【正文】 rm permafrost in the range of 40 and 100m from the entry and exit respectively .In the central part，more than 200m from the entry and exit, permafrost will begin to form in the eighth year. Near the center of the tunnel，permafrost will appear in the 1415th years. During the first and second years after permafrost formed，the imum of annual thawed depth is large especially in the central part of the surrounding rock section and thereafter it decreases every year. The imum of annual thawed depth will be stable until the 1920th years and will remain in s range of 23 m. 4 If permafrost forms entirely in the surrounding rock，the permafrost will provide a waterisolating layer and be favourable for munication and transportation .However, in the process of construction，we found a lot of underground water in some sections of the surrounding rock .It will permanently exist in those sections，seeping out water and resulting in freezing damage to the liner layer. Further work will be reported elsewhere.嚴(yán)寒地區(qū)隧道圍巖凍融狀況分析的導(dǎo)熱與對流換熱模型―東北走向. 由于大坂山地區(qū)隧道施工現(xiàn)場平均氣溫為負(fù)溫的時間每年約長8個月，加之施工時間持續(xù)數(shù)年，圍巖在施土過程中己經(jīng)預(yù)冷，所以隧道開通運(yùn)營后，洞內(nèi)氣體流動的形態(tài)主要由進(jìn)出口的主導(dǎo)風(fēng)速所確定，而受洞內(nèi)圍巖地溫與洞外氣溫的溫度壓差的影響較??；冬季祁連山區(qū)盛行西北風(fēng)，氣流將從隧道出曰流向進(jìn)口端，夏季雖然祁連山區(qū)盛行東偏南風(fēng)，但考慮到洞口兩端氣壓差、溫度壓差以及進(jìn)出口地形等因素，由于現(xiàn)場年平均風(fēng)速不大，可以認(rèn)為洞內(nèi)氣體將以層流為主基于以上基本情況，我們將隧道簡化成圓筒，并認(rèn)為氣流、溫度等關(guān)十隧道中心線軸對稱，忽略氣體溫度的變化對其流速的影響，可有如下的方程: 其中t為時間，x為軸向坐標(biāo)，r為徑向坐標(biāo)。U, V分別為軸向和徑向速度，T為溫度，P為有效壓力 即空氣壓力與空氣密度之比少，V為空氣運(yùn)動粘性系數(shù)，a為空氣的導(dǎo)溫系數(shù)，L為隧道長度，R為隧道的當(dāng)量半徑，D為時間長度, 分別為圍巖的凍、融區(qū)域. ,分別為凍、融狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)系數(shù)，,分別為凍、融狀態(tài)下的體積熱容量，X x,r , 為凍、融相變界面,To為巖石凍結(jié)臨界溫度 這里具體計算時取To ，為水的相變潛熱.2 求解過程由方程 1 知，圍巖的溫度的高低不影響氣體的流動速度，所以我們可先解出速度，再解溫度. 連續(xù)性方程和動量方程的求解 由于方程 1 的前3個方程不是獨立的，將動量方程對x和r求導(dǎo)，經(jīng)整理化簡，我們得到關(guān)于壓力P的如下橢圓型方程:于是，對方程 1 中的連續(xù)性方程和動量方程的求解，我們按如下步驟進(jìn)行: 1 設(shè)定速度,。 2 將,代入方程并求解，得 3 聯(lián)立方程 1 的第一個和第二個方程，解得一組解,。 4 聯(lián)立方程 1 的第一個和第三個方程，解得一組解,。 5 對 3 , 4 得到的速度進(jìn)行動量平均,得新的,返回 2 。 6 按上述方法進(jìn)行迭代，,作為本時段的解,下一時段求解時以此作為迭代初值。2. 2 能量方程的整體解法 如前所述，圍巖與空氣的溫度場相互作用，壁面既是氣體溫度場的邊界，又是固體溫度場的邊界，壁面的溫度值難以確定，我們利用在洞壁表面上，固體溫度等于氣體溫度這一事實，把隧道內(nèi)氣體的溫度和圍巖內(nèi)固體的溫度放在一起求解，:解流體溫度場時不考慮相變和解固體溫度時沒有對流項。，帶相變的溫度場的算法與文獻(xiàn)[3]相同.2. 3熱參數(shù)及初邊值的確定 熱參數(shù)的確定方法： 用p ，再由計算出現(xiàn)場空氣密度，其中T為現(xiàn)場大氣的年平均絕對溫度，G為空氣的氣體常數(shù)。記定壓比熱為,導(dǎo)熱系數(shù)為，空氣的動力粘性系數(shù)為。按 和 計算空氣的導(dǎo)溫系數(shù)和運(yùn)動粘性系數(shù)。圍巖的熱物理參數(shù)則由現(xiàn)場采樣測定。 初邊值的確定方法:，主導(dǎo)風(fēng)出口的氣壓則取為，這里k為隧道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)，L為隧道長度，d為隧道端面的當(dāng)量直徑，用正弦曲線擬合，圍巖內(nèi)計算區(qū)域的邊界按現(xiàn)場多年凍土下限和地?zé)崽荻却_定出適當(dāng)?shù)臏囟戎祷驕囟忍荻取?3 計算實例 按以上所述的模型及計算方法，我們對大興安嶺西羅奇2號隧道內(nèi)氣溫隨洞曰外氣溫變化的規(guī)律進(jìn)行了模擬計算驗證，所得結(jié)果與實測值[6]相比較,基本規(guī)律一致. 西羅奇2號隧道是位十東北嫩林線的一座非多年凍土單線鐵路隧道，全長1160 m ,隧道近西北一東南向，高洞口位于西北向， m ,月平均最高風(fēng)速約為3m/s,，我們將進(jìn)出口氣溫擬，年變化振幅分 m,沿程阻力系的熱物理參數(shù)對計算洞內(nèi)氣溫的影響遠(yuǎn)比洞口的風(fēng)速、壓力及氣溫的影響小得多，我們這里參考使用了大坂山隧道的資料.圖1給出了洞口及洞內(nèi)年平均氣溫的計算值與觀測值比較的情況，從進(jìn)口到出口，. 圖2給出了洞內(nèi) 距進(jìn)出口l00m以上 月平均氣溫的計算值與觀測值比較的情況，可以看出溫度變化的基本規(guī)律完全一致，造成兩值之差的主要原因是洞口氣溫年變化規(guī)律之正弦曲線的擬合誤差，特別是1979年隧道現(xiàn)場月平均最高氣溫不是在7月份，而是在8月份. 圖1. 比較1979年在西羅奇周家山2號隧道仿真試驗與觀察的空氣溫度　　.模擬值。觀測值　圖2。比較1979年在西羅奇周家山2號隧道的仿真試驗與觀察到的空氣室內(nèi)溫度模擬值。觀測值4 對大坂山隧道洞內(nèi)壁溫及圍巖凍結(jié)狀況的分析預(yù)測4. 1熱參數(shù)及初邊值 按大坂山隧道的高度值3 800 m和年平均氣溫3，我們算得空氣密度；由于大氣中含有水汽，我們將空氣的定壓比熱取為[7] 導(dǎo)熱系數(shù)，空氣的動力粘性系數(shù)取為,經(jīng)計算，得出空氣的導(dǎo)溫系數(shù)和運(yùn)動粘性系數(shù). 考慮到車體迎風(fēng)面與隧道端面相比較小、車輛在隧道內(nèi)行駛速度較慢等因素，我們這里忽略了車輛運(yùn)行時所形成的活塞效應(yīng)對氣體擴(kuò)散性能的影響.巖體的導(dǎo)熱系數(shù)皆按完好致密巖石的情況處理，取巖石的干容重時，含水量和末凍水含量分別為W 3%和W 1 %，,巖石的比熱取為，,.另外，據(jù)有關(guān)資料， m/s。我們將洞口風(fēng)速擬合為，這里t為月份.洞內(nèi)風(fēng)速初值為：這里記f x 為多年凍土下限到隧道拱頂?shù)木嚯x，Ro %，洞外天然年平均氣溫A 3，年氣溫變化振幅B 12. 對于邊界R Ro，我們先按第一類邊值 到多年凍土下限的距離乘以3 % 計算，發(fā)現(xiàn)一年后，但在邊界R 上又受地?zé)崽荻鹊淖饔?，我們近似地將邊界R Ro作為第二類邊界處理，即把由定邊值計算一年后R R。上的溫度梯度作為該邊界上的梯度值 考慮到圍巖在施土過程中己經(jīng)預(yù)冷，我們這里從幾月份算起，在同一邊值下進(jìn)行迭代，直到該邊值下的溫度場基本穩(wěn)定后，再令邊值依正弦規(guī)律變化，逐時段進(jìn)行求解 可以證明，很多時段后的解，將不依賴于初值的選擇 .4. 2 計算結(jié)果圖3和圖4給出了我們預(yù)測的隧道壁溫隨洞口氣溫變化的情況，圖5和圖6給出了我們預(yù)測的不同部位圍巖開始形成多年凍土的起始年份和多年凍土形成后圍巖的年最大融化深度.。1，隧道內(nèi)表面溫度；2，隧道外空氣溫度圖6. 多年凍土形成后圍巖的年最大融化深度.4. 3初步結(jié)論 對于大坂山隧道，按如上選取的參數(shù)及初邊值進(jìn)行計算，我們得出如下初步結(jié)論:（1）洞內(nèi)（距進(jìn)出口100 m以上）年平均壁溫與洞外年平均氣溫基本相同，但洞內(nèi)寒季較暖、洞內(nèi)壁溫與洞外氣溫相比較，1，2 ，12月份高約1. 2 ,3 ,11月份高約1,4 ,5 ,9和10月份基本相同， ,7月份低約2.（2）由于隧道內(nèi)部（距進(jìn)出口100 m以上，特別是靠中心地段）受地?zé)嶙饔幂^強(qiáng)，.（3）就我們所考慮的完好致密巖石、沒有大量地下水流動的情況，按現(xiàn)有設(shè)計鋪設(shè)保溫材料 ，導(dǎo)熱系數(shù)， m，導(dǎo)熱系數(shù)后，在距進(jìn)出曰200 m的范圍內(nèi)，開通運(yùn)營后第3年就開始形成多年凍土，其中40 m以內(nèi)和100 m以內(nèi)在第一年和第二年就開始形成多年凍土。在距進(jìn)出曰200 m以上的中間段，開通運(yùn)營8年后開始形成多年凍土，其中在距洞中心200 m的范圍內(nèi)，14―，年最大融化深度較大 尤其是中間段 ，以后逐年減小，至19―20年后融化深度基本達(dá)到穩(wěn)定，洞口段及中間段的融化深度都在2―3 m的范圍內(nèi). 4 洞內(nèi)若整體性形成多年凍土，這將成為一道隔水屏障，有利于車輛運(yùn)行的安全，但在目前的施土中己發(fā)現(xiàn)有些部位有較豐富的地下水，因此很有可能在地下水溢出帶中出現(xiàn)永久性融區(qū)，造成洞內(nèi)滲水結(jié)冰病害，這個問題我們將在以后詳細(xì)討論. 重慶交通大學(xué)土木工程專業(yè)（隧道與城市軌道交通工程方向）畢業(yè)設(shè)計外文翻譯17