国家“十三五”规划中强调中心城市要加强与周边城市的基础设施连接。为响应国家号召和自身的实际需求,杭绍城际铁路应运而生,并衔接杭州与绍兴的地铁。从全国来看,地铁系统在各大城市得到巨大发展,但同时,隧道内的热环境问题也日益突出。由于地铁区间隧道空间比较狭小,列车运行散发的热量无法及时排除,长期运营后会导致隧道周围土体温度升高,产生热堆积现象。通常情况下,地铁区间隧道采用机械通风的方式排除隧道内多余的热量,这种方法虽然能够达到降低隧道温度的效果,但是热量被直接排除,造成热量的浪费,同时还增加了运营的成本。因此,需要采用一种既能降低隧道周围土体温度,改善隧道热环境,又可以将隧道内热量进行利用的方法。本文以杭绍城际铁路工程为依托,采用理论分析和数值模拟的研究方法,分析两种隧道内热利用的方法,一是在冬季利用隧道内活塞风与隧道周围土体进行换热,二是隧道盾构管片内预制热交换管与隧道周围土体进行换热。两种方法都能达到改善隧道内热环境和对隧道内热量进行利用的目的。具体的研究工作如下:1、以杭绍城际铁路工程中的区间隧道为研究对象,分析区间隧道内冬季活塞风与隧道周围土体的传热理论。利用有限元模拟软件Comsol研究冬季活塞风与隧道周围土体的对流换热过程,分析活塞风的温度变化情况以及隧道周围土体的温度变化情况,通过活塞风进出口温度的变化,计算活塞风的取热量。为了能够更好地提取活塞风中的热量,需要对热泵机组进行设计。2、以杭绍城际铁路工程中的区间隧道和车站为研究对象,分析管片内预制热交换管作为换热器的传热理论。分析热交换管在管片内的布置方式、热交换管之间连接方法以及管片环之间热交换管的串联方法,并分析整个换热系统的运行原理。通过建立径向模型,从制冷和制热两个工况,分析热交换管内循环水对隧道周围土体温度场的影响。对于埋设热交换管的管片,从承载截面的面积和惯性矩两个方面分析热交换管对盾构管片承载力的影响。通过两种换热方法在各方面的对比,选择出更具有应用价值的换热方法。3、对于更加具有实际应用价值的换热方法,结合实际工程进行换热方案的设计,计算工程量,并进行造价估算。