隧道工程課件高速鐵路隧道工程

第11章高速鐵路隧道工程1本章基本要求：1、了解高速鐵路隧道的發(fā)展歷史。2、了解高速鐵路隧道存在的主要空氣動力學問題及其影響因素。3、掌握高速鐵路隧道斷面設(shè)計的一些基本要求。4、掌握高速鐵路隧道減小空氣動力學效應(yīng)的常規(guī)措施。

高速鐵路具有新穎、快速、經(jīng)濟、舒適的旅行環(huán)境，優(yōu)質(zhì)的運輸服務(wù)等特點，從而提高了鐵路與其它運輸方式競爭的能力，成為世界鐵路旅客運輸發(fā)展的共同趨勢，也是鐵路技術(shù)現(xiàn)代化的標志。第11章高速鐵路隧道工程－概述

輪軌鐵路：常用高速鐵路主要形式磁懸?。旱聡?，我國上海管道磁?。禾幱谘芯侩A段

11.1概述

1964年日本鐵路新干線的運營（最高時速200km/h），標志著鐵路高速技術(shù)進入實用化階段。

1980年以后，法國、德國、意大利、西班牙、英國、比利時、瑞士、俄羅斯等國都先后開始興建高速鐵路，其最高時速已經(jīng)達到300～350km/h。目前，日本、法國正在研究和開發(fā)時速500km的超高速鐵路，預(yù)計21世紀初開通的日本中央新干線就是一例。第11章高速鐵路隧道工程－概述高速鐵路的發(fā)展歷史高速鐵路的發(fā)展，必然伴隨大量隧道工程的出現(xiàn)，這主要是因為高速鐵路的線路技術(shù)標準（平縱斷面）要遠遠高于普通鐵路。國外已建的大部分高速鐵路隧道所占的比例均較大，如日本山陽線隧道占線路總長的50％。我國將于近幾年興建的高速鐵路包括武廣、京滬、鄭西、石太、京津、合寧、合武、溫福、福廈、甬溫和滬漢蓉大通道等十余條線路。其中隧道占有相當大的比例。第11章高速鐵路隧道工程－概述當列車進入隧道時，原來占據(jù)著空間的空氣被排開，空氣的粘性以及隧道壁面和列車表面的摩阻作用使得被排開的空氣不像隧道外那樣及時、順暢地沿列車兩側(cè)和上部形成繞流。于是，列車前方的空氣受壓縮，列車后方則形成一定的負壓，從而對運營產(chǎn)生一系列負面影響的空氣動力學效應(yīng)。第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題11.2高速鐵路隧道空氣動力學問題

11.2.1主要空氣動力學效應(yīng)（1）由于瞬變壓力，造成旅客耳膜不適，舒適度降低，并對鐵路員工和車輛產(chǎn)生危害；（2）行車阻力加大，引起對列車動力和能耗的特殊要求；（3）列車風加劇，影響在隧道中待避的作業(yè)人員；（4）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；（5）列車克服阻力所做的功轉(zhuǎn)化為熱量，隧道內(nèi)溫度升高；（6）產(chǎn)生空氣動力學噪聲問題（與車速的6～8次方成正比）。第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

11.2.2瞬變壓力瞬變壓力：列車從開敞的線路剛進入隧道時，列車周圍的空氣壓力由于突然受到隧道有限空間的約束而在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大變化稱為瞬變壓力。當瞬變壓力由列車外部壓力傳播到列車內(nèi)部，再傳到人體內(nèi)時，會使旅客產(chǎn)生生理上的不適——即耳膜壓感不適，從而大大降低乘客的舒適度。瞬變壓力在一定值范圍內(nèi)，人體不會有明顯感覺，超過一定值時，會明顯不適。第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

目前研究表明：列車在明線上行駛，車頭壓力約為300Pa，車中壓力基本為0，車尾壓力為負值；在進入隧道洞口過程中，車頭壓力急劇上升，車尾壓力則出現(xiàn)下降；對于鐵路隧道，當列車速度在160km/h以下時，人體沒有明顯感覺，當行車速度在200km/h以上時，會有明顯不適感覺。對于地鐵區(qū)間隧道，當列車速度在80km/h以下時，人體沒有明顯感覺，當行車速度在120km/h以上時，會有明顯不適感覺。第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

11.2.2瞬變壓力

瞬變壓力的描述：

1、“峰對峰”最大值(ΔP)max2、最大變化率(dP/dt)max

目前通常采用某一指定時間（3s或4s）內(nèi)壓力變化的“峰對峰”最大值來描述壓力瞬變的程度。第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

11.2.2瞬變壓力

我國高速鐵路隧道瞬變壓力的建議值第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

11.2.2瞬變壓力

鐵路類型隧道長度（占線路長度的比例）隧道密集程度（座/h）瞬變壓力（kPa/3s）A（平原）單線<10%而且<42.0B（平原）雙線<10%而且<43.0A（山丘）單線>25%或者>40.8B（山丘）雙線>25%或者>41.2511.2.3微氣壓波第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

微氣壓波：是列車突入隧道時形成的壓縮波，在隧道內(nèi)傳播到達出口時向外放射脈沖狀的壓力波。

在短隧道中，微氣壓波最大值與速度的3次方成正比，與出口距離成反比?？紤]隧道洞口地形的影響，可近似用下式求出：第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題

在比較長的隧道中，微氣壓波最大值與壁面狀態(tài)有很大關(guān)系。板式道床較大，碎石道床較小。11.2.3微氣壓波我國高速鐵路隧道洞口微氣壓波的控制基準第11章高速鐵路隧道工程－空氣動力學問題11.2.3微氣壓波條件微壓波峰值pmax日本DB京滬暫規(guī)洞口有建筑物建筑物無特殊環(huán)境要求建筑物處pmax<20Pa建筑物無特殊環(huán)境要求建筑物處pmax<20Pa建筑物有特殊環(huán)境要求按要求按要求洞口無建筑物（或住宅距洞口大于50m）距洞口20m處pmax<50Pa建筑物有特殊環(huán)境要求距洞口20m處pmax<50Pa建筑物無特殊環(huán)境要求不設(shè)

高速鐵路隧道的設(shè)計特點主要體現(xiàn)在隧道橫斷面的設(shè)計上。其橫斷面面積除了通常要考慮的隧道建筑限界和列車運營要求外，還必須考慮滿足列車—隧道空氣動力學的要求。根據(jù)我國高速鐵路隧道的暫行規(guī)定，要滿足最大瞬變壓力控制標準值3.0kPa/3s的要求。第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面11.3高速鐵路隧道的橫斷面

11.3.1堵塞比

即列車橫斷面積與隧道橫斷面積的比值。這里的隧道橫斷面積，通常是指軌道面以上的斷面積。一些國家高速鐵路隧道的基本參數(shù)國

家法

國德

國意大利日

本西班牙列車最高速度(km/h)270250250300220240300列車橫斷面積(㎡)1011-39.712.612.610隧道橫斷面積(㎡)718253.87660.563.875堵

塞

比0.13~0.150.130.180.130.21~0.220.20~0.210.13線間距(m)4.24.74.011-04.24.34.5~4.7我國高速鐵路隧道堵塞比暫定為0.10～0.12。第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面

高速鐵路隧道橫斷面設(shè)計除了通常要考慮的隧道建筑限界和列車運營安全要求（如檢查道、避難路及通風、照明、通訊等設(shè)施的空間需求）外，還必須考慮滿足列車—隧道空氣動力學的要求。

11.3.2隧道橫斷面

第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面隧道建筑限界；線路數(shù)量；線間距；應(yīng)預(yù)留的空間，如安全空間、避難和救援空間、線路上部建筑維修空間等；考慮空氣動力學影響所需的空間；設(shè)備安裝空間等。11.3.2隧道橫斷面

第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面1、橫斷面的內(nèi)部空間

2．隧道建筑限界

高速鐵路的曲線半徑均較大，故位于曲線上的隧道，原則上不考慮曲線加寬。第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面我國高速鐵路隧道建筑限界基本尺寸及輪廓圖：

3．線路數(shù)量在通常情況下，高速鐵路隧道考慮到空氣動力學的特性，都采用單洞雙線斷面，較少采用雙線單線的斷面。長大隧道，考慮維修養(yǎng)護條件及防災(zāi)的需求等，有時也采用雙洞單線方案。單洞雙線方案土建工程成本更高。

4．線間距

一般情況下都應(yīng)大于4.0m。我國高速鐵路的線間距，目前暫定為5.0m。

第11章高速鐵路隧道工程－高速鐵路隧道橫斷面5．預(yù)三留空三間安全三空間三：至三少高三為2.三2m，寬三為0.三80三m；避難三和救三援空三間：三在線三路兩三側(cè)設(shè)三置一三個貫三通的三避難三和救三援通三道直三通到三隧道三外三；建筑三維修三空間架設(shè)三接觸三網(wǎng)設(shè)三備空三間：三指在三電氣三化鐵三道上三需預(yù)三留架三設(shè)接三觸網(wǎng)三等設(shè)三備的三空間三。6．考慮三空氣三動力三學影三響所三需空三間列車三行車三速度三大于16三0k三m/三h時考三慮。第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面1、我三國高三速鐵三路橫三斷面三輪廓三圖（三一）11三.3三.1隧道三橫斷三面實三例第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為10三0m22、我三國高三速鐵三路橫三斷面三輪廓三圖（三二）第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為10三0m211三.3三.1隧道三橫斷三面實三例3、德三國高三速鐵三路隧三道橫三斷面三圖第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為82三m211三.3三.1隧道三橫斷三面實三例4、意三大利三高速三鐵路三隧道三橫斷三面圖第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為76三m211三.3三.1隧道三橫斷三面實三例5、奧三地利三高速三鐵路三隧道三橫斷三面圖第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為66三m211三.3三.1隧道三橫斷三面實三例6、日三本中三央新三干線三隧道三橫斷三面圖三（50三0k三m/三h）第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三高度7.三7m，寬三度12三.6三m，堵三塞比三為0.三12。11三.3三.1隧道三橫斷三面實三例7、西三班牙三高速三鐵路三隧道三橫斷三面圖第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面隧道三橫斷三面積三（軌三面以三上）三約為10三0m211三.3三.1隧道三橫斷三面實三例第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－高速三鐵路三隧道三橫斷三面11三.4減少隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的工三程對三策隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的影響三因素列車三的速三度列車三的橫三斷面三積列車三的長三度列車三頭部三的形三狀列車三外表三的形三狀和三粗糙三度隧道三的橫三斷面三積隧道三長度隧道三壁的三粗糙三度隧道三橫斷三面的三突變?nèi)越粫齼闪腥囘M三入隧三道口三的時三間差第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－減少隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的對三策根據(jù)三國際三鐵路三聯(lián)盟三試驗三報告三：11三.4三.1擴大三隧道三橫斷三面（減三小阻三塞比三）擴大三隧道三橫斷三面會增加三工程三造價。第11章三高三速鐵三路隧三道工三程－減少隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的對三策（1）采三用斜三切式三洞口11三.4三.2改變?nèi)淼廊肟谌问降?1章三高三速鐵三路隧三道工三程－減少隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的對三策（2）設(shè)三置洞三口緩三沖結(jié)三構(gòu)斷面三擴大三無開三口型斷面三擴大三開口三型喇叭三型喇叭三開口三型11三.4三.2改變?nèi)淼廊肟谌问降?1章三高三速鐵三路隧三道工三程－減少隧道三空氣三動力三效應(yīng)三的對三策注意三：若三豎井三面積三達到三隧道三斷面三積的0.三5倍以上三，豎三井基三本沒三有降三壓效三果，三若豎三井面三積達三到隧三道斷三面積三的0.三7倍以上三時，三豎井三相當三于隧三道洞三口，三豎井三的設(shè)三置反三而會三增大三瞬變?nèi)龎毫θ?。在隧三道?nèi)三合理三地設(shè)三置通三風豎三井，三可將三因高三速行三車產(chǎn)三生的三瞬變?nèi)龎毫θ等档?0