Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук,
Новосибирск: Институт горного дела им. Н.А. Чинакала (СО РАН),
2016. - 211 с.
Специальность 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.М. Красюк Анализ теплового режима подземных сооружений метрополитена с учетом влияния окружающего массива грунта
Прогнозирование температурного режима эксплуатации подземных сооружений метрополитена мелкого заложения на различных глубинах
Исследование температур массива грунта, окружающего подземные станции и тоннели метрополитена мелкого заложения
Исследование теплового баланса станций и тоннелей метрополитена Цель работы состоит в прогнозировании колебаний температур подземных сооружений и окружающих грунтов метрополитенов мелкого заложения.
Идея работы заключается в использовании закономерностей процесса теплообмена между внутренним воздухом станций и тоннелей метрополитена мелкого заложения и массивом окружающего грунта для расчета прогнозных значений температур грунта и теплового баланса подземного сооружения с применением уравнений строительной и горной теплофизики.
Задачи исследований:
– исследовать процесс достижения установившегося годового циклического характера колебаний температур грунта, окружающего станции и тоннели метрополитена;
– определить глубину заложения станций и тоннелей метрополитена, ниже которой влияние атмосферных температурных условий на тепловой баланс подземного сооружения описывается законом, не зависящим от глубины;
– определить зависимость изменения температур на границе «грунт – верхнее перекрытие станции» метрополитена мелкого заложения и на верхней границе «грунт – тюбинг тоннелей» метрополитена от глубины заложения подземного сооружения в грунт;
– определить зависимость теплового потока в грунт из подземных станций и тоннелей метрополитена от глубины заложения. Основные научные положения, защищаемые автором:
– время достижения установившегося годового циклического характера колебаний температур грунта, окружающего подземное сооружение метрополитена, зависит от глубины заложения станций и тоннелей метрополитена. В метрополитенах глубиной заложения от 1 м до 20 м время достижения установившегося циклического характера колебаний температур составит: для станций – от 2 лет 3 месяцев до 5 лет 11 месяцев соответственно, а для тоннелей – от 1 года 3 месяцев до 5 лет 7 месяцев соответственно;
– амплитуды колебаний температур массива грунта, окружающего станции и тоннели метрополитена, уменьшаются по мере увеличения глубины заложения станций и тоннелей. При глубине заложения станций и тоннелей 10 м и более колебания температур грунта происходят по постоянному периодическому закону с одинаковой амплитудой;
– годовые циклические изменения температуры на границе «грунт – верхнее перекрытие станции» метрополитена и верхней границе «грунт – тюбинг тоннелей» метрополитена для установившегося теплового режима описывается синусоидальной зависимостью, в которой: амплитуда колебаний температуры грунта зависит от глубины заложения по квадратичному закону в диапазоне от 1 до 10 м, далее до 20 м принимает постоянное значение для станций и тоннелей; начальная фаза колебаний температуры грунта зависит от глубины заложения по квадратичному закону для станций и по линейному для тоннелей в диапазоне от 1 до 8 м, далее до 20 м постоянна; свободный член (среднегодовая температура грунта) описывается степенной зависимостью от глубины заложения для станций и тоннелей в диапазоне от 1 до 20 м;
– тепловые потери подземных станций и тоннелей метрополитена в грунт уменьшаются по мере увеличения глубины заложения. На глубине заложения 1 м тепловые потери больше тепловых потерь на глубине заложения 20 м: для тоннелей в 18 раз, для станций в 2,8 раз. Для станций метрополитена на глубинах заложения 1 – 20 м тепловые потери на начальный период эксплуатации в 7,5 – 19,5 раз больше тепловых потерь в установившийся период эксплуатации.
Специальность 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.М. Красюк Анализ теплового режима подземных сооружений метрополитена с учетом влияния окружающего массива грунта
Прогнозирование температурного режима эксплуатации подземных сооружений метрополитена мелкого заложения на различных глубинах
Исследование температур массива грунта, окружающего подземные станции и тоннели метрополитена мелкого заложения
Исследование теплового баланса станций и тоннелей метрополитена Цель работы состоит в прогнозировании колебаний температур подземных сооружений и окружающих грунтов метрополитенов мелкого заложения.
Идея работы заключается в использовании закономерностей процесса теплообмена между внутренним воздухом станций и тоннелей метрополитена мелкого заложения и массивом окружающего грунта для расчета прогнозных значений температур грунта и теплового баланса подземного сооружения с применением уравнений строительной и горной теплофизики.
Задачи исследований:
– исследовать процесс достижения установившегося годового циклического характера колебаний температур грунта, окружающего станции и тоннели метрополитена;
– определить глубину заложения станций и тоннелей метрополитена, ниже которой влияние атмосферных температурных условий на тепловой баланс подземного сооружения описывается законом, не зависящим от глубины;
– определить зависимость изменения температур на границе «грунт – верхнее перекрытие станции» метрополитена мелкого заложения и на верхней границе «грунт – тюбинг тоннелей» метрополитена от глубины заложения подземного сооружения в грунт;
– определить зависимость теплового потока в грунт из подземных станций и тоннелей метрополитена от глубины заложения. Основные научные положения, защищаемые автором:
– время достижения установившегося годового циклического характера колебаний температур грунта, окружающего подземное сооружение метрополитена, зависит от глубины заложения станций и тоннелей метрополитена. В метрополитенах глубиной заложения от 1 м до 20 м время достижения установившегося циклического характера колебаний температур составит: для станций – от 2 лет 3 месяцев до 5 лет 11 месяцев соответственно, а для тоннелей – от 1 года 3 месяцев до 5 лет 7 месяцев соответственно;
– амплитуды колебаний температур массива грунта, окружающего станции и тоннели метрополитена, уменьшаются по мере увеличения глубины заложения станций и тоннелей. При глубине заложения станций и тоннелей 10 м и более колебания температур грунта происходят по постоянному периодическому закону с одинаковой амплитудой;
– годовые циклические изменения температуры на границе «грунт – верхнее перекрытие станции» метрополитена и верхней границе «грунт – тюбинг тоннелей» метрополитена для установившегося теплового режима описывается синусоидальной зависимостью, в которой: амплитуда колебаний температуры грунта зависит от глубины заложения по квадратичному закону в диапазоне от 1 до 10 м, далее до 20 м принимает постоянное значение для станций и тоннелей; начальная фаза колебаний температуры грунта зависит от глубины заложения по квадратичному закону для станций и по линейному для тоннелей в диапазоне от 1 до 8 м, далее до 20 м постоянна; свободный член (среднегодовая температура грунта) описывается степенной зависимостью от глубины заложения для станций и тоннелей в диапазоне от 1 до 20 м;
– тепловые потери подземных станций и тоннелей метрополитена в грунт уменьшаются по мере увеличения глубины заложения. На глубине заложения 1 м тепловые потери больше тепловых потерь на глубине заложения 20 м: для тоннелей в 18 раз, для станций в 2,8 раз. Для станций метрополитена на глубинах заложения 1 – 20 м тепловые потери на начальный период эксплуатации в 7,5 – 19,5 раз больше тепловых потерь в установившийся период эксплуатации.