第25卷第6期 夏才初，等：能源恤铁车站板式热交换构件避态传热问题的理论解 .543. 体结构施工安全，主要结构构件包括围护墙体 热交换构件需满足以下两个充分条件： (SMW工法桩、钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩、地 (1)结构有足够埋深。埋深至少应大于3m 下连续墙、支撑体系（土层错杆、混凝土支撑体 此时周围地层温度较为稳定，受地表太阳辐射作用 系、钢支撑体系)等：后者为车站使用阶段服务， 较小，因而温府服荡蝠府较小。经研究发现，以中 为完成车站么种使用功能而建浩，常注浩干围护结 闲上海地区为例，当地层茶度为3m时，温府据幅 构以内，包括车站外墙、顶板、中板、底板及出入 己衰减为地表振幅的10.4%，即当地表振幅为 口附属结构等。 12.6℃，而地下3m处温度振幅仅为1.32℃，地层 温府己其本处于稳定状态 (2)结构应与周围地层充分接触，有较大的 接触面积。与热源充分接触，是完成热传导的基本 前提，因此结构与周用地层具有较大的接触面是结 构能作为能源地铁车站热交换构件的一个充分条 件。 根据上述原则，经综合评价后发现，绝大部分 基坑围护结构以及车站主体结构中的顶板、底板满 图】地铁车站结构示意图 足以上要求，可作为热交换构件，如表1所示。 Fig. 地下树可用作换取地层层地温能的 表1能源地铁车站热交换构件 Table 1 Heat-exchangers in energy subway station 结构类型 子类 可作为热交换构件的结构 用护结构 围护墙休 SMW工法桩、钻孔灌注桩、水泥土搅拌柱、地下连续墙、重力式挡墙 围护结构 支境体系 十层错杆 主体结构 车站主体 顶板、底板 根据以上各种热交换构件外形特点的不同，能 源地铁车站主要热交换构件可分为两大类：板式热 交换构件和桩柱式热交换构件。 前者具有代表性的结构是顶板、底板、地下连 续墙。而围护墙体中的SMW工法桩、挡士钻孔溜 t-0 注桩呈柱列式布置，且间距小，故从宏观上亦属于 板式热交换构件。 而除此以外，地铁车站中立柱桩、抗拔桩之类 布置在结构底板以下的结孔灌注桩和作为外支撑 的土层锚杆亦可考虑加以利用，属于桩柱式热交换 构件。 图2板式热交换构件传热模型简图 Fig.2 Model of slab-type heat-exchanger 2板式热交换构件实际瞬态传热问题及其 半无限大固体表面有热流边界条件q-9),物 实际传热特点 体内初始温度场T-T,问题的数学描述如下 2.1传热问题的数学描述 在土体内部，需满足热传导基本方程例，即： 简化后的板式热交换构件传热模型如图2所 a27x0_1arx0,0<x<0,1>0 (1) a di第 25 卷第 6 期 夏才初，等：能源地铁车站板式热交换构件瞬态传热问题的理论解 ·543· 体结构施工安全，主要结构构件包括围护墙体 （SMW 工法桩、钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩、地 下连续墙）、支撑体系（土层锚杆、混凝土支撑体 系、钢支撑体系）等；后者为车站使用阶段服务， 为完成车站各种使用功能而建造，常建造于围护结 构以内，包括车站外墙、顶板、中板、底板及出入 口附属结构等。 地下结构可用作换取周围地层浅层地温能的 热交换构件需满足以下两个充分条件： （1）结构有足够埋深。埋深至少应大于 3m， 此时周围地层温度较为稳定，受地表太阳辐射作用 较小，因而温度振荡幅度较小。经研究发现，以中 国上海地区为例，当地层深度为 3m 时，温度振幅 已衰减为地表振幅的 10.4％，即当地表振幅为 12.6℃，而地下 3m 处温度振幅仅为 1.32℃，地层 温度已基本处于稳定状态[2]。 （2）结构应与周围地层充分接触，有较大的 接触面积。与热源充分接触，是完成热传导的基本 前提，因此结构与周围地层具有较大的接触面是结 构能作为能源地铁车站热交换构件的一个充分条 件。 根据上述原则，经综合评价后发现，绝大部分 基坑围护结构以及车站主体结构中的顶板、底板满 足以上要求，可作为热交换构件，如表 1 所示。 表 1 能源地铁车站热交换构件 Table 1 Heat-exchangers in energy subway station 结构类型 子类 可作为热交换构件的结构 围护结构 围护墙体 SMW 工法桩、钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙、重力式挡墙 围护结构 支撑体系 土层锚杆 主体结构 车站主体 顶板、底板 根据以上各种热交换构件外形特点的不同，能 源地铁车站主要热交换构件可分为两大类：板式热 交换构件和桩柱式热交换构件。 前者具有代表性的结构是顶板、底板、地下连 续墙。而围护墙体中的 SMW 工法桩、挡土钻孔灌 注桩呈柱列式布置，且间距小，故从宏观上亦属于 板式热交换构件。 而除此以外，地铁车站中立柱桩、抗拔桩之类 布置在结构底板以下的钻孔灌注桩和作为外支撑 的土层锚杆亦可考虑加以利用，属于桩柱式热交换 构件。 2 板式热交换构件实际瞬态传热问题及其 实际传热特点 2.1 传热问题的数学描述 简化后的板式热交换构件传热模型如图 2 所 示。 图 2 板式热交换构件传热模型简图 Fig.2 Model of slab-type heat-exchanger 半无限大固体表面有热流边界条件 q=q(t)，物 体内初始温度场 T=T0，问题的数学描述如下。 在土体内部，需满足热传导基本方程[8]，即： 2 2 T xt T xt (,) 1 (,) x α t ∂ ∂ = ∂ ∂ ，0 ,0 < <∞ > x t （1）