寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法。现有寒区隧道防寒排水措施设计不考虑洞内自然风引起的纵向温度场非对称性，容易导致隧道出现冻害。本方法根据邻近气象站测定的最冷月平均气温、极端最低气温、气象站海拔高度、隧址区海拔高度，计算得到隧道两端洞口气温计算值；根据隧道两端洞口高差、洞口压差、长度、当量直径，计算得到隧道洞内自然风速；根据隧道洞内自然风速、隧道两端洞口气温计算值，计算得到隧道纵向温度场分布；进而确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度。本发明专利技术获得了准确的隧道纵向温度场分布，克服了寒区隧道防寒排水措施长度无法定量确定的缺点，提高了用于严寒地区隧道洞口防寒措施设置的准确性。施设置的准确性。施设置的准确性。

【技术实现步骤摘要】
寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体涉及一种寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法。

技术介绍

[0002]目前严寒、寒冷地区铁路隧道防寒排水措施类型及长度的设置，通常基于邻近气象站的最冷月平均气温、并通过工程类比或经验得到，运营过程中往往面临冻害问题，对隧道的修建和运营产生严重的不良影响。根据已建成的铁路隧道调研结果显示，一方面隧址区与气象站所处环境不同，导致实际洞口气温与邻近气象站气温差异较大；另一方面设计过程中对隧道纵向温度场的非对称性认识不足，导致隧道经常出现防寒排水措施设置长度不足或过长的问题。
[0003]因此，急需提出一种新的寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，能在邻近气象站资料的基础上，考虑洞内自然风引起的纵向温度场的非对称性，得到准确的隧道纵向温度场分布情况，进一步确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度，克服现有方法考虑因素不足，容易导致隧道出现冻害的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，以至少解决现有技术不考虑洞内自然风引起的纵向温度场的非对称性、无法得到准确的隧道纵向温度场分布情况、容易导致隧道出现冻害的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，所述方法包括：
[0007]根据邻近气象站测定的最冷月平均气温、极端最低气温、气象站海拔高度、隧址区海拔高度，计算得到隧道两端洞口气温计算值；
[0008]根据隧道两端洞口高差、洞口压差、长度、当量直径的基本信息，进一步计算得到隧道洞内自然风速；
[0009]根据所述隧道洞内自然风速、以及所述隧道两端洞口气温计算值，计算得到隧道纵向温度场分布；
[0010]根据所述隧道纵向温度场分布，确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度。
[0011]进一步地，根据邻近气象站测定的最冷月平均气温、极端最低气温、气象站海拔高度、隧址区海拔高度，计算得到隧道两端洞口气温计算值，包括：
[0012]所述隧道两端洞口气温计算值T
d
的计算过程为：
[0013][0014]其中：
[0015]T
u
、T
m
分别为洞口最冷月平均气温与极端最低气温；
[0016]ρ为最冷月极端最低气温修正系数；
[0017]T
u0
、T
m0
分别为邻近气象站测定的最冷月平均气温与极端最低气温；
[0018]H0为气象站海拔高度；
[0019]H为隧址区海拔高度；
[0020]β为气温在海拔高度方向的递减梯度，取0.6。
[0021]进一步地，根据隧道两端洞口高差、洞口压差、长度、当量直径的基本信息，进一步计算得到隧道洞内自然风速，包括：
[0022]所述隧道洞内自然风速v
in
满足：
[0023][0024]其中：
[0025]ΔP为隧道两端洞口压差，即低端洞口气压P1与高端洞口气压P2形成的超静压差，
△
P＝P1‑
P2‑
γH
e
；
[0026]ρ
out
为洞外空气密度；
[0027]ρ
in
为洞内空气密度；
[0028]v
out
为洞外自然风速；
[0029]H
e
为隧道两端洞口高差；
[0030]λ
′
为隧道沿程阻力系数；
[0031]ξ为隧道局部阻力系数；
[0032]L为隧道长度；
[0033]D
e
为隧道当量直径；
[0034]γ＝ρg为空气容重；
[0035]g为重力加速度；
[0036]计算隧道洞内自然风速v
in
。
[0037]进一步地，根据所述隧道洞内自然风速、以及所述隧道两端洞口气温计算值，计算得到隧道纵向温度场分布，包括：
[0038]所述隧道纵向温度场T
f
的计算方式为：
[0039][0040]其中：
[0041]T
f
为隧道进深为f处的洞内空气气温；
[0042]T
d1
、T
d2
为隧道两端洞口气温计算值，分别为隧道进口气温计算值和隧道出口气温计算值；
[0043]a1、a2分别为隧道进口段温度梯度因子和隧道出口段温度梯度因子；
[0044]f
m
为洞内空气温度最大值处至隧道进口的距离。
[0045]进一步地，所述隧道进口段温度梯度因子a1和隧道出口段温度梯度因子a2的计算过程为：
[0046][0047]其中：
[0048]a0为不考虑洞内自然风时，即洞内自然风速为v
in
＝0的温度梯度因子；
[0049]κ为洞内自然风速v
in
引起的度梯度因子修正系数。
[0050]进一步地，根据所述隧道纵向温度场分布，确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度，包括：
[0051]将寒区隧道防寒排水措施由低等级至高等级分为普通侧沟、保温水沟、深埋中心沟、防寒泄水洞4个类型；
[0052]根据所述隧道纵向温度场T
f
、实测邻近已建成运营隧道的普通侧沟、保温侧沟、深埋中心沟、防寒泄水洞的结冰临界温度值，确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度；
[0053][0054]其中：
[0055]f
cra
、f
crb
、f
crc
分别为隧道防寒泄水洞、深埋中心沟、保温水沟的设置长度；
[0056]T
cra
、T
crb
、T
crc
分别隧道深埋中心沟、保温水沟、普通侧沟中的结冰临界温度值。
[0057]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0058]本专利技术的方法，针对寒区隧道洞内纵向温度场受洞口气温以及高、低端洞口形成的洞内自然风的影响、而洞口气温计算值的确定受隧址区海拔高度与极端最低气温的影响的特点，通过邻近气象站实测气温资料与洞口海拔高度，计算得到隧道进、出口气温值；根据隧道两端洞口压差、长度、当量直径的基本信息，进一步计算得到隧道洞内自然风速；根
据隧道洞内自然风速、所述隧道两端洞口气温计算值，计算得到隧道纵向温度场分布；进一步通过实测已建成运营隧道的普通侧沟、保温侧沟、深埋水沟的临界结冰温度，确定寒区隧道防寒措施类型及设置长度。较现有仅参考邻近气象站的最冷月平均气温及工程经验来说，获得的结果对优化寒区隧道防寒排水措施选取及长度设置更具有指导意义。
[0059]本专利技术的方法，考虑了洞内自然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，其特征在于：所述方法包括：根据邻近气象站测定的最冷月平均气温、极端最低气温、气象站海拔高度、隧址区海拔高度，计算得到隧道两端洞口气温计算值；根据隧道两端洞口高差、洞口压差、长度、当量直径的基本信息，进一步计算得到隧道洞内自然风速；根据所述隧道洞内自然风速、以及所述隧道两端洞口气温计算值，计算得到隧道纵向温度场分布；根据所述隧道纵向温度场分布，确定寒区隧道防寒排水措施类型及长度。2.根据权利要求1所述的寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，其特征在于：根据邻近气象站测定的最冷月平均气温、极端最低气温、气象站海拔高度、隧址区海拔高度，计算得到隧道两端洞口气温计算值，包括：所述隧道两端洞口气温计算值T
d
的计算过程为：其中：T
u
、T
m
分别为洞口最冷月平均气温与极端最低气温；ρ为最冷月极端最低气温修正系数；T
u0
、T
m0
分别为邻近气象站测定的最冷月平均气温与极端最低气温；H0为气象站海拔高度；H为隧址区海拔高度；β为气温在海拔高度方向的递减梯度，取0.6。3.根据权利要求2所述的寒区隧道防寒排水措施类型及长度的确定方法，其特征在于：根据隧道两端洞口高差、洞口压差、长度、当量直径的基本信息，进一步计算得到隧道洞内自然风速，包括：所述隧道洞内自然风速v
in
满足：其中：ΔP为隧道两端洞口压差，即低端洞口气压P1与高端洞口气压P2形成的超静压差，
△
P＝P1‑
P2‑
γH
e
；ρ
out
为洞外空气密度；ρ
in
为洞内空气密度；v
out
为洞外自然风速；
H
e
为隧道两端洞口高差；λ
′
为隧道沿程阻力系数；ξ为隧道局部阻力系数；L为隧道长度；D
e
...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳宝成，徐亚峰，李国良，何永旺，李雷，史先伟，符亚鹏，徐冲，徐勇，马钰沛，徐博，薛书怀，曹国栋，陈霄汉，贺思悦，曹志伟，陈志远，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：