[PPT]高速鐵路隧道講義

1、各位好7/22/20221機車車輛研究所高速鐵路隧道7/22/20222機車車輛研究所 高速鐵路的隧道設(shè)計是由限界、構(gòu)造尺寸、使用空間和緩解及消減高速列車進入隧道誘發(fā)的空氣動力學(xué)效應(yīng)兩方面的要求確定的。研究表明，以上兩方面要求中，后者起控制作用。7/22/20223機車車輛研究所 第一節(jié) 空氣動力學(xué)效應(yīng)問題綜述7/22/20224機車車輛研究所第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述 當(dāng)列車進入隧道時，原來占據(jù)著空間的空氣被排開。空氣的粘性以及氣流對隧道壁面和列車表面的摩阻作用使得被排開的空氣不能象在隧道外那樣及時，順暢地沿列車兩側(cè)和上部流動，形成繞流。于是，列車前方的空氣受壓縮，隨

2、之產(chǎn)生特定的壓力變化過程,引起相應(yīng)的空氣動力學(xué)效應(yīng)并隨著行車速度的提高而加劇。7/22/20225機車車輛研究所第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述7/22/20226機車車輛研究所（一）空氣動力學(xué)效應(yīng)對高速鐵路運營的影響1、由于瞬變壓力造成旅客耳朵不適，乘車舒適度降 低，并對鐵路員工和車輛產(chǎn)生危害；2、當(dāng)高速列車進入隧道時，會在隧道出口產(chǎn)生微壓 波，引起爆破噪聲并危及洞口建筑物；3、行車阻力加大，引起對列車動力和總能量消耗的 特殊要求；4、空氣動力學(xué)噪聲 ； 5、列車風(fēng)加劇，影響隧道內(nèi)人員作業(yè)。第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述7/22/20227機車車輛研究所

3、（二）高速鐵路隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)的影響因素 機車車輛方面 行車速度，車頭和車尾形狀，列車橫斷面，列車長度，列車外表面形狀和粗糙度，車輛的密封性等。第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述7/22/20228機車車輛研究所（二）高速鐵路隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)的影響因素 隧道方面 隧道凈空斷面面積，雙線單洞還是單線雙洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及輔助結(jié)構(gòu)物形式，豎井、斜井和橫洞，道床類型(整體、板式還是碎石道床)等。第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述7/22/20229機車車輛研究所第一節(jié) 高速列車進入隧道誘發(fā) 的空氣動力學(xué)效應(yīng)綜述（二）高速鐵路隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)的影響因素 其

4、它方面 列車在隧道中的交會等。7/22/202210機車車輛研究所 第二節(jié)瞬變壓力問題7/22/202211機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力 列車進入隧道引起的壓力變化是兩部分的疊加 列車移動時從擠壓、排開空氣到留下真 空整個過程引起的壓力變化； 列車車頭進入隧道產(chǎn)生的壓縮波以及車 尾進入隧道產(chǎn)生的膨脹波在隧道兩洞口 之間來回反射產(chǎn)生的壓力變化。7/22/202212機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力 當(dāng)雙線隧道中同時有不同方向列車相向行駛時，疊加所產(chǎn)生的情況則更為復(fù)雜。 列車在隧道中運行時(無相向行駛列車)車上測得的最大壓力波動發(fā)生在第一個反射波到達(dá)列車時。7/

5、22/202213機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（一）隧道長度的影響 壓力波以聲速傳播，對于長隧道，來回反射的周期相應(yīng)較長。同時，在反射的過程中能量有所衰減。 對于短隧道，壓力波反射的周期大為縮短。同時，在反射過程中能量損失也較少，致使壓力波動程度加劇。試驗表明，壓力波動絕對值，并不隨隧道長度的減小而減小。7/22/202214機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（一）隧道長度的影響 因此，對高速鐵路中的隧道，有的雖然不長（例如長度在km左右），其可能引起的行車時的壓力波動仍然不能忽視。但是，當(dāng)隧道長度短到使列車首尾不能同時在其中時。則Math波的疊加不可能發(fā)生，

6、壓力波動程度當(dāng)然隨之緩解。7/22/202215機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（一）隧道長度的影響當(dāng)隧道長度為km時，壓力波動明顯加劇，而當(dāng)隧道長度進一步增大到km時，壓力波動則并無顯著加劇，反而有緩解趨向。列車交會的雙線隧道，最不利情況發(fā)生在列車交會在隧道中點時。7/22/202216機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（二）列車速度的影響 ORE的研究報告提出壓力波動同列車速度平方成正比。7/22/202217機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（三）隧道凈空斷面面積的影響對于壓力波動，諸因素中隧道橫截面積的影響是最大的。ORE曾經(jīng)系統(tǒng)地研究了各種

7、因素對壓力波動的影響。結(jié)果也表明，隧道凈空斷面面積，或者說，隧道阻塞比是最主要的因素。7/22/202218機車車輛研究所（三）隧道凈空斷面面積的影響壓力波動與隧道阻塞比之間有下列關(guān)系：。第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力單一列車在隧道中運行時，N =1.3 0.25?？紤]列車交會時，N =2.16 0.06。 7/22/202219機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（四）豎井的影響 豎井（斜井、橫洞）的存在會緩解壓力波動的程度。豎井位置對減壓效果的影響很大，并不是處于任何位置的豎井都能有較好的效果。豎井?dāng)嗝娣em2即可，加大豎井的橫斷面積，并不能收到好的效果。 根據(jù)Mach波疊加

8、情況可以理論地得到豎井的最佳位置： 7/22/202220機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（五）列車交會的影響雙線隧道列車在隧道中交會引起壓力波動的疊加，情況十分復(fù)雜。ORE研究報告說，列車交會時，壓力波動最大值是單一列車運行情況的2.8倍。實際上，列車交會時所產(chǎn)生的壓力波動同列車長度、隧道長度、會車位置、車速等多種因素有關(guān)。 7/22/202221機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（六）列車密封條件對車內(nèi)壓力波動的影響 在車輛密封的情況下，假定車外壓力為常數(shù)，車內(nèi)壓力隨時間的變化可以表為： 式中 稱為“密封指數(shù)”用于衡量車輛的密封程度。 7/22/202222機

9、車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（六）列車密封條件對車內(nèi)壓力波動的影響7/22/202223機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（六）列車密封條件對車內(nèi)壓力波動的影響計算結(jié)果表明，車輛的密封對車內(nèi)壓力波動的影響可以歸結(jié)為“緩解”和“滯后”兩種效應(yīng)。值得指出的是，在考慮到列車交會的情況下，就車外壓力而言，洞口會車有時會成為最不利情況，然而在列車密封的條件下，洞口會車并非為最不利情況。由于“滯后”效應(yīng)，車內(nèi)壓力來不及“響應(yīng)”列車就出洞了。7/22/202224機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（七）壓力波動程度閾值的確定 高速鐵路隧道設(shè)計應(yīng)通過正確地選擇隧道

10、設(shè)計參數(shù)，將壓力波動控制到“允許”范圍內(nèi)。 評定壓力波動程度一般采用的參數(shù)有： “峰對峰”最大值。即最大壓力變化的絕對值； 壓力變化率的最大值。7/22/202225機車車輛研究所第二節(jié) 列車進入隧道引起的瞬變壓力（七）壓力波動程度閾值的確定 將這兩種指標(biāo)單獨使用均不能合理地同人的生理反應(yīng)和乘員的舒適度相聯(lián)系。例如，對于變化緩慢的壓力過程，即使變化幅度較大，但由于來得及對耳腔壓力進行主動（如做吞咽動作）或被動（外界降壓時中耳通道將自動開啟）調(diào)節(jié)，不會造成很大不適。當(dāng)然，對于變化急劇的情況，盡管變化率較大，但只要變化幅度不大，也不會有多大問題。7/22/202226機車車輛研究所 第三節(jié)行車阻力

11、問題7/22/202227機車車輛研究所第三節(jié) 列車進入隧道引起的行車阻力 （一）行車阻力的組成7/22/202228機車車輛研究所第三節(jié) 列車進入隧道引起的行車阻力 （一）行車阻力的組成7/22/202229機車車輛研究所第三節(jié) 列車進入隧道引起的行車阻力 （二）隧道條件對空氣阻力的影響 隧道長度的影響7/22/202230機車車輛研究所第三節(jié) 列車進入隧道引起的行車阻力 （二）隧道條件對空氣阻力的影響7/22/202231機車車輛研究所第三節(jié) 列車進入隧道引起的行車阻力 （二）隧道條件對空氣阻力的影響 列車在隧道中交會的影響7/22/202232機車車輛研究所 第四節(jié)微壓波問題7/22/2

12、02233機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波微壓波是隧道出口微氣壓波的簡稱，是高速鐵路隧道運營過程中產(chǎn)生的空氣動力學(xué)問題之一。微壓波使得列車高速進入隧道時，在另一側(cè)出口產(chǎn)生突然爆炸聲響，對隧道出口附近的環(huán)境構(gòu)成危害。7/22/202234機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波7/22/202235機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波研究認(rèn)為，隧道出口的爆炸聲響是由列車高速進入隧道產(chǎn)生的壓縮波在隧道內(nèi)傳播到達(dá)出口時，由出口向外部放射脈沖狀壓力波而引起的。微壓波的大小與列車進洞速度、隧道長度、道床類型及隧道入口形式等有關(guān)。7/22/202236機車車輛研究所第四節(jié) 列

13、車進入隧道引起的微壓波降低隧道微壓波的工程措施有以下幾種： 采用特殊隧道入口形式(稱為洞口緩沖結(jié)構(gòu))； 采用道碴道床或具有相同效果的貼附有吸音材料 的洞壁； 連接相鄰隧道并在連接部分適當(dāng)開口，對單一隧 道可在埋深淺的地方設(shè)窗孔； 利用斜井、豎井、平行導(dǎo)坑等輔助坑道。7/22/202237機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)1、微壓波問題的提出 年，Ham mitt 通過對有關(guān)列車隧道空氣動力學(xué)問題的理論研究，提出了微壓波問題的預(yù)見。1975年，在日本新干線岡山以西段的試運營過程中首次觀察到。 此后，隨著新干線投入運營和列車速度的提高，在日本的其

14、它地方也相繼出現(xiàn)了由微壓波產(chǎn)生的洞口氣壓噪聲現(xiàn)象。7/22/202238機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波的產(chǎn)生 隧道微壓波是列車高速進入隧道產(chǎn)生的壓縮波在隧道內(nèi)以音速傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)隧道的出口時，向外放射的脈沖狀壓力波。其大小與到達(dá)出口的壓縮波形態(tài)密切相關(guān)，在靠近低頻段與壓縮波波前的壓力梯度成正比。7/22/202239機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波波形典型的洞口微壓波波形見圖。其中U為列車的進洞速度，r為測點到洞口中心的距離。隧道短

15、時，可能出現(xiàn)多個波峰，而對于長隧道來說，由于壓縮波的反射波（即稀疏波，亦稱膨脹波）波前較為模糊，使得第一個波峰最為顯著。7/22/202240機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的 實態(tài)分析 微壓波波形7/22/202241機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波的大小和道床種類及列車進洞速度的關(guān)系 當(dāng)隧道較短（如小于1km）時，道碴道床和板式道床幾乎沒什么差別，微壓波的大小基本上與 U 3 (列車進洞速度)成正比，即 Pmax=KU3/r。其中， K為隧道出口

16、地形影響系數(shù)。對于長隧道來說，道碴道床隧道的微壓波較短隧道要小，基本上也符合U3關(guān)系。7/22/202242機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波7/22/202243機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波和隧道長度的關(guān)系比較短的隧道（小于1km）微壓波的大小不受隧道長度的影響。較長的道碴道床隧道的微壓波最大值隨隧道長度的增加減少；相反，板式道床隧道的微壓波最大值隨隧道長度的增加而增加，到某一隧道長度時達(dá)最大值，其后隨隧道長度的增加而減小。7/22/202244機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波7/

17、22/202245機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波最大值的距離衰減 根據(jù)日本南鄉(xiāng)山隧道東口的測量結(jié)果。微壓波最大值大體上與到隧道出口中心的距離r成反比。7/22/202246機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波7/22/202247機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波頻譜分析 日本對米神、大倉山、南鄉(xiāng)山、加登、尾道、備后、新關(guān)門等隧道進行了實際量測分析。分析認(rèn)為，微壓波的幅值隨頻率值的增加而下降，下降梯度大體上與列車速度U成正

18、比。7/22/202248機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波頻譜分析 對于短隧道來說，道碴道床和板式道床的差別不大，微壓波的幅值隨頻率的增加而呈線性減小。7/22/202249機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（一）高速鐵路隧道微壓波問題的提出及實態(tài)2、微壓波的實態(tài)分析 微壓波頻譜分析 對于板式道床隧道，U=200km/h時的微壓波幅值在013Hz范圍圖內(nèi)呈線性減小，并在13Hz處驟減，且隧道越長，其減小的梯度越小。這一13Hz的頻率與微壓波主脈沖后產(chǎn)生的壓力變動頻率是一致的。7/22/202250機車

19、車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波7/22/202251機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（二）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的研究 日本的研究人員對微氣壓波進行了理論分析，并結(jié)合經(jīng)驗得出了壓縮波、微氣壓波的計算公式。7/22/202252機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（二）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的研究列車進洞時產(chǎn)生的壓縮波波形 列車進洞時產(chǎn)生的壓縮波最大波前梯度 7/22/202253機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（二）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的研究出口微壓波壓力與到達(dá)隧道出口的壓縮波的關(guān)系洞外點微壓波壓力與到達(dá)隧道出口的壓縮波的關(guān)系 7/22/202254機車車輛研

20、究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（二）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的研究 對于短隧道，可忽視在隧道內(nèi)傳播的壓縮波的變形，并可忽略洞口外微壓波的指向性。 由上式可知，微壓波最大值Pmax與到達(dá)隧道出口的壓縮波壓力對時間微分的最大值成正比。 因此，通過減小到達(dá)隧道出口的壓縮波波前的壓力梯度可以降低隧道出口微壓波大小。7/22/202255機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（二）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的研究 實際上，在長51 0Km的板式道床隧道中，列車以200Km/h速度進洞的情況下，其微壓波是很大的，也會產(chǎn)生氣壓噪聲。但列車速度若降低到某一速度時，其微壓波壓力將變?。ㄝ^同速度下的短隧道微壓波略大）

21、，氣壓噪聲也很小或沒有。 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的目的就是將高速列車進入隧道而產(chǎn)生的壓縮波波前的壓力梯度在傳播的最初階段就降低下來，以產(chǎn)生與降低列車進洞速度相同的效果。 7/22/202256機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析l、無開口的全封閉緩沖結(jié)構(gòu) 微壓波最大值與緩沖結(jié)構(gòu)長度的關(guān)系 僅就全封閉緩沖結(jié)構(gòu)來說，若長度大于隧道 水力直徑，其效果基本上為一定值。7/22/202257機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析7/22/202258機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗

22、分析l、無開口的全封閉緩沖結(jié)構(gòu) 微壓波最大值與緩沖結(jié)構(gòu)斷面積的關(guān)系 緩沖結(jié)構(gòu)的截面積約為隧道的1.55倍時，便可使微壓波的第一波和第二波均呈較小值。 因此，對于沒有開口的全封閉緩沖結(jié)構(gòu)，取其截面積為隧道截面積的l.55倍，長度大于隧道直徑即可。 7/22/202259機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析7/22/202260機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析2、有開口的緩沖結(jié)構(gòu) 開口部分設(shè)在緩沖結(jié)構(gòu)的側(cè)面，為長方形。對于全長開口，隨著開口面積的增加，微壓波第一波減小而第二波增加。7/22/202261機車

23、車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析2、有開口的緩沖結(jié)構(gòu) 如果對不同開口長度條件下的微壓波最大值進行比較，則當(dāng)其斷面比 = 1.62時，幾乎沒什么差別，但當(dāng)斷面比= 1.04時，1/2長開口較全長開口為小，顯示出其具有良好的降低微壓波效果。 在某一試驗條件下，微壓波最大值比在緩沖結(jié)構(gòu)開口率為0時約為0.5，而在開口面積/隧道斷面積=0.2且1/2長開口時為0.30.35左右。7/22/202262機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析7/22/202263機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三） 隧道

24、洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析7/22/202264機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析3、開槽式緩沖結(jié)構(gòu) 開槽式緩沖結(jié)構(gòu)是指斷面與隧道斷面相同而在其側(cè)面沿全長設(shè)置一定寬度的開口（槽）。 開槽式緩沖結(jié)構(gòu)的開口率不是指面積比，而是指開口弧長和緩沖結(jié)構(gòu)周長之比。緩沖結(jié)構(gòu)的長度一定時，必然存在著與之相應(yīng)的最佳開口率。7/22/202265機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202266機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202267機車車輛研究所第四節(jié) 列車進

25、入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202268機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析4、喇叭口型緩沖結(jié)構(gòu) 以上的緩沖結(jié)構(gòu)均是在主體隧道基礎(chǔ)上的附加結(jié)構(gòu)，而喇叭口型的緩沖結(jié)構(gòu)則是靠改變主體隧道的入口形式來直接降低微壓波的大小。 直線型和曲線型多少有些差別，但具有共同的趨勢。圓形斷面條件下，緩沖結(jié)構(gòu)長度/隧道直徑 =3.33、緩沖結(jié)構(gòu)開口直徑/隧道直徑 =2.5時的微壓波最大值為無緩沖結(jié)構(gòu)時的0.20.3倍。7/22/202269機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202270

26、機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202271機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202272機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（三）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的試驗分析 7/22/202273機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（四）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 山陽新干線隧道標(biāo)準(zhǔn)洞口緩沖結(jié)構(gòu)之一。整個框架為鋼結(jié)構(gòu)，其上安裝蓋板，斷面積比為 1.55，長11l2m，在沿縱向中央部位的側(cè)面設(shè)置窗口，在靠近進洞列車側(cè)窗口寬高 4m1.8m，另一側(cè)窗口寬x高4m2.4m。 該洞口緩沖

27、結(jié)構(gòu)使列車進洞時壓縮波波前的壓力梯度降為原來的0.5倍左右，相當(dāng)于列車進洞速度降低為原速度0.8（0.51/3）倍左右的效果。 7/22/202274機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（四）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 7/22/202275機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波緩沖結(jié)構(gòu)長15m，側(cè)面開口面積約15m2（大部分為左右各7.5m2）。 7/22/202276機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波緩沖結(jié)構(gòu)長12m，側(cè)面開口面積約10m2（大部分為左右各5m2） 7/22/202277機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波采用與隧道同一斷面的洞口緩沖結(jié)構(gòu)

28、形式（斷面比1）長2 0m，頂部開口，隧道長750m，開口位置任選。微壓波最大值比約為0.45，相當(dāng)于列車進洞速度降為0.77倍的效（0.451/3）果7/22/202278機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波 隧道長97OOm，緩沖結(jié)構(gòu)與隧道的斷面比=1.4，緩沖結(jié)構(gòu)長15m，側(cè)面開口面積為l5m2 7/22/202279機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波 長17m的標(biāo)準(zhǔn)洞口緩沖結(jié)構(gòu)，隧道長775m，斷面比1.4。微壓波最大值比約為O.42，相當(dāng)于列車進洞速度降為0.75（0.421/3）倍的效果。 7/22/202280機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波韓

29、國高速鐵路隧道喇叭型出入口，隧道斷面為107m2。 7/22/202281機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（四）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)并不能解決列車在隧道內(nèi)高速行走產(chǎn)生的壓力變化給乘員帶來的不適和壓力過大而帶來的耳鳴問題。但卻可以通過降低列車進洞后第一階段壓縮波的波前梯度而有效地降低出口微壓波的大小，消除洞口的爆炸聲響，減少微壓波給洞口帶來的環(huán)境危害。 7/22/202282機車車輛研究所第四節(jié) 列車進入隧道引起的微壓波（四）隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 緩沖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)將微壓波的大小、隧道的具體長度、斷面尺寸、道床類型、輔助坑道的設(shè)置、洞口附近房屋等建筑物的性質(zhì)及其

30、它環(huán)境要求、地質(zhì)地形地貌條件、工程難易程度、造價等進行綜合考慮。在有條件的隧道，還應(yīng)考慮利用其它降低微壓波的措施。如采用貼有吸音材料的洞壁等措施。 7/22/202283機車車輛研究所 第五節(jié)隧道斷面尺寸7/22/202284機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（一）降低隧道空氣動力效應(yīng)的結(jié)構(gòu)工程措施 增大隧道有效凈空面積其效果顯著。但因增加工程數(shù)量，從而提高了造價；在洞口增設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)、將隧道出入口作成喇叭型、增設(shè)混凝土明洞或鋼結(jié)構(gòu)的棚洞等，并且在其洞壁上開設(shè)通氣孔洞或窗口，既可降低洞內(nèi)瞬變壓力，又可減弱微壓波產(chǎn)生洞口附近的“爆炸”聲。在復(fù)線線路上還要確定是修建成單孔雙線隧道，還

31、是修建雙孔單線隧道。下面給出單孔雙線及雙孔單線隧道優(yōu)缺點的比較。 7/22/202285機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（一）降低隧道空氣動力效應(yīng)的結(jié)構(gòu)工程措施 單孔雙線及雙孔單線隧道的比較單孔雙線雙孔單線 空氣阻力瞬變壓力 較小設(shè)有橫通道可減少列車阻力但效果不如前好，且壓力變化頻繁 壓力波形式兩列車反向交會 沒有不同壓力波較大 沒有不同不可能 7/22/202286機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（一）降低隧道空氣動力效應(yīng)的結(jié)構(gòu)工程措施 理論及試驗研究表明，影響隧道中壓力變化的因素有：列車的速度、頭部及尾部形式、橫斷面面積、長度；車輛外表型式及粗糙度；隧道

32、的有效凈空面積大小及突變、長度及洞壁的粗糙度等。而在這些影響因素中列車的速度和阻塞比二者是至關(guān)重要的。 7/22/202287機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（二）隧道橫斷面有效凈空尺寸的選擇 影響隧道橫斷面尺寸的因素有：建筑限界；電氣化鐵路接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)限界及接觸網(wǎng)支承點和接觸網(wǎng)鏈形懸掛的安裝范圍；線路數(shù)量：是雙線單洞還是單線雙洞；線間距；線路軌道橫斷面；需要保留的空間如安全空間，施工作業(yè)工作空間等；空氣動力學(xué)影響；與線路設(shè)備的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。7/22/202288機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國隧道有效凈空斷面 根據(jù)德國有關(guān)規(guī)范隧

33、道線路危險區(qū)在列車速度為300km/h（160km/h）時，距線路中心線應(yīng)為3m。此時工作人員不能在隧道內(nèi)停留，在線路危險區(qū)處要設(shè)立安全空間。多線隧道安全空間設(shè)于兩側(cè)。安全空間的尺寸至少為高2.2m，寬0.8m。這是為了鐵路員工而設(shè)計的。 7/22/202289機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國 直線 段隧 道斷 面圖 7/22/202290機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸德國規(guī)范 7/22/202291機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國隧道有效凈空斷面安全空間設(shè)在隧道側(cè)墻一側(cè)，容許寬

34、度受以下因素的影響： 為保證乘客及工作人員安全，暫時或長期安裝的設(shè)施 防護通道，把手或防護欄桿； 專業(yè)部門安裝建筑設(shè)施； 無線電和信號系統(tǒng)配電柜和電氣開關(guān)操縱機構(gòu)。安全空間地面應(yīng)在軌面規(guī)定高度上，必需平坦，只容許有較小的橫向坡度，安全空間的地面與接觸網(wǎng)設(shè)備的帶電部分之間的距離至少為3.95m。 7/22/202292機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國隧道有效凈空斷面 在所有隧道內(nèi)，必須為每條線路設(shè)置直通的救援道路。 它設(shè)置在安全空間一側(cè)， 距線路中心線至少2.2 m。此空間高度至少為2.2 m，寬度至少為1.6m，后者可保證滿足施工作業(yè)空間后， 還

35、有1.25m的最小寬度。 根據(jù)安全方案規(guī)定配備救援列車時， 救援道路的長度為 1000 m。 而無救援列車時其長度不超過500 m。7/22/202293機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國隧道有效凈空斷面 隧道中還應(yīng)設(shè)一個施工作業(yè)工作空間，在暗挖雙線隧道內(nèi)沿隧道環(huán)形襯砌的最小厚度為0.30m，此空間應(yīng)符合下列要求： 工程輔助設(shè)施； 隧道襯砌預(yù)留的補充加強設(shè)施； 根據(jù)要求可轉(zhuǎn)換為施工作業(yè)工作空間的建筑設(shè)施。 7/22/202294機車車輛研究所第五節(jié) 高速鐵路隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸（三）國外隧道橫斷面尺寸 德國隧道有效凈空斷面 具體地說施工作業(yè)工作空間

36、可用來安裝將來需要的設(shè)備或加強襯砌以及安裝降低噪聲的護墻板，也可用來滿足襯砌未預(yù)料的少量的靜態(tài)長期變形。但不得利用施工作業(yè)工作空間來滿足隧道建設(shè)的工程誤差。7/22/202295機車車輛研究所 第六節(jié)京滬高速隧道7/22/202296機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道（一）隧道斷面 單洞雙線隧道斷面有效面積100m2； 單線隧道斷面有效面積70m2。 限速地段當(dāng)檢算行車速度小于等于200km/h 時，單洞雙線隧道斷面有效面積不應(yīng)小于 80m2，單線隧道斷面有效面積不應(yīng)小52m2。 不考慮曲線加寬。7/22/202297機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道（二）隧道緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置基準(zhǔn)：距洞門

37、50 m范圍內(nèi)的建筑物有環(huán)境要求時按要求設(shè)置，無要求時建筑物處微壓波應(yīng)小于20Pa；距洞門50 m范圍內(nèi)無建筑物時，推算距洞口20 m處的微壓波應(yīng)小于50Pa；有條件的隧道應(yīng)預(yù)留緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置條件，設(shè)路基擋墻的洞口應(yīng)將擋墻設(shè)置在預(yù)留緩沖結(jié)構(gòu)位置之外。7/22/202298機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道（二）隧道緩沖結(jié)構(gòu)緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置參數(shù)：斷面形式應(yīng)采用與隧道內(nèi)輪廓形狀相似的斷面；斷面有效面積應(yīng)為隧道斷面有效面積的 1.4 1.5倍，在緩沖結(jié)構(gòu)縱向中心附近沿兩側(cè)對稱布置開孔，開孔面積應(yīng)為隧道斷面有效面積的 0.2 0.3倍，開口長寬比為2 4；長度應(yīng)大于等于隧道水力直徑而小于等于50 m。7

38、/22/202299機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道（二）隧道緩沖結(jié)構(gòu) 緩沖結(jié)構(gòu)長度估算公式： Ld(U/U*)3-1 L：緩沖結(jié)構(gòu)長； D：隧道的換算直徑； (U/U*)3：列車進洞時壓縮波壓力梯度降 低值的倒數(shù)； U：列車實際進洞速度； U*：列車視在速度。 7/22/2022100機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 km以下的板式道床隧道洞口外一倍水力直徑處微壓波推算圖，遠(yuǎn)于該點的推算按線性遞減。7/22/2022101機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 隧道緩沖結(jié)構(gòu)示例7/22/2022102機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 隧道緩沖結(jié)構(gòu)示例7/22/2022103

39、機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 隧道緩沖結(jié)構(gòu)示例7/22/2022104機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 隧道緩沖結(jié)構(gòu)示例7/22/2022105機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 隧道緩沖結(jié)構(gòu)示例7/22/2022106機車車輛研究所第六節(jié) 京滬高速鐵路隧道 由鍍鋅波紋鋼板和H-Beam組成的隧道形狀結(jié)構(gòu)物，可以用于衰減高速鐵路隧道末端爆發(fā)音7/22/2022107機車車輛研究所 增 節(jié)新建時速200公里客貨共線鐵路隧道7/22/2022108機車車輛研究所新建時速200公里客貨共線鐵路隧道隧道斷面內(nèi)輪廓 單線隧道內(nèi)軌頂面以上凈空面積應(yīng)不小于50m2；雙線隧道內(nèi)軌頂面以上凈

40、空面積應(yīng)不小于80m2。 7/22/2022109機車車輛研究所防 災(zāi) 長度在500m以上的隧道應(yīng)設(shè)貫通整個隧道的救援通道，雙線隧道在兩側(cè)設(shè)置，單線隧道在單側(cè)設(shè)置；救援通道寬1.6m，高2.2m，外側(cè)距線路中線不得小于2.2m；有條件時，應(yīng)在兩單線隧道間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，間距不宜小于500m。 新建時速200公里客貨共線鐵路隧道7/22/2022110機車車輛研究所緊急呼叫電話 隧道內(nèi)兩側(cè)應(yīng)設(shè)緊急呼叫電話，單側(cè)兩部電話的距離為500m，隧道兩側(cè)錯開設(shè)置。電話應(yīng)安裝在器材洞內(nèi)，并設(shè)標(biāo)志牌。新建時速200公里客貨共線鐵路隧道7/22/2022111機車車輛研究所輔助洞室 隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置存放維修、防災(zāi)工具

41、及其它業(yè)務(wù)部門的專用洞室器材洞。主要用于長隧道維修養(yǎng)護人員避車、放置維修養(yǎng)護材料及設(shè)備、滅火設(shè)備等。洞室間距一側(cè)為500m，深5.0m，沿隧道兩側(cè)錯開布置，其它尺寸參照現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中大避車洞尺寸或按有關(guān)專業(yè)要求設(shè)計。 新建時速200公里客貨共線鐵路隧道新建時速200公里客貨共線鐵路隧道7/22/2022112機車車輛研究所 第七節(jié)高速鐵路隧道防災(zāi)7/22/2022113機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)高速鐵路條件下的隧道災(zāi)害，主要表現(xiàn)為火災(zāi)、水災(zāi)、空氣動力學(xué)問題、隧道內(nèi)掉塊、侵限和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。7/22/2022114機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)隧道內(nèi)掉塊、侵限和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問

42、題是鐵路隧道的共有問題，即隧道病害問題，在非特大災(zāi)害條件下(如爆炸、地震、山體滑坡等)一般來說發(fā)展較為緩慢，有一定的時間發(fā)現(xiàn)和整治，且可通過提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和施工工程質(zhì)量來相應(yīng)提高其抗災(zāi)能力，有關(guān)隧道病害的監(jiān)測、檢測、狀態(tài)評估和整治能夠獨立進行操作。 7/22/2022115機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)空氣動力學(xué)問題可以通過對隧道斷面和隧道洞口形式等采取一系列構(gòu)造技術(shù)措施來解決；水災(zāi)問題在水底隧道中最為突出，危害也大；火災(zāi)具有突發(fā)性，常常造成災(zāi)難性后果。 7/22/2022116機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（一）鐵路山嶺隧道內(nèi)火災(zāi)的特點1、隧道內(nèi)乘客避難和救援困難。2、固定滅火

43、設(shè)備和排煙設(shè)備綜合配置難度大。3、火勢也比非隧道區(qū)段發(fā)展迅猛。4、火災(zāi)后滅火、恢復(fù)整治時間長，間接損失大。5、很難保證固定的防災(zāi)設(shè)施在火災(zāi)發(fā)生時能完好工作。6、在隧道短且較分散的情況下，在全線隧道上維持有效的全自動化監(jiān)測和消防設(shè)施投入大、難度高。7、客運列車火災(zāi)規(guī)模小于貨運列車。8、整個安全系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)、通報、判斷確認(rèn)、停車到啟動消防及救援系統(tǒng)的時間較長。7/22/2022117機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（一）鐵路山嶺隧道內(nèi)火災(zāi)的特點根據(jù)隧道內(nèi)列車火災(zāi)特點，綜合分析國外高速鐵路隧道列車火災(zāi)發(fā)生條件及防治措施，高速鐵路的隧道安全系統(tǒng)的火災(zāi)防治問題應(yīng)與線路、機車車輛、運輸組織、供電及通信

44、信號、車站安全監(jiān)測、列車工作人員素質(zhì)等幾方面共同解決，最大限度地防止列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)和火災(zāi)列車進入隧道，并建立起完善的火災(zāi)防止和火災(zāi)處置程序和行之有效的管理體制。 7/22/2022118機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（二）隧道內(nèi)列車消防設(shè)施1、輔助洞室避車洞主要用于長隧道維修養(yǎng)護人員避車，放置維修養(yǎng)護材料及設(shè)備，滅火設(shè)備等。不論高速鐵路采用何種維修養(yǎng)護體制，都不能完全避開運營時間內(nèi)進行一些必要的維修養(yǎng)護作業(yè)，而避車洞是永久性建筑物，是作業(yè)人員和設(shè)備的安全待避所，可以為作業(yè)人員和行車提供可靠的安全保障。7/22/2022119機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（二）隧道內(nèi)列車消

45、防設(shè)施2、給排水設(shè)施給水主要用于消火栓用水,可照有關(guān)消防法設(shè)置,排水應(yīng)綜合考慮隧道滲漏排水和消防排水的要求設(shè)計。洞口應(yīng)考慮有能滿足消防用水要求的水源或?qū)Ｓ眯钏鼗蛩?。并保持有足夠的水量?/22/2022120機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（二）隧道內(nèi)列車消防設(shè)施3、通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備為保證養(yǎng)護維修人員的聯(lián)絡(luò),或與最近車站及控制中心等的聯(lián)絡(luò)應(yīng)沿全線分布設(shè)置,并應(yīng)充分利用車載無線通訊設(shè)備。4、照明設(shè)施5、滅火設(shè)施6、標(biāo)志牌及報警裝置7/22/2022121機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施1、列車火災(zāi)檢知設(shè)備對于列車上的火災(zāi)檢知,可以通過列車工作人員及乘客發(fā)現(xiàn)并報告。

46、但對車廂外的火災(zāi)卻難以發(fā)現(xiàn)。高速鐵路隧道消防措施應(yīng)以火災(zāi)（包括隱患）列車不進入隧道為首要目標(biāo)，應(yīng)在隧道集中區(qū)段的相臨車站設(shè)置主要由紅外攝象機、高速工業(yè)電視、輛數(shù)檢測器等構(gòu)成的固定式單向列車火災(zāi)檢知設(shè)備。通過紅外線攝象機實時檢測列車廂體外表溫度，配合輛數(shù)檢測等確定溫度異常點，并通過高速工業(yè)電視進行目視確認(rèn)。7/22/2022122機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施1、列車火災(zāi)檢知設(shè)備所有檢測數(shù)據(jù)傳送到通訊檢測室，進行車次、部位、基準(zhǔn)溫度及發(fā)熱范圍等處理，以判斷火災(zāi)是否發(fā)生。一旦檢測出火災(zāi)，通過判定處理裝置確定火災(zāi)列車車次、車廂號等并傳送到指揮中心，并顯示在指揮中心的顯示屏

47、上。此外，高速攝象結(jié)果也以靜止畫面?zhèn)鞯街笓]中心，以目視進行進一步確認(rèn)。7/22/2022123機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施2、火災(zāi)判定指揮為了盡早地發(fā)現(xiàn)火情,必須準(zhǔn)確地掌握通常條件下的列車溫度,并以此為基準(zhǔn)盡可能低地設(shè)定火災(zāi)判定基準(zhǔn)溫度。7/22/2022124機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施2、火災(zāi)判定指揮 緊急警報“緊急警報”與車次及發(fā)熱異常位置無關(guān),當(dāng)檢測出列車表面溫度有異常升高時立即發(fā)出警報。列車在通過火災(zāi)檢測點時，當(dāng)檢測裝置連續(xù)三次掃描都檢測出列車前進方向上連續(xù)三個點的數(shù)據(jù)都超過基準(zhǔn)溫度，即時發(fā)出警報。7/22/2022125機

48、車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施2、火災(zāi)判定指揮 判定警報“判定警報”是低于“緊急警報”的基準(zhǔn)溫度的警報。盡可能在列車表面溫度在加熱狀態(tài)處于較低溫度時而且早期地判定出火災(zāi)是非常重要的。7/22/2022126機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施2、火災(zāi)判定指揮為此，應(yīng)確定出列車在常規(guī)狀態(tài)下的發(fā)熱部位（如車下電阻器，閘瓦等位置）和非發(fā)熱部位各自的溫度管理限界。經(jīng)綜合分析后在低于緊急警報溫度下進行火災(zāi)判定。在一般可能的發(fā)熱部位內(nèi),儲存其預(yù)定的發(fā)熱點,發(fā)熱范圍及最高溫度值等,將之與檢測出的溫度分布進行比較,一旦超出此范圍,即判定為異常并發(fā)出警報。7/22/2022127機車車輛研究所第七節(jié) 高速鐵路隧道防災(zāi)（三）隧道外消防設(shè)施2、火災(zāi)判定指揮此外，檢測出通常發(fā)熱點最高溫度以上的發(fā)熱超過一定面積或者是檢測出雖然低于最高溫度的某一溫度值超過某一程度的面積值時，都應(yīng)判斷為火災(zāi)。對于一般情況