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基础设施建设的飞速发展,特别是铁路事业的飞速发展,为我国整体经济实力的提升提供了强劲的推动力。目前,国内铁路隧道总量突破五万座,是铁路日常维护工作的重点之一。其中,隧道顶部因为老化出现裂缝导致水渗出、渗水在北方冬季极易凝固成冰,这些冰柱随着渗水的不断持续会增大和变长,造成隧道内电气化铁路接触网发生短路接地故障,严重威胁铁路隧道内设备和机车的正常安全运行,是隧道内接触网冬季故障的首因。铁路部门和研究机构提出了很多方法来处理隧道内冰害,但考虑到应用成本和实施难度,目前采用最多的仍旧是人工打冰。人工打冰需要投入很大的人力,除冰工人每日可能需要除冰多次,每次路途巡视耗费数小时,工作环境非常恶劣危险。因隧道渗水造成的冰害,成了铁路冬季需要解决的迫切问题。为有效、可靠地解决隧道内的冰害,本文提出利用激光照射挂冰根部、融化冰柱与隧道顶（壁）的接触层、使挂冰在重力作用下自然坠落、去除冰患的方法;并通过理论分析、仿真计算、实验验证三个方面论证了该方法的可行性与有效性。论文主要做了如下工作:电磁致热理论方面,论文用麦克斯韦方程组作为起点,推导了电磁场能量定理,给出定量计算激光的热效应的通用方式。电磁传播理论方面,论文利用激光的波动性切入,从波动方程推导了激光在平面波和球面波情况下的解,并以此为基础,得到了实际中常用的高斯光束,及其特性参数与传播性质。电磁场对物质作用理论方面,论文从电磁场的物质性切入,分析了极化、磁化现象中发生的能量损耗现象;接着从由折射-透射定律入手,分析导出了广义吸收参数。物料对激光的吸收理论方面,论文利用高频光波的粒子性切入,使用比尔-兰伯特定律对吸收过程做了分析。传热理论方面,文章以固体内部传热问题为主要研究对象,推导了所研究系统的控制方程。流体力学方面,考虑了充分发展的流动对研究的影响。为处理冰-水相变、及其在理论模型中所引发的“材料丢失”等现象,论文提出一种新的方法:等效材料法。该方法通过扩展材料的热导率为二阶张量,再对张量矩阵做有目标的设计,使相变材料具有了一些能够简化相变计算的特殊性质,可以有效削减相变分析的复杂程度。论文据此建立了电气化铁路隧道激光除冰的仿真计算模型,计算发现,使用波长为940nm、功率为20W、光斑直径为9mm的激光器从斜下方照射初始温度为-10℃、高度为150mm、直径为100mm的圆柱体冰柱,200s后冰柱上出现一个深度为10mm、直径为18.5mm的孔洞,继续照射至300s,孔洞深度变为20mm,直径没有变化,仍为18.5mm。还计算了该型激光直接照射加热混凝土隧道壁的情况,加热至稳态时,混凝土的温度从-10℃上升至25℃,表明该型激光造成的温升对隧道壁没有负面影响。随后在同等参数下进行了室内实验,实验表明,照射300s后冰柱上出现一个截面为圆形的孔洞,直径约为20mm,深度约为19mm,孔洞内部未见残留的冰渣、或冰水混合物。实验过程中还观察到,在持续照射加热过程中,除被直接照射区域外,冰柱其余区域无明显软化、滴水的现象出现,也没有结构上的变化或破坏;说明除冰过程对非作业区域没有影响,不会影响到附近可能存在的其它铁路设备和设施。以上结果可以证明,本文所提出的等效材料法及所建立的电气化铁路隧道激光除冰模型的适用性和正确性。理论研究与实验结果还证明,电气化铁路隧道内应用激光加热去除挂冰的方法是有效的、可行的。