【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于施工環境工程，具體涉及鐵路隧道熱濕環境預測方法及系統。
技術介紹
1、鐵路隧道常由于高溫圍巖以及高溫涌水的現象而導致施工環境具有高溫、高濕的特點，嚴重影響施工人員的身體健康、工作效率以及施工設備的使用壽命。目前施工環境控制主要依靠現場監測，使得環控方案的制定嚴重滯后，不僅延誤工期、浪費人力資源和能源，而且容易產生無法預料的突發情況。
技術實現思路
1、基于上述技術問題，本申請提供一種鐵路隧道在施工期的熱濕環境預測方法及系統。
2、本申請提供了鐵路隧道施工期熱濕環境預測方法，所述方法包括：
3、基于鐵路隧道不同施工流程對應使用的設備及配套人員的散熱量數據構建數據集，作為隧道施工期的人為影響因素；其中，所述數據集按照施工工序名稱分為超前支護，開挖和支護，檢鋪階段，結構防排水和二次襯砌五種類型，每一種所述數據集中均包含該種施工工序對應的不同施工工法下的設備運行散熱量以及配套人員工作時的散熱量；
4、分別對隧道自然環境和施工期人為影響因素進行選擇和數據輸入，建立鐵路隧道特定施工流程下的工況模型；其中，所述隧道自然環境選擇包括隧道模式的選擇和基本參數的輸入；
5、根據所述隧道模式及施工流程調用所述工況模型數據到熱量分布方程模型中進行計算，直至滿足設定收斂條件時結束計算，輸出隧道內計算結果，所述計算結果包括隧道內空氣溫度平均值及隧道內溫度分布；
6、根據所述空氣溫度平均值生成溫度變化曲線，并對隧道內溫度分布的不同數值范圍
7、進一步地，每種類型數據集包括該工序對應的施工工法下的設備運行散熱量以及配套人員工作時的散熱量數據，具體為：
8、超前支護：包括導向墻支模、導向墻澆筑、打孔裝管棚、注漿等工序的設備及人員散熱量數據；
9、開挖和支護：包括開挖、施工通風、出渣清危石、素噴混凝土、立鋼架、錨桿和鋼筋網片、網噴混凝土等工序相關設備及人員的散熱量數據；
10、檢鋪階段：包括初期仰拱支護、綁鋼筋、立模版、澆筑混凝土等工序的相關設備及人員的散熱量數據；
11、結構防排水：包括基面檢查、排水盲管安裝、防水板鋪設、止水帶安裝、混凝土灌注等工序的相關設備及人員的散熱量數據；
12、二次襯砌：包括清理初支面、掛防水板土工布、綁鋼筋、固定二襯臺車、澆筑混凝土等工序的相關設備及人員的散熱量的數據。
13、進一步地，所述開挖和支護工序中的開挖階段，包括如下工藝：全斷面法、臺階法、環形導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法；其中，全斷面法包括鉆爆法、掘進法、盾構法、tbm法；臺階法包括正臺階法、三臺階七步開挖法。
14、進一步地，所述分別對隧道自然環境和施工期人為影響因素進行選擇和數據輸入，建立鐵路隧道特定施工流程下的工況模型，具體包括：
15、進行隧道自然環境的選擇：先選擇隧道模式，所述隧道模式分為單線隧道和雙線隧道；再進行自然環境基本參數輸入，即在不同隧道模式下分別輸入隧道設計參數、隧道圍巖物性參數、隧道內滲流物性參數、隧道內空氣物性參數以及預設環控方案參數；
16、進行施工期人工影響因素選擇：根據實際需求，選擇數據集中的施工流程，調取相對應的數據集中的數據。
17、進一步地，所述根據所述隧道模式及施工流程調用所述工況模型數據到熱量分布方程模型中進行計算，具體包括：
18、根據輸入數據以及提取的數據集中的數據計算對應施工流程的總熱量，計算公式如下：
19、q＝q1+q2+q3+q4+q5
20、q1為設備散熱量：q1＝σ(1-e)*qn，e為發動機效率，受高溫影響可取值0.6計算，qn為內燃機功率，功率大小根據設備型號確定；
21、q2為圍巖散(吸)熱值(kw)：q2＝k*u*l*(tr-tk)，其中，k為不穩定換熱系數，可通過實測或模擬分析獲得；u為隧道凈斷面周長，l為隧道受高溫圍巖影響長度，tr為平均原始巖溫，tk為隧道空氣溫度平均值；
22、q3為人員發熱量(kw)：q3＝n*qh，其中，qh取0.47kw/人，n是所需勞動力人數；
23、q4為熱水放熱量：q4＝cwmw(tw1-tw2)
24、其中：cw為高溫水的比熱，mw為高溫水的質量流量，tw1為高溫水的初始溫度，tw2為高溫水的最終溫度；
25、q5為炸藥爆破熱量:q5＝qz*m/86400，其中，qz為單位炸藥放熱量(kw)，根據實際情況進行輸入，m為每循環炸藥量；
26、根據所求總熱量求解隧道內空氣溫度平均值，公式如下：
27、
28、其中cp是隧道空氣的平均定壓比熱容；ρ為隧道內平均空氣密度；v為隧道熱害影響長度范圍內空氣體積；tk為隧道空氣溫度平均值；t為時間(s)；
29、根據輸入數據以及提取的數據集中的數據計算得到隧道內溫度分布，公式如下：
30、
31、
32、其中，cp是隧道空氣的平均定壓比熱容；ρ為隧道內平均空氣密度，t為隧道空氣溫度平均值；t為時間(s)，k為不穩定換熱系數，u為速度矢量，q為熱通量矢量，q為總熱量；qp為壓力功；qvd為粘性耗散。
33、進一步地，所述根據所述空氣溫度平均值生成溫度變化曲線，并對隧道內溫度分布的不同數值范圍進行顏色標記形成溫度分布云圖輸出，完成熱濕環境預測，具體包括：
34、將所求隧道空氣溫度平均值繪制成溫度曲線圖；
35、根據溫度分布計算結果繪制施工隧道溫度場云圖，利用顏色區分溫度范圍，最多使用四個顏色進行溫度分區。
36、進一步地，還包括：針對溫度超過28℃的區域進行高溫警報，并根據溫度分布計算結果給出相應的環境控制方法提示。
37、進一步地，所述針對溫度超過28℃的區域進行高溫警報，并根據溫度分布計算結果給出相應的環境控制方法提示，具體包括：
38、根據溫度分布結果，對超過28℃的區域提示紅燈和提示音警報；
39、將計算的隧道溫度場結果與28℃做差，得出降溫量；
40、根據溫降量，選擇溫降措施組選和取冷模式：當溫降量小于22℃時，建議取冷模式采用通風，通風時間1.5小時；當溫降量在[20,30)時，建議取冷模式為通風+冷水噴灑+設置冰墻，降溫措施為通風、灑水/噴霧結合制冰，通風時間1.5小時；當溫降量在[28,38)時，建議取冷模式為通風+冷水噴灑+設置冰墻，降溫措施為通風、灑水/噴霧結合制冰，通風時間2.0小時；當溫降量在[33,40)時，建議取冷模式為通風+冷水噴灑+設置冰墻，降溫措施為通風、灑水/噴霧結合制冰，通風時間3.0小時。
41、進一步地，還包括：對預測結果進行數據和圖像保存，方便歷史記錄查詢。
42、本專利技術還提供了鐵路隧道施工期熱濕環境預測系統，包括：
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【技術保護點】
1.一種鐵路隧道熱濕環境預測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，每種類型數據集包括該工序對應的施工工法下的設備運行散熱量以及配套人員工作時的散熱量數據，具體為：
3.根據權利要求2所述的預測方法，其特征在于，所述開挖和支護工序中的開挖階段，包括如下工藝：全斷面法、臺階法、環形導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法；其中，全斷面法包括鉆爆法、掘進法、盾構法、TBM法；臺階法包括正臺階法、三臺階七步開挖法。
4.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述分別對隧道自然環境和施工期人為影響因素進行選擇和數據輸入，建立鐵路隧道特定施工流程下的工況模型，具體包括：
5.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述根據所述隧道模式及施工流程調用所述工況模型數據到熱量分布方程模型中進行計算，具體包括：
6.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述根據所述空氣溫度平均值生成溫度變化曲線，并對隧道內溫度分布的不同數值范圍進行顏色標記形成溫度分布云圖輸出，完成熱濕環境預測，具體包括：
<...【技術特征摘要】
1.一種鐵路隧道熱濕環境預測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，每種類型數據集包括該工序對應的施工工法下的設備運行散熱量以及配套人員工作時的散熱量數據，具體為：
3.根據權利要求2所述的預測方法，其特征在于，所述開挖和支護工序中的開挖階段，包括如下工藝：全斷面法、臺階法、環形導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法；其中，全斷面法包括鉆爆法、掘進法、盾構法、tbm法；臺階法包括正臺階法、三臺階七步開挖法。
4.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述分別對隧道自然環境和施工期人為影響因素進行選擇和數據輸入，建立鐵路隧道特定施工流程下的工況模型，具體包括：
5.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述根據所述隧道模式及施工流程調用所述工況模型數據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫佳琳，馮國會，任師萱，黃凱良，
申請(專利權)人：沈陽建筑大學，
類型：發明
國別省市：
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