高地温隧道施工过程气温-时间数学关系研究

为了研究一个完整隧道施工循环的气温变化规律，以红河州建水(个旧)至元阳高速公路在建高地温隧道-尼格隧道为研究对象。该隧道为高岩温与高水温并存的在建深埋特长隧道，最高水温达63.4℃，最高岩温达88.8℃。针对性地设计了一套气温监测装置，共实测了 5个完整施工循环共计约 2200个气温值，连续测试时长达 74 h，并对实测气温数据进行统计和拟合分析。结果表明:施工过程掌子面区域的气温随时间的变化可划分为 4个阶段:下降阶段(第1阶段)，骤升阶段(第2阶段)，快速上升阶段(第3 阶段)，缓降阶段(第4阶段)。其中爆破及新鲜围岩散热(对应于第2阶段，第3 阶段)对隧道施工区域的气温贡献最大。第 1阶段对应于打钻施工环节，气温随时间呈现线性下降趋势，下降率约 6%～8%;第 2 阶段对应爆破施工环节，气温在短时间内气温出现骤升，上升率为 10%～12%，但持续时间短，出现一定的骤降;第3阶段为爆破后的围岩散热，气温出现快速上升，上升率约为 4%～5%，用Boltzmann函数能比较准确地描述第 2、第 3阶段的气温随时间变化关系;第4 阶段对应于排险、出渣施工环节，气温值变化较为复杂，整体呈现线性缓降趋势，下降率约 1%～2%，受机械作业影响，气温出现多处异常高值。建立了施工过程 4个阶段的气温随时间的数学表达式。