高速铁路隧道设计参数

A
42
钝形
0
尾部压力损失 系数
列车长（Ltr） 430及320（m） 430及320（m）
B 34 流线型 0
V=160km/h双线
断面 类型 净空横断面 (m2) 机车车形 线间距 (m) 车辆密封指数 τ (s)
V=200km/h
净空横断 面最小面 积(m2) 双线 80 80 车辆 密封指数 τ(s) 0 0.7 0.7 0 Δp (kPa/3s)

断面类型 净空横断面 最小面积 (m2) 42 机车车形 车辆 密封指数τ(s)
A
钝形
0
160km/h 暂规
B 34 流线型 0 断面类型 净空横断面 最小面积 (m2) 80 71 机车车形 车辆密封指数 τ (s) >1.3 >2.0
线间距 (m) 4.2 4.2
D E
钝形 钝形
F
68
流线型
2.0 4.0 （ 稍加密封） 1.2 3.0 （ 稍加密封）
“不密封的标准车” τ< 0.4~0.8s
“严格密封”车
τ = 5.0s
断 面 比 1:1.4~1:1.5
“新型密封空调车” τ= 8.0
高速铁路隧道 内净空断面图
时速160~200km铁路隧道断面
单线 42 m2 τ=0.7s 双线 80 m2 τ=1.5s
2
车辆密封性的影响
Pi P a (1 e
t

)
t
Pi Pa ( P0 P a ) e

Pi ( t )
1

0 Pa ( t ) e
t

t

dt
“不密封”的标准车辆τ =0.7 s 密封“好”的车辆 τ =5.0 s 密封空调车 τ =7.0 s
Einmalberg隧道实测数据
DB 300km/h β=0.10
A=100m2
净空面积建议
隧道类型 车速 净空面积 阻塞比 （km/h) （m2) 舒适度准则（kPa/3s) 3.0 1.25 0.8
相应车辆密封指数τ（s)
双线 （考虑会 车） 200 250 300 350 单线 200 250 300 350 70 0.147 1.2 3.0 52 0.198 7.0 7.0 100 0.103 2.0 4.0 80 0.128 6.5 5.6
东海道新干线 A=60.5m2 β=0.22 山阳新干线 A=63.4m2 β=0.21
放大横截面
德国 DB 250km/h A=82m2 β=0.13 曼海姆－斯图加特 隧道占30％ 汉诺威－维尔茨堡 隧道占37％ DB 300km/h A=100m2 β=0.10
汉城-釜山高速 300km/h A= 107m2 隧道占38％ 共136.6km
2
车形的影响
V=160km/h单线
断面 类型 净空横断面 (m2) 机车车形 车辆密封指数τ(s)
钝形机车 截面积（Ftr） 12.6（m2） 周长（Str） 壁面摩擦系数 ftr 头部压力损失 系数 14.24（m） 0.007 0.544 0.32
流线型机车 11.2（m2) 13.4（m） 0.0025 0.0 0.0161
V=300km/h,
车长ltr=360m, 隧道净空面积At=100m2 0.8ltr ,1.2ltr，3.5ltr（1260m)
P 3600 [1 ABS (sin 6 . 409
l tr lt
)]
lt（m） τ=0.7s时的 (ΔP/3s)max (kPa) 头部 尾部
780 2.84 2.44 0.7
4.0
0
两类衬砌型式
动力荷载

DS853（1993）


作用在衬砌表面的法向荷载： V=300km/h,At=92m2 , p=±6.0kPa V=300km/h,At=56m2 （单线）, p=±4.5kPa V=250km/h,At=82m2 , p=±5.0kPa 作用在衬砌结构上的纵向荷载 V=250km/h,At=82m2 , p=0.75kPa 此类荷载对衬砌结构不会有显著影响，但对某 些设备和设施可能会有影响。
空气阻力（高速）
双线(100m2)
单线(70m2)
空气阻力（160km/h）
微压波和缓冲棚
条件 1.洞口有建筑物 建筑物无特殊 环境要求 建筑物有特殊 环境要求 2.洞口无建筑物 (住宅距洞口大于50m) 距洞口 20m 建筑物处 <20Pa 微压波峰值
按要求
<50Pa
(
dp dt dp dt
D E
80 71
钝形 钝形
4.2 4.2
>1.3 >2.0 3.3 <3.0 <3.0 <3.0
F
68
流线型
4.0
0
单线
42 52
列车速度的影响
( p ) max kv
2 N
单线， N 1 . 3 0 . 25 会车， N 2 . 16 0 . 06
净空面积的影响
v 300 km / h l t 1140 m l tr 360 m S tr 10 . 30 m
铁路类型 隧道长度 （占线路比例） 隧道密集程度 瞬变压力 （座/小时） （kPa/3s）
A（平原）
B（平原） C（山丘） D（山丘）
单线
双线 单线 双线
<10%
<10% >25% >25%
AND
AND OR OR
<4
<4 >4 >4
2.0
3.0 0.8 1.25
消减空气动力学效应
相关措施

提高车辆密封性 洞口缓冲结构
m 1 . 09 0 . 669 P 0 . 1G 0 . 0413 T 0 . 182 S 0 . 9 1 . 95 1 . 2 P 0 . 3 G 0 . 072 T 0 . 409 S


B.R(R.G.Gawthorpe)
舒适度标准
铁路运营 类型 隧道长度 （占线路 比例）
瞬变压力 隧道口微压波 行车阻力 列车风

乘车舒适度 车辆结构 爆破噪声 洞口建筑物 坡度折减 人员作业
其他效应 热量 温度等 动力荷载

列车进入隧道引起的压力波动
A
C
B
D
衰减与叠加
T.Muehlberg 5527m,Wurzburg-Hannover
列车在隧道内 交会
隧道长度的影响
压力波动程度评估和阈值


“峰对峰”(peak-to-peak)值Δp Δp/Δt (Δt =3s,4s)
舒适度阈值 英国 铁路 (1976) 3kPa/3s Gawthorpe (1988 ) 4kPa/4s 地铁 1kPa 海峡联络线 双线 3kPa/4s 单线 2.5kPa/4s 对员工 7 kPa/4s 德国 DS 853 行车不繁忙（DB旧线） 1.25kPa/3s 新建高速 0.8kPa/3s (At=100m2,τ=7.0s) 日本 新干线 1kPa 0.3kPa/s
)0
1 2

v
3
[1 (1 ) ]
2
d
(1
v C
)[
v C
(1 ) ]
2
(
) EX (
dp dt
) 0 exp( l ) ( dp dt ) EX ) EX , r d
L d [(
v v

) 1]
3
P (r , t ) P (t ) d C
问题和今后工作
压力变化阈值 舒适度准则 3kPa/3s 车辆密封模型 D.B, B.R 指数模型

瞬变压力计算 一维模型 物理模型试验论证 行车阻力 坡度折减 线路参数 微压波计算及缓冲棚设计缺乏理论分析和 试验背景 主要针对京沪高速

高 速
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中铁西南院
谢谢各位！ 谢谢各位！
2S Cr ( dp dt
S t : S h 1 : (1 . 4 ~ 1 . 5 ) S s : S t 0 .2 ~ 0 .3
隧道设计参数建议表（京沪高速）
方案 净空断 车辆密封指数 τ（s) 面积 (m2) V=300km/h A B 100 70 V=350km/h 6~17 9~20 隧道口 与明线相比 缓冲棚 空气阻力增量 长度（m) (%) 平均 最大 3~13 15~30 4~20 23~49 会 车 30
1980 3.25 2.82 1.0
2100 3.08 2.84 0.85
2220 2.98 2.94 0.7
满足 (ΔP/3s)max<3kPa 所需要的密封指数
竖井的影响
x lt

2M 1 M v C
M
l t 1140 m , l tr 110 m , v 250 km / h , S t 82 m
900 3.51 1.72 1.0
1020 4.02 2.43 1.3
1140 4.37 3.34 2.0
1260 4.36 3.6 2.0
1380 4.16 3.46 1.95
1500 3.78 3.41 1.75
1620 3.7 3.21 1.5
1740 3.58 2.99 1.2
1860 3.49 2.96 1.15
<10% >25% >25% >50%
瞬变压力（kPa/4s）
极端场合 4.0 3.0 1.25 1.0 正常场合 2.5 2.0 0.8 0.7