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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (10): 2132-2146.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.10.006
赵祎琪1, 丁希嘉1, 张恒1, *, 沙马小红1, 蒋福建2, 魏杰3
ZHAO Yiqi1, DING Xijia1, ZHANG Heng1, *, SHAMA Xiaohong1, JIANG Fujian2, WEI Jie3
摘要: 为解决极寒地区倾斜巷道受外界冷风侵入引发的施工环境恶化、洞内冻害频发等工程难题,以极寒环境下倾斜巷道空气温度场为研究对象,采用现场监测、理论推导与三维数值模拟相结合的方法,系统揭示洞口冷风侵入条件下倾斜巷道纵向空气温度的时空演变规律,并明确温度分布主控因素。首先,在巷道0~1 000 m布设多断面监测点,获取极寒条件下倾斜巷道内空气温度沿程分布特征;然后,基于Boussinesq近似与准稳态湍流自然对流假设,修正流体力学与传热学控制方程,引入瑞利数Ra与努塞尔数Nu关联式,考虑下坡坡度对浮力项的修正,推导得到倾斜巷道内空气温度沿程预测模型;最后,利用Fluent建立全尺寸三维模型,对冷风侵入动态过程开展仿真,并通过现场监测数据进行模型验证,模型计算温度与实测温度最大偏差3 ℃,冻结长度误差20%。结合推导的空气温度沿程预测模型,采用多工况参数分析与标准化回归系数法,系统研究巷道进风风速、进风风温、壁面温度、下坡坡度及断面设计参数对空气温度沿程变化规律的影响权重。结果表明: 1)极寒条件下巷道空气温度沿纵向呈指数回升趋势,冷空气沿断面下部侵入形成底部低温区与中部对流混合区; 2)进风风温、进风风速对空气温度平均变化率呈显著负向影响,壁面温度呈显著正向影响,巷道断面设计参数与下坡坡度影响不显著; 3)标准化回归分析显示,各因素可解释空气温度平均变化率95.1%的原因,其中进风风温影响程度最大; 4)所构建的温度预测模型精确可靠,可准确预估极寒地区倾斜巷道空气温度分布。