岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 558-564.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0814

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

软塑黄土地区隧道仰拱热力响应特性现场试验

季伟伟1,孔纲强1,刘汉龙2,杨庆3   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024; 2. 重庆大学 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400045; 3. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2020-06-15 修回日期:2020-11-04 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 孔纲强,男,1982年生,博士,教授,博士生导师,主要从事能源地下结构与透明土试验技术方面的教学与科研工作。E-mail: gqkong1@163.com E-mail:wwjihhu@163.com
  • 作者简介:季伟伟,男,1996年生,硕士研究生,主要从事能源地下结构方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51778212);青蓝工程。

Field tests on thermal response characteristics of the tunnel invert in soft plastic loess area

JI Wei-wei1, KONG Gang-qiang1, LIU Han-long2, YANG Qing3   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210024, China; 2. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2020-06-15 Revised:2020-11-04 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51778212) and the Qinglan Project.

摘要: 能源隧道是基于地源热泵技术的一种集隧道防冻、取暖于一体的绿色、经济且高效的浅层地温能利用技术。依托银西高铁黄土地区隧道,在隧道仰拱内铺设换热管,实测了换热系统进/出口水温及仰拱的温度、应力等变化规律,初步探讨了不同输入功率条件下,软塑黄土地区隧道在地源热泵系统运行过程中的热力响应特性及隧道结构热响应规律。研究结果表明,输入功率为0.5 kW和1.0 kW时,仰拱温度升幅分别约为4.2 ℃和7.1 ℃;随着水温升高,仰拱温度在较短时间内变化不明显,当热传播路径稳定后,最终均呈现为线性关系;温度变化引起的隧道仰拱轴向应力增量大于环向应力增量,输入功率为0.5 kW和1.0 kW时,轴向应力分别是环向应力的1.15倍和1.29倍。

关键词: 隧道仰拱, 软塑黄土, 换热性能, 温度应力, 现场试验

Abstract: Energy tunnel, which is based on ground source heat pump system, is one of the green, economical and efficient geothermal heat exchange techniques. It can integrate both the anti-freezing and heat preservation for tunnel. Based on the Yinchuan-to-Xi′an high-speed railway tunnel located in loess region, the heat exchange tubes are placed in series in the tunnel invert, and the ground source heat pump system has been built. The heating system is operated under different input powers as well as the inlet and outlet temperature, and the temperature and stresses of the inverted arch are measured. The thermal response characteristics of the tunnel under difference input powers are discussed and analyzed, including heat transfer capacity and thermal induced stresses, etc. Under this field test condition, the results show that the temperature of the inverted arch of tunnel has increased by 4.2℃ and 7.1℃ under 0.5 kW and 1.0 kW input power, respectively. With the increase of water temperature, the invert temperature increases slightly in a short period of time. When the heat propagation path has stabilized, the invert temperature finally presents a linear relationship. The increment of axial stress of the inverted arch of tunnel is larger than that of the longitudinal stress. The axial stresses are 1.15 and 1.29 times of longitudinal stresses under 0.5 kW and 1.0 kW input power, respectively.

Key words: tunnel invert, soft plastic loess, heat transfer capacity, temperature stress, field test

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