地源热泵通过地下换热器直接获取和利用浅层地热能,是一项环保可再生的能源利用技术。传统的地源热泵使用钻孔埋管的方式埋设换热管路,前期投入大、占用土地资源多。能源隧道将热泵系统主回路安装在隧道衬砌、仰拱中取代钻孔埋管,节省了初期投入,具有广泛应用前景。本文主要研究将换热管路安装在预制管片中的能源盾构隧道传热、受力的性能和施工方法。本文结合京张高铁清华园能源盾构隧道试验段的施工及测试,使用Comsol Multiphysics有限元分析软件模拟了能源盾构隧道的热响应和结构响应,总结了试验段施工中遇到的问题,对能源管片的制作和安装方法进行了讨论。本文的主要工作成果有:1.使用Comsol软件模拟了能源隧道的热响应试验。将TPT试验的模拟结果与八达岭能源隧道测试试验进行比对,在此基础上,以围岩的导热系数和系统的加热功率为变量进行了TRT试验的模拟,分析了影响能源隧道换热性能的因素。对不便直接测量围岩导热系数的地区,提出了使用TRT热响应试验获得的系统相对热效率#,来反映不同场地综合换热能力的方法。同时分析了不同的布管方式对系统换热能力的影响。2.测试了能源管片养护过程中、安装前后的应变变化情况,使用Comsol软件模拟了盾构隧道的施工过程以及能源盾构隧道换热过程中的结构响应。本文将管片的实际受力状态分为管片养护过程、隧道施工过程和系统换热过程,以叠加原理为基础,分别分析了以上三个过程中混凝土管片的应变变化情况,对能源盾构隧道换热过程中的受力情况进行了分析。分析了管片结构在换热过程中受力的最不利位置。3.能源盾构隧道的施工需要在盾构隧道施工的基础上进行改进。本文依托京张铁路清华园能源盾构隧道试验段的施工工作,对能源管片的预制工作和现场的施工工作进行了总结,分析了实际施工过程中会对施工质量产生影响的因素,总结了试验段施工过程中遇到的问题,为能源盾构隧道的施工提出了建议。