由于缺乏对地铁围岩传热的科学顶测与控制,已出现大量地铁围岩及地铁空间内热环境不断恶化的例子。热环境的恶化会影响地铁正常运营甚至被迫停运改造,而地铁围岩的传热量是确定地铁环控系统热负荷的基础,对地铁工程投资、运行能耗与长期稳定的可持续运行有着苇要影响。目前尚难以科学可靠的预测评价地铁内热环境,其关键原因是地铁围岩传热规律、温度场演化的时空特征及其控制因素尚不明确。　　 鉴于此,本文研究目的是要应用传热学基本原理,结合不同的环控条件、地质条件和地区气象条件对地铁围岩传热开展探索性的研究工作,期望能对地铁围岩传热量及地铁通风空调热负倚的确定具有指导价值。在综述有关围岩传热研究现状的基础上,本文着重研究了地铁系统的围岩传热机理,实测了南京地铁的初始地温场,并通过反演公式计算了原位土层的导热系数;应用数值方法详细研究了围岩传热范围的各个影响因素:基于恒温边界平壁模型推导了传热范围的计算公式;通过模型实验对比分析了不同类型围岩的传热特点并验证了传热范围计算公式的适用性;最后结合复杂的边界条件,经大量数值模拟结果的统计分析,得到了变温层内地铁围岩热透厚度的经验公式;对南京地铁一号线各车站的围岩传热量进行了计算,并将计算结果与现有的设计指标做了对比分析。本文的主要结论为:　　 (1)根据周期性温度边界下的半无限大物体内的温度场分布规律,得到了地层温度场的解析方程。采用铂电阻温度传感器对南京地铁二号线某站地面至地下17m的岩土层的实际温度作了长期观测,通过统计分析,得到了南京地铁周围地层温度场的变化规律,地面温度波年变化规律为t0=19.47+17.56cos(2π/Tτ);并通过反演计算的方法确定了地下岩土层的真实热物性参数。　　 (2)通过数值方法对影响地铁围岩传热的因素进行了逐个分析,结果显示:在地铁运营初期,围岩传热较快,温度随时间变化大,随着传热时间推移,围岩的热透厚度不断增大,增长速率逐渐变缓;当其它条件相同的情况下,围岩的初始地温、热物理性质以及隧道内的温度对传热范围的影响较大,而壁面换热系数和隧道断面形状对传热范围的影响则相对较小。其中,围岩的传热范围随着导热系数、隧道内温度和换热系数的增大而增大,随初始地温、比热和密度的增大而减小。　　 (3)对比分析了各种传热模犁,考虑地铁围岩传热特点,基于恒温边界平壁模型,结合傅立叶定律,采用拉氏变换,推导了恒温边界条件下的围岩传热范围的理论计算公式及其近似解为x=√-πατln[1-[tn-t(x,τ/tn-t0)2]。　　 (4)以传热理论为基础,自行研发了隧道围岩传热模型实验台装置,该实验台可利用智能温度调控器和微调电热棒调节控温箱内水体的温度,通过水泵循环的方式来控制管道温度,模拟隧道围岩传热过程。通过各种围岩类型下的模型实验对比分析可得,围岩的组合类型以及围岩的热特性对传热范围和温度场的分布会产生较大影响。　　 (5)利用实测的南京地铁围岩初始地温场分布特征,建立浅层地铁围岩传热的数值模型,通过大量模拟结果的回归统计分析可得,地铁围岩在变温层内热透厚度的经验公式为x顶部=(tn-t0)0.43α0.24h1.75、x侧面=x顶部+2/3(x底部-x顶部);变温层内热透厚度稳定处的温度为:tx=tn-(tn-t0)√1-e x2/πατ+A0e-√π/αΤ(h-x)cos[2π/αΤ(h-x)]。　　 (6)将本文的半经验公式计算结果与设计值进行对比发现,南京地铁一号线A站的环控能力设计不足;D站、F站和G站基本上从第3年开始显示环控能力的不足;而B站、E站和H站在10年后的围岩传热量已接近设计值,可以预见10年后这三站的环控系统将会很难维持车站内的良好的热环境;C站的情况相对较好,设计传热量与计算结果相比偏小。