高速铁路隧道

第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（六）列车密封条件对车内压力波动的影响
• 计算结果表明，车辆的密封对车内压力波动的影响 可以归结为“缓解”和“滞后”两种效应。
• 值得指出的是，在考虑到列车交会的情况下，就车 外压力而言，洞口会车有时会成为最不利情况，然 而在列车密封的条件下，洞口会车并非为最不利情 况。由于“滞后”效应，车内压力来不及“响应” 列车就出洞了。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（六）列车密封条件对车内压力波动的影响
在车辆密封的情况下，假定车外压力为常数，车内 压力随时间的变化可以表为：
Pi Pa (1 - e-t/ )
式中 称为“密封指数”用于衡量车辆的密封
程度。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（六）列车密封条件对车内压力波动的影响
根据Mach波叠加情况可以理论地得到竖
井的最佳位置： X L 2M (1 M )
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（五）列车交会的影响 • 双线隧道列车在隧道中交会引起压力波动的
叠加，情况十分复杂。ORE研究报告说，列 车交会时，压力波动最大值是单一列车运行 情况的2.8倍。 • 实际上，列车交会时所产生的压力波动同列 车长度、隧道长度、会车位置、车速等多种 因素有关。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（七）压力波动程度阈值的确定
高速铁路隧道设计应通过正确地选择隧道设计参数， 将压力波动控制到“允许”范围内。
评定压力波动程度一般采用的参数有：
① “峰对峰”最大值。即最大压力变化的绝对值； ② 压力变化率的最大值。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
Pmax kv2 β N
单一列车在隧道中运行时，N =1.3 0.25。考虑列车交会 时，N =2.16 0.06。
＝列车横截面积 隧道内轨顶面以上净空面积
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（四）竖井的影响
竖井（斜井、横洞）的存在会缓解压力 波动的程度。竖井位置对减压效果的影响很 大，并不是处于任何位置的竖井都能有较好 的效果。竖井断面积５～１０m2即可，加大 竖井的横断面积，并不能收到好的效果。
高速铁路的隧道设计是由限界、 构造尺寸、使用空间和缓解及消减 高速列车进入隧道诱发的空气动力 学效应两方面的要求确定的。研究 表明，以上两方面要求中，后者起 控制作用。
第一节
空气动力学 效应问题综述
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
当列车进入隧道时，原来占据着空间的 空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁 面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气 不能象在隧道外那样及时，顺畅地沿列车两 侧和上部流动，形成绕流。于是，列车前方 的空气受压缩，随之产生特定的压力变化过 程,引起相应的空气动力学效应并随着行车速 度的提高而加剧。
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
（一）空气动力学效应对高速铁路运营的影响
1、由于瞬变压力造成旅客耳朵不适，乘车舒适度降 低，并对铁路员工和车辆产生危害；
2、当高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微压 波，引起爆破噪声并危及洞口建筑物；
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素
隧道方面
隧道净空断面面积，双线单洞还是单 线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助 结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类 型(整体、板式还是碎石道床)等。
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（一）隧道长度的影响
当隧道长度为１km时，压力波动明显加 剧，而当隧道长度进一步增大到３km时，压 力波动则并无显著加剧，反而有缓解趋向。 列车交会的双线隧道，最不利情况发生在列 车交会在隧道中点时。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（二）列车速度的影响
ORE的研究报告提出压力波动同列车速 度平方成正比。
其它方面
列车在隧道中的交会等。
第二节
瞬变压力问题
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加
① 列车移动时从挤压、排开空气到留下真 空整个过程引起的压力变化；
② 列车车头进入隧道产生的压缩波以及车 尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口 之间来回反射产生的压力变化。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（三）隧道净空断面面积的影响
对于压力波动，诸因素中隧道横截面积 的影响是最大的。ORE曾经系统地研究了各 种因素对压力波动的影响。结果也表明，隧 道净空断面面积，或者说，隧道阻塞比是最 主要的因素。
第二节 列车进入Fra Baidu bibliotek道引起的瞬变压力
（三）隧道净空断面面积的影响 压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系：。
对于短隧道，压力波反射的周期大为缩 短。同时，在反射过程中能量损失也较少， 致使压力波动程度加剧。试验表明，压力波 动绝对值，并不随隧道长度的减小而减小。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（一）隧道长度的影响
因此，对高速铁路中的隧道，有的虽然 不长（例如长度在１km左右），其可能引起 的行车时的压力波动仍然不能忽视。但是， 当隧道长度短到使列车首尾不能同时在其中 时。则Math波的叠加不可能发生，压力波动 程度当然随之缓解。
3、行车阻力加大，引起对列车动力和总能量消耗的 特殊要求；
4、空气动力学噪声 ； 5、列车风加剧，影响隧道内人员作业。
第一节 高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述
（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素
机车车辆方面
行车速度，车头和车尾形状，列车横断 面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度， 车辆的密封性等。
当双线隧道中同时有不同方向 列车相向行驶时，叠加所产生的情 况则更为复杂。
列车在隧道中运行时(无相向行 驶列车)车上测得的最大压力波动发 生在第一个反射波到达列车时。
第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力
（一）隧道长度的影响
压力波以声速传播，对于长隧道，来回 反射的周期相应较长。同时，在反射的过程 中能量有所衰减。