【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工，涉及高地温隧道施工技术，具体为一种高地温隧道中温度场的预测方法及系统。
技术介绍
1、隧道高地温问题不仅对施工过程中的机械设备、人员安全造成不可忽视的影响，继而影响到施工质量，还会影响运营过程中隧道内设备的正常使用，具体表现在：1.在高温围岩表面喷射混凝土时，可能存在粘结强度低或喷射困难的问题；2.隧道衬砌混凝土浇筑时可能存在入模温度过高，影响混凝土浇筑的质量；3.水泥水化热不易散发影响混凝土强度，危及结构安全；4.对锚杆(索)、混凝土喷层、衬砌等隧道支护结构产生影响，甚至会诱发隧道支护结构失效；5.降低施工机械的施工效率，影响施工人员劳动安全。因此，高地温隧道在隧道施工时存在诸多影响，但是目前在隧道高地温研究中，无法很好地预测高地温隧道的温度场分布，导致无法预测高地温隧道中的温度，对高地温隧道的施工造成不便。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中所描述的，现有技术中无法很好地预测高地温隧道中的温度场分布，导致无法预测高地温隧道中的温度，存在给高地温隧道的施工带来不便的技术问题，针对该技术问题，本专利技术提出了一种高地温隧道中温度场的预测方法及系统。
2、本专利技术结合高地温隧道的实际施工情况，综合考虑了影响高地温隧道中温度场分布的影响因素，将围岩、地下渗流水以及风流等影响因素耦合，从实际工程出发，以传热基本理论与渗流基本理论为理论基础，实现围岩、地下渗流水以及风流三者的耦合，模拟高地温隧道中的温度场分布，以对高地温隧道施工提供支持，降低隧道高地
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术一种高地温隧道中温度场的预测方法，包括以下步骤：
5、s1：获取高地温隧道的初始值；
6、s2：建立围岩隧道模型；
7、s3：设定所述围岩隧道模型处于非均匀温度场中，将所述高地温隧道的初始值代入围岩隧道模型中进行初始化模型；
8、s4：在初始化模型中设定风流温度；采用达西定律，在初始化模型中设定地下渗流水，以形成围岩、地下渗流水以及风流耦合后的耦合隧道模型；
9、s5：利用耦合隧道模型对高地温隧道中的温度场进行预测。
10、进一步限定，所述步骤s2中，所述围岩隧道模型是利用comsol软件建立的。
11、进一步限定，所述步骤s4中，在初始化模型中设定风流温度具体包括：
12、建立多孔介质传热控制方程；
13、利用多孔介质传热控制方程确定风流温度；
14、将风流温度代入初始化模型中，从而在初始化模型中设定风流温度。
15、进一步限定，所述多孔介质传热控制方程为：
16、
17、(ρcp)eff＝∈pρfcp，f+θsρscp，s
18、keff＝∈pkf+θsks
19、式中，eff为有效值，无量纲；∈p为孔隙率，无量纲；θs为多孔介质中固体的体积分数，无量纲；kf为流体导热系数，单位：w/(℃·m)；ks为固体导热系数，单位：w/(℃·m)；ρf为流体密度，单位：kg/m3；ρs为固体密度，单位：kg/m3；cp,f为液体恒压比热容，单位：j/(kg·k)；cp,s为固体恒压比热容，单位：j/(kg·k)；v为达西渗流场速度，单位m/s；ρ为有效密度，单位：kg/m3；cp为有效比热容，单位：j/(kg·k)；t为物体温度，单位：℃；t为时间，单位：s；为流体渗流温度梯度，单位：℃/m；为围岩温度梯度；单位：℃/m；q为热通量，单位：w/m2；keff为有效导热系数，单位：w/(℃·m)。
20、进一步限定，所述步骤s4中，采用达西定律，在初始化模型中设定地下渗流水具体包括：
21、采用达西定律建立地下水渗流控制方程；
22、设定渗流水流向，利用地下水渗流控制方程确定渗流速度和渗流压力之间的变化关系；
23、将渗流水流向以及渗流速度和渗流压力之间的变化关系代入初始化模型中，从而在初始化模型中设定地下渗流水。
24、进一步限定，所述地下水渗流控制方程为：
25、
26、式中，∈p为孔隙率，无量纲；ρf为流体密度，单位：kg/m3；u为渗流速度场，单位m/s；κ为多孔基体渗透率，无量纲；μ为流体动力粘度，单位：pa·s；为渗流压力梯度，单位：n/m；t为时间，单位：s；为粘性功梯度，单位：kg/(s·m3)。
27、进一步限定，所述步骤s4还包括：在设定地下渗流水的初始化模型中的围岩中设置不规则裂隙。
28、进一步限定，所述高地温隧道的初始值包括隧道底部高度、隧道模型高度、隧道顶部温度、隧道中沿高度方向的温度分布规律以及隧道边界温度。
29、进一步限定，所述隧道中沿高度方向的温度分布规律tz为：
30、tz＝(hmax-0.05*h)*1℃
31、式中，tz为隧道中沿高度方向的温度分布规律，单位：m·℃；hmax为隧道模型高度，单位：m；h为模型隧道的变化高度，单位：m。
32、本专利技术一种高地温隧道中温度场的预测系统，应用于上述的高地温隧道中温度场的预测方法，包括：
33、获取模块：用于获取高地温隧道的初始值；
34、模型建立模块：用于建立围岩隧道模型；
35、初始化模块：用于设定所述围岩隧道模型处于非均匀温度场中，将所述高地温隧道的初始值代入围岩隧道模型中进行初始化模型；
36、耦合模块：用于在初始化模型中设定风流温度，采用达西定律，在初始化模型中设定地下渗流水，以形成围岩、地下渗流水以及风流耦合后的耦合隧道模型；
37、以及预测模块：用于利用耦合隧道模型对高地温隧道中的温度场进行预测。
38、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
39、1、本专利技术一种高地温隧道中温度场的预测方法，其结合了高地温隧道的实际施工情况，综合考率了影响高地温隧道中温度场分布的影响因素，将围岩、地下渗流水以及风流等影响因素耦合，从实际工程出发，以传热基本理论与渗流基本理论为理论基础，实现围岩、地下渗流水以及风流三者的耦合，模拟高地温隧道中的温度场分布，根据模拟的温度场可预测高地温隧道施工中存在的潜在风险，对高地温隧道施工提供技术支持，以降低隧道中的高地温对施工过程中的机械设备、人员安全以及施工质量造成的危害。
40、2、本专利技术一种高地温隧道中温度场的预测方法，其还可以在设定地下渗流水的初始化模型中的围岩中设置不规则裂隙，目的是在围岩中形成断层破碎带，在围岩、地下渗流水以及风流三者耦合的同时，全面考虑了断层破碎带的影响，使得耦合隧道模型更加贴合隧道的实际情况。同时本专利技术通过在围岩中设置断层破碎带，提供了完整的操作思路和操作流程，也为全面地、完整地和可靠地模拟高地温隧道中温度场分布提供了思路。
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1.一种高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述围岩隧道模型是利用COMSOL软件建立的。
3.根据权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤S4中，在初始化模型中设定风流温度具体包括：
4.根据权利要求3所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述多孔介质传热控制方程为：
5.根据权利要求3所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用达西定律，在初始化模型中设定地下渗流水具体包括：
6.根据权利要求5所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述地下水渗流控制方程为：
7.根据权利要求4所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：在设定地下渗流水的初始化模型中的围岩中设置不规则裂隙。
8.根据权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述高地温隧道的初始值包括隧道底部高度、隧道模型高度、隧道顶
9.根据权利要求8所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述隧道中沿高度方向的温度分布规律TZ为：
10.一种高地温隧道中温度场的预测系统，应用于权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述围岩隧道模型是利用comsol软件建立的。
3.根据权利要求1所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，在初始化模型中设定风流温度具体包括：
4.根据权利要求3所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述多孔介质传热控制方程为：
5.根据权利要求3所述的高地温隧道中温度场的预测方法，其特征在于，所述步骤s4中，采用达西定律，在初始化模型中设定地下渗流水具体包括：
6.根据权利要求5所述的高地温隧道中温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：王帅帅，郭亚斌，张勇，李昊天，王永在，来显杰，牛亚鹏，李龙，
申请(专利权)人：中交第二公路工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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