在近年来铁路隧道高速发展的大时代背景下,深埋特长隧道引发的高地温问题受到国内外隧道界的格外关注。应对高地温问题的一个重要前提是掌握隧道所处的围岩温度场及隧道内空气温度的基本规律,特别是对隧道待开挖条件下的空气温度预测,其结果可为实际高地温隧道工程的降温方案提供参考和指导。(1)本文依据基本的围岩和空气稳态传热方程,利用空气与内壁面换热的第三类边界条件将围岩和空气温度进行联立求解,通过详细推导得到了适用于高地温贯通和施工隧道围岩温度和空气温度的分析解。应用该分析解计算结果对比文献报道和现场实测的数据,对比显示整体温度差值分别在1.0℃和0.5℃以内,且温度变化趋势相一致。(2)应用本文贯通隧道围岩温度分析解预测分析贯通隧道径向及轴向围岩温度,并量化分析不同敷设方式的隔热层对衬砌的降温效果。分析得到调热圈厚度和内壁面热流密度的增加值分别与采取降温措施使隧道内气温的降低值成正比;隧道内壁面温度在出入口两端约25 m之内变化较为明显。当对流换热系数较大时,隔热层导热系数减小对降低衬砌内外表面温度的作用减弱,在用隔热层导热系数和材料厚度来界定隔热层对衬砌温度降温能力时,需同时考虑对流换热系数的影响。(3)应用本文的贯通和施工隧道空气温度分析解,预测待开挖高地温施工隧道采用巷道式通风时风机位置处和开挖面附近空气温度。计算得到在外界气温为27℃的条件下,风机位置处的空气温度为27.73℃;预测得到施工隧道不同开挖面的最高空气温度分别达到了34.48℃、35.67℃、32.02℃和32.72℃,均已不满足28℃的规范要求。(4)应用本文施工隧道空气温度分析解,计算施工隧道内不同风速时开挖面附近100 m范围内最高温度。分析得到开挖面附近的最高温度随着风速的增加先快速降低而后缓慢降低直至稳定。如本文的高地温施工隧道工况,从通风降温效果的角度来看,应尽量将风速控制在0.5 m/s~1.85 m/s范围内。(5)结合本文贯通与施工隧道气温分析解,预测不同外界气温和隧道内风速条件下高地温施工隧道开挖面附近的最高温度。结果表明对于采用双斜井进回风的高地温施工隧道,开挖面附近空气温度同时受外界气温和隧道内风速影响,且在一定风速条件下,可以预测机械降温设备是否需要运行对应的外界气温临界值。如本文采用3700 m长的双斜井进回风、应用巷道式通风的隧道内风速取为1.0 m/s条件下,对应斜井井口外大气温度临界值为11℃。