁所采用的基床结构安全可靠;与防冻胀准则相比,列车荷载影响并不控制基床厚度;(3)在长期动荷载作用下,0.12 m沥青混凝土封闭层的使用寿命可超过100年,满足莫喀高铁耐久性要求;(4)该研究成果对于其他严寒地区高速铁路基床结构设计具有借鉴意义。

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基于大地震风险的川藏铁路线路方案评价模型

罗圆, 朱颖, 张小强, 姚令侃

铁道工程学报. 2018, 35(4): 34-38.

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研究目的:川藏铁路途经的道孚、甘孜地区是我国著名的高地震烈度区,区内地震活动强烈,频次高、震级大。因此,开展针对川藏铁路的基于大地震风险分析的线路方案评价研究,对于川藏铁路的选线设计和安全运营具有重要作用。
研究结论:(1)提出了铁路大地震风险的定义及计算方法,并通过改进铁路传统的评价方法,建立了大地震风险区铁路线路方案评价模型;(2)利用ALARP准则将风险分为可接受风险、可容忍风险及不可容忍风险三类,通过利用改进的方案评价方法和汶川大地震实震统计数据提出了相应铁路大地震风险的分类标准,并建立了通过方案比选作业从宏观层面实施铁路大地震风险调控的技术体系;(3)最后的实例分析表明:桥隧比例低的线路方案,考虑了大地震风险后的年换算工程-期望运营费增加不多,这应是具有普适性的现象; (4)该研究成果可为川藏铁路及其他高烈度地震区铁路的线路方案研究提供参考。

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京唐铁路与津秦高铁接轨设计及施工方案研究

刘轲

铁道工程学报. 2018, 35(4): 39-42.

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研究目的:在老庄子线路所处,已运营的津秦高铁正线采用的是CRTSⅡ型板式无砟轨道。京唐津秦联络线由津秦正线42号板式道岔侧股引出,预留接轨条件,上、下行各代建了约150 m范围有砟轨道,而京唐津秦联络线设计采用CRTS Ⅲ型板式无砟轨道。本次研究目的主要是看在既有高铁预留有砟轨道接轨条件的情况下,能否通过对无砟轨道结构进行特殊设计来实现新建无砟轨道与既有高铁的接轨。
研究结论:根据既有的工程情况,考虑不同轨道结构高度的差异及施工、运营后的养护维修情况,分别研究了有砟轨道接轨和无砟轨道接轨的轨道设计及施工方案,对无砟轨道接轨方案中的有砟轨道拆除及无缝线路技术、新建无砟轨道的特殊设计及临近高铁的施工方案进行了深化研究,得出结论如下:(1)可以对无砟轨道结构高度进行特殊设计来适应已预留的有砟轨道结构高度,避免下挖路基对临近高铁产生影响;(2)可以对路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道宽度进行特殊设计,借鉴路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道设计原理,采用桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道单元式结构,来解决无砟轨道在宽度上适应预留有砟轨道宽度的问题;(3)施工时需控制好施工温度及工后沉降,做好对既有高铁的检测工作;(4)在既有高铁预留有砟轨道接轨的情况下,通过对新建无砟轨道结构进行特殊设计,能实现与既有高铁接轨;(5)该研究成果可对日后临近高铁正线既有线改建的设计和施工等类似工程提供参考。

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扣件刚度对轨道及饱和地基振动响应的影响

王玉

铁道工程学报. 2018, 35(4): 43-48.

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研究目的:修建于我国沿海软土地区的铁路受地基特性的影响在列车高速运行时会产生较大振动,控制列车运行引起的轨道系统及地基振动响应能够有效提高列车的平稳性、舒适性,并减少对周边环境的影响。本文采用轨道系统-饱和地基耦合模型研究饱和地基上轨道系统的振动特性,探讨扣件刚度的选取对轨道振动响应的影响。
研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移和加速度响应均有明显影响;(2)增大扣件刚度能够有效减少钢轨的位移响应;(3)增大扣件刚度能够降低低速列车的钢轨加速度响应,但高速列车引起的钢轨加速度响应随扣件刚度的增大有所增加;(4)本研究结论可为认识交通活动中振动现象的本质、解决饱和软土地区列车和环境振动问题、优化轨道系统设计和施工提供理论指导。

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铁路大跨度混凝土部分斜拉桥关键技术研究

宋子威

铁道工程学报. 2018, 35(4): 49-53.

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研究目的:近年来铁路大跨度混凝土部分斜拉桥应用广泛,为探究其设计关键技术以指导该类桥梁设计,在总结分析几座已建及在建部分斜拉桥情况,结合新建福平铁路乌龙江特大桥主桥(144+288+144)m部分斜拉桥工程,就支承体系、合理边中跨比、斜拉索加劲效果等关键技术进行分析研究。
研究结论:(1)部分斜拉桥支承体系选择应结合地形、受力、刚度等因素综合选取;(2)边中跨比设计应在边跨不出现负反力的原则下结合施工便捷等因素综合考虑,建议合理比例在0.52～0.55之间;(3)斜拉索在施工阶段帮扶主梁受力,成桥阶段与主梁共同受力,运营阶段可以有效抑制主梁徐变下挠,取得良好综合经济效益;(4)本研究结论可为类似斜拉桥结构设计提供参考。

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高速铁路40 m与32 m箱梁振动噪声对比研究

宋瑞, 刘林芽, 董春燕, 徐斌, 刘全民

铁道工程学报. 2018, 35(4): 54-59.

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研究目的:40 m标准跨径高速铁路箱梁是我国未来高铁建设的重要技术之一,为研究高速铁路40 m箱梁结构振动与噪声特性,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用有限元和边界元法分析40 m箱梁结构动力特性、局部振动和结构噪声特点,并与32 m箱梁进行比较分析。
研究结论:(1)在高速列车的主要运行速度范围内,40 m箱梁动力系数小于32 m箱梁;(2)40 m与32 m箱梁各测点加速度振级峰值均在40~63 Hz范围内,除底板振动加速度级相当外,40 m箱梁顶板、腹板和翼缘板振动加速度级峰值均小于32 m箱梁对应位置振动测点;(3)对于40 m箱梁,20 m范围内沿水平方向各测点峰值声压级变化不大,竖向测点沿高度方向逐渐变小,沿高度方向每上升2 m,其声压级降低约2 dB;选取空间关键点比较分析可知,40 m箱梁峰值声压级略低于同等空间位置32 m箱梁;(4)本研究成果可为40 m高速铁路箱梁的设计、环境噪声评估及降噪方案提供一定参考。

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基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究

肖明清, 王少锋, 陈立保, 徐晨

铁道工程学报. 2018, 35(4): 60-64.

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研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设计并具有明确安全系数的荷载结构法。
研究结论:(1)本文所建立的初期支护荷载结构模型,可以得出初期支护的具体安全系数;(2)在锚杆长度满足模型三所需安全系数的前提下,喷锚组合支护的安全系数由喷层和锚杆各自的安全系数相加而成;(3)初期支护的最小安全系数取值需要根据计算模型的计算精度、初期支护的设计作用以及隧道工程的特点等因素综合确定,建议初期支护作为承载主体时为1.8~2.1,作为临时支护时为1.3~1.5;(4)现行时速350 km高速铁路双线隧道深埋Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数的安全性计算结果表明,当初期支护作为承载主体时,Ⅲ级围岩支护参数具有一定的优化余地,Ⅳ级围岩支护参数能适应400 m以内埋深;当初期支护仅作为临时承载结构时,Ⅳ级围岩支护参数能适应1 000 m以内埋深;(5)隧道埋深对围岩压力影响较大,建议按照不同埋深进行初期支护设计,以提高经济性;(6)本研究结果可为隧道初期支护设计提供思路和方法。

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小净距隧道开挖工法合理性研究

陈平

铁道工程学报. 2018, 35(4): 65-69.

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研究目的:复杂山区受各种控制因素的影响,小净距隧道邻近施工的情况时有发生,一般多采用保守的CRD等多部开挖工法,但多部开挖存在进度慢、工序繁琐、工程造价高等弊端。针对小净距隧道,为选择适宜的开挖工法,本文以郑家塔隧道与瓦塘2号隧道邻近施工为研究对象,论证小净距隧道采用三台阶临时仰拱法的合理性,以期为类似工程的设计与施工提供参考或借鉴。
研究结论:(1)通过有限元分析软件模拟了粗圆砾土地层条件下大断面的郑家塔隧道采用三台阶临时仰拱法施工的全过程,研究分析了围岩的稳定性、新建隧道初期支护结构的安全性以及小断面的瓦塘2号隧道衬砌结构的安全性;(2)目前,兴保铁路已开通运营,从当时施工的实际效果来看,采用三台阶临时仰拱法施工和设计支护措施,确保了施工的安全、顺利进行,小净距隧道根据围岩和间距采用三台阶临时仰拱法也是合理的;(3)该研究成果可应用于小净距隧道的开挖工法设计与施工。

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高地温隧道二次衬砌受力特性分析

孙其清, 郑宗溪, 谭永杰

铁道工程学报. 2018, 35(4): 70-74.

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研究目的:拟建川藏铁路的部分隧道工程施工过程中预计会遇到高地温(达30 ℃~80 ℃),高岩温将会给隧道工程的建设带来极大的挑战。本文拟通过衬砌外表面边界条件设定为固定温度约束(温度区间为30 ℃~80 ℃),利用ANSYS有限元软件建立三维荷载-结构模型,通过温度场和应力场的耦合,研究不同地温下、不同龄期的Ⅳ级围岩混凝土二次衬砌与Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌受力特性,分析与评价其安全性,从而提出相应的工程应对措施。
研究结论:(1)随着地温升高,隧道二次衬砌各个部位的安全系数呈下降趋势,特别是当地温从30 ℃升为50 ℃时,衬砌安全系数显著下降;(2)地温高于60 ℃时,Ⅳ级围岩隧道混凝土衬砌安全系数将不满足设计规范要求;(3)地温为80 ℃时,Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌最小安全系数临近设计规范要求极值,位于衬砌墙脚附近;(4)地温超过60 ℃时,需设置隔热复合式衬砌;(5)本研究结论可为高温隧道的设计与施工提供参考。

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水平岩层隧道超挖原因及合理超挖数量分析

王飞, 赵晓勇, 马宏韬

铁道工程学报. 2018, 35(4): 75-80.

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研究目的:蒙华铁路蒙陕段存在水平岩层,多为粉砂岩夹薄层泥岩,层状构造,层间结合差,节理裂隙发育。水平岩层段隧道施工时拱部水平节理岩隙处易发生掉块剥落,开挖找顶、排险作业后常表现为不规则矩形或平顶;仰拱开挖后基底清理时顺水平节理剥离,岩块脱落较严重,开挖轮廓墙脚“弧形位置”处超挖严重。现场实测超挖量远超规范允许值,导致隧道开挖、出渣运输及超挖回填等数量不同程度增加,因此有必要针对水平岩层段隧道超挖回填的合理数量进行分析研究。
研究结论:(1)水平岩层隧道的超挖与爆破作业扰动、开挖应力释放、地下水影响、隧道不同部位、洞身围岩强度及施工方法等均有关;(2)结合大量现场写实与测量数据,采用数理统计分析方法,遵循实事求是原则,扣除施工误差影响,得到了隧道在Ⅱ～Ⅴ级围岩拱部/边墙/仰拱(底板)各部位、有水/无水工况条件下,更加贴近现场实际的、合理的超挖及回填数量;(3)本研究结果可为水平岩层条件下隧道设计、现场施工、验工计价等提供一定的借鉴和指导,也可为同类型地质条件下隧道施工定额的研究提供参考。

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隧道锚杆锚固质量无损检测误差控制技术研究

赵东平, 胡炜, 吴佳晔

铁道工程学报. 2018, 35(4): 81-86.

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研究目的:隧道锚杆施工具有隐蔽性强和不易检测的特点,以往采用拉拔试验的检测方法对隧道结构支护体系具有破坏性且不适用于大批量检测,因此有必要采用无损检测技术对锚杆的锚固质量进行检测。而现有的无损检测技术精度受多种因素影响,导致检测精度参差不齐,影响检测结果。为了在不破坏既有支护体系的前提下批量检测锚杆锚固质量,有必要对锚杆无损检测误差控制技术进行研究。
研究结论:(1)激振信号质量、振动信号提取能力以及计算波速精度对锚杆锚固质量无损检测精度有重要影响;(2)通过控制激振频率、力度以及激振方位,可有效提高激振信号质量;(3)改良传感器与锚杆的连接方式以及灵活选取传感器位置对增强振动信号的拾取能力有明显作用;(4)鉴于标定法确定计算波速的缺点,提出了预设法确定计算波速,通过综合采用标定法和预设法可有效提高计算波速精度;(5)本研究成果可为隧道锚杆锚固质量无损检测技术的改进提供思路和方法。

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青云山特长隧道F₉断层带涌水治理方案研究

杨南辉

铁道工程学报. 2018, 35(4): 87-91.

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研究目的:地下工程特别是长大隧道断裂带塌方涌水地质灾害治理是工程施工过程中经常发生的难题,治理不慎将出现机毁人亡的事故,并产生次生地质灾害。全面分析塌方涌水原因,采取技术可行、经济合理、安全可靠的快速治理方案,是摆在各级工程建设者面前的重大课题。对地下工程塌方涌水灾害采取的治理工艺、原材料配比试验等关键技术参数的取舍仍然是值得继续深入研究的课题。
研究结论:(1)本文对向莆铁路青云山特长隧道F₉断层带的涌水灾害原因进行了分析研究,对断层带涌水、坍塌段落提出了采用分段前进式帷幕注浆治理方案;(2)对坍塌涌水治理所采用的工艺措施与穿越断层带的施工方法进行了论述;(3)该研究成果可为同类山岭隧道工程的施工提供借鉴和参考。

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地铁隧道热沉积研究——气温周期性变化

刘伊江

铁道工程学报. 2018, 35(4): 92-96.

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研究目的:国内外文献中对地铁隧道热沉积效应多有述及,但对其形成机理及热扰动传播的规律却鲜有深入的分析。热沉积效应是在多因素耦合作用下形成的,主要的传热推动力包括两方面:其一是外界空气与深层岩土之间的温度差;其二是以列车散热为主的隧道内热源。且热扰动在地层中的传播与工程地质、水文地质条件等多种因素有密切关系。为深入分析地铁隧道热沉积效应的形成机理及各因素对热扰动传播过程的影响,本文重点研究室外气温的周期性变化引起的热沉积效应及其传播规律。
研究结论:(1)室外空气温度的周期性变化会引起隧道内壁面温度的周期性变化,且壁面温度波滞后于空气温度波一个相位角,振幅也会折减;(2)隧道壁面的温度波继续以波的形式向结构壁及土壤深处传播,波幅随着深度按指数函数规律衰减;(3)由于壁面温度波与空气温度波之间存在相位差,隧道外岩土既可能是热源(隧道壁向空气传热),也可能是热汇(空气向隧道壁传热),热沉积效应对隧道温度有较强的调蓄作用;(4)本研究成果可应用于地铁车站通风空调系统设计。

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2018年, 第35卷, 第4期　
刊出日期：2018-04-15

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