高速隧道施工旅客聽(tīng)覺(jué)不舒適的原因分析及改進(jìn)措施

高速隧道施工旅客聽(tīng)覺(jué)不舒適的原因分析及改進(jìn)措施

當(dāng)列車(chē)通過(guò)隧道時(shí)，乘客會(huì)感到疼痛。耳鳴是由車(chē)內(nèi)壓力的變化引起的。乘坐電梯或飛機(jī)等具有高度變化的交通工具時(shí),由于氣壓變動(dòng),一般也會(huì)發(fā)生耳鳴。壓力變動(dòng)與速度的二次方成正比,所以乘坐高速列車(chē)容易發(fā)生耳鳴,日本東海道新干線1964年開(kāi)業(yè)時(shí)即考慮了這個(gè)問(wèn)題。因此于1966年利用氣密室,進(jìn)行了壓力變動(dòng)與耳鳴關(guān)系的實(shí)驗(yàn),獲得了舒適度臨界線(圖1)。這一圖線現(xiàn)在也常被引用。新干線車(chē)輛采用氣密性結(jié)構(gòu),使車(chē)內(nèi)不受通過(guò)隧道時(shí)壓力變化的影響(或盡量減小影響),而有關(guān)既有線上壓力變化對(duì)旅客影響的問(wèn)題并沒(méi)進(jìn)行過(guò)特別研討。但是最近,隨著既有線列車(chē)速度的提高,有必要考慮耳鳴問(wèn)題?？紤]到今后各鐵路公司新型車(chē)輛的開(kāi)發(fā)計(jì)劃和整備新干線計(jì)劃等,制定現(xiàn)有非氣密性車(chē)輛的車(chē)內(nèi)壓力變動(dòng)指標(biāo)成為當(dāng)務(wù)之急。本文在整理以往(包括鐵路以外領(lǐng)域)耳鳴研究的同時(shí),提出非氣密性車(chē)輛的車(chē)內(nèi)壓力變動(dòng)指標(biāo),明確今后的研討課題。1壓力和耳鳴1.1耳模擬的耳管保護(hù)如圖2所示,聽(tīng)覺(jué)器官可分為與外界相連的外耳,由鼓膜與外耳隔離而由耳咽管與鼻咽頭相連的中耳和具有耳蝸及三半規(guī)管等組成的內(nèi)耳。外界大氣壓力變化時(shí),外耳內(nèi)的壓力自動(dòng)地隨之變化,而由鼓膜隔開(kāi)的中耳還保持原有的壓力,因而與外耳之間產(chǎn)生了壓差,從而引起耳鳴等不舒適感。連接中耳與鼻咽腔的耳咽管平常是閉合的,咽唾沫時(shí)其軟骨部開(kāi)放,借以調(diào)節(jié)中耳的內(nèi)壓與外界大氣壓保持平衡。耳咽管開(kāi)放有2種方式,一是外界壓力低于中耳壓力時(shí)由壓差自動(dòng)打開(kāi);另一個(gè)是外界升壓時(shí),由于不能被動(dòng)打開(kāi),所以需要用吞咽等方式,積極地使耳咽管打開(kāi),使其與外壓相等。所以在外界升壓時(shí)容易發(fā)生耳鳴。1.2隧道壓力變動(dòng)耳鳴試驗(yàn)有采用氣密室式試驗(yàn)設(shè)備的,也有采用實(shí)際交通工具的。對(duì)電梯那樣的單向(上下)運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō),壓力變動(dòng)的原因可歸結(jié)為大氣壓力隨高度差而變化,而采用可嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件的氣密室試驗(yàn)更有效。然而,鐵道車(chē)輛通過(guò)隧道時(shí)產(chǎn)生的壓力變動(dòng),因受列車(chē)運(yùn)行速度、與對(duì)開(kāi)列車(chē)的交會(huì)、隧道長(zhǎng)度、斷面及出入口形狀等多種因素的影響,情況比較復(fù)雜,圖3即為一例在短時(shí)間內(nèi)頻繁出現(xiàn)壓力升降。因此,試驗(yàn)應(yīng)設(shè)定怎樣的壓力變動(dòng)譜,以哪些因素為側(cè)重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)車(chē)試驗(yàn)獲得的壓力變動(dòng)進(jìn)行研討,這都是問(wèn)題。鐵路部門(mén)將模擬隧道走行時(shí)的壓力變動(dòng)進(jìn)行研究。1.3測(cè)定林分耳口生理指標(biāo)的方法測(cè)量耳鳴的最普通的方法是,采用征詢(xún)意見(jiàn)或用按鈕提示法請(qǐng)被測(cè)試者回答有無(wú)耳鳴及不舒適感。這種方法操作簡(jiǎn)便且容易統(tǒng)計(jì),因此迄今仍被廣泛采用。另一方面,也提出了幾個(gè)檢測(cè)耳鳴生理指標(biāo)的方案。例如,用內(nèi)藏?cái)U(kuò)音器、話筒、氣泵的耳栓塞住外耳道,通過(guò)氣泵使外耳道壓力發(fā)生變化,由話筒從擴(kuò)音器上檢測(cè)出鼓膜反射回來(lái)的連續(xù)音。由反射音量來(lái)調(diào)查鼓膜張力,是最具代表性的方法。此外,還采用耳咽管功能檢查等醫(yī)療器械,對(duì)耳咽管是否打開(kāi)及開(kāi)放持續(xù)時(shí)間進(jìn)行測(cè)定的方法。這種生理計(jì)測(cè),一般在氣密室試驗(yàn)中采用,而在伴有振動(dòng)的運(yùn)行車(chē)輛中進(jìn)行測(cè)試時(shí),要注意不要傷及聽(tīng)覺(jué)器官。2國(guó)內(nèi)外耳鳴研究2.1氣監(jiān)獄系統(tǒng)壓力變動(dòng)的研究新干線車(chē)輛采用了氣密性結(jié)構(gòu),而國(guó)際上氣密化車(chē)輛尚未普及。歐洲正在進(jìn)行非氣密車(chē)輛的高速化,對(duì)耳鳴的發(fā)生,已進(jìn)行了研討,特別是英國(guó)鐵路(BR),自70年代以后,為完成旅客出現(xiàn)不舒適感的壓力變動(dòng)指標(biāo),反復(fù)進(jìn)行了氣密室試驗(yàn)和現(xiàn)車(chē)試驗(yàn),并廣泛地進(jìn)行了國(guó)際間的共同研究。通過(guò)一系列的研究,結(jié)論如下。(1)耳鳴現(xiàn)象,因人而異差別較大,即使是同1個(gè)人,因體質(zhì)、情緒或評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等不同,對(duì)同樣壓力變動(dòng)的評(píng)價(jià)結(jié)果也有較大變化。(2)在氣密室試驗(yàn)中,僅升壓時(shí)有不舒適感覺(jué)。但在列車(chē)通過(guò)隧道的情況下,壓力在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)升降,耳咽管來(lái)不及被動(dòng)打開(kāi),所以降壓時(shí)也發(fā)生耳鳴。(3)壓力非常緩慢變動(dòng)時(shí),耳咽管可人為或被動(dòng)打開(kāi),所以壓力變動(dòng)速度也不能忽視,像列車(chē)通過(guò)隧道那樣由壓力急劇變動(dòng)引起的耳鳴,就是與原來(lái)狀態(tài)壓差的作用結(jié)果。(4)壓力交變的影響也較大。隧道區(qū)間較多時(shí),其評(píng)價(jià)基準(zhǔn)通常變得嚴(yán)格。2.2評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的建立英國(guó)鐵路于1991年制定了以旅客舒適度為指標(biāo)的車(chē)內(nèi)壓力變化的評(píng)價(jià)基準(zhǔn),這是10多年研究成果的體現(xiàn)。不僅考慮空氣動(dòng)力學(xué)方面的問(wèn)題,在心理學(xué)、生理學(xué)方面也給予了充分的研討,對(duì)日本今后考慮非氣密車(chē)輛的壓力變動(dòng)指標(biāo)也具有重要的參考價(jià)值,下面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。2.2.1小壓力變動(dòng)情況不考慮壓力變化率,僅以壓力差作為指標(biāo)。由于鐵道車(chē)輛通過(guò)隧道時(shí),一方面是峰值尚不清楚,另一方面是根本感覺(jué)不到的小壓力變動(dòng)頻繁發(fā)生,因此,壓力變化率不是有效的指標(biāo),而把最大壓力變化的壓力差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)容易判斷。2.2.2管所需時(shí)間短測(cè)定壓力變動(dòng)的時(shí)限定為4s,由于這一時(shí)間一般比人為和被動(dòng)打開(kāi)耳咽管所需時(shí)間短,而且是按接近于最長(zhǎng)時(shí)間來(lái)選取的。這樣就能評(píng)價(jià)短時(shí)間內(nèi)壓力變動(dòng)對(duì)人類(lèi)的影響,而不受耳咽管打開(kāi)的影響,另外,當(dāng)初定為3s,后來(lái)考證了國(guó)際共同研究報(bào)告等結(jié)果以后,認(rèn)為4s妥當(dāng)并進(jìn)行了修正。2.2.3隧道比例的確定從一系列的研究成果來(lái)看,制定通用標(biāo)準(zhǔn)是不合理的,在考慮(1)長(zhǎng)途列車(chē)與短途列車(chē);(2)區(qū)間內(nèi)的隧道比率;(3)車(chē)輛是否采用氣密結(jié)構(gòu)。這三點(diǎn)的基礎(chǔ)上,再考慮實(shí)際的運(yùn)行狀況,制定出了4種標(biāo)準(zhǔn)(表1)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中將通常運(yùn)行情況與列車(chē)交會(huì)等情況加以區(qū)分,標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)列出按7級(jí)評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)極其不舒適為7,不完全不舒適為1。2.3壓力穩(wěn)定性的測(cè)定日本除圖1所示研究外,對(duì)乘務(wù)員的車(chē)內(nèi)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià),在現(xiàn)車(chē)上進(jìn)行了包括壓力變動(dòng)的各種物理量的測(cè)定,利用氣密室進(jìn)行了一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),但未在現(xiàn)車(chē)上進(jìn)行旅客的耳鳴試驗(yàn)。最近為調(diào)查非氣密車(chē)輛發(fā)生耳鳴的實(shí)際狀態(tài),實(shí)施了現(xiàn)車(chē)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,壓力差仍是比壓力變動(dòng)速度更有效的評(píng)價(jià)參數(shù)。3英國(guó)鐵路參考價(jià)值的確定列車(chē)通過(guò)隧道時(shí)產(chǎn)生壓力變動(dòng),是鐵路上固有的特征,因此,研討這個(gè)問(wèn)題時(shí)最具參考價(jià)值的仍是英國(guó)鐵路等一系列的試驗(yàn)結(jié)果。歐洲各國(guó)確認(rèn)了該標(biāo)準(zhǔn)的合理性,對(duì)研究方法也給予了高度評(píng)價(jià)。下面對(duì)幾個(gè)問(wèn)題加以討論之后,參考英國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn),提出日本非氣密車(chē)輛車(chē)內(nèi)壓力變動(dòng)指標(biāo)的暫行規(guī)定。3.1壓力變化率對(duì)舒適性的影響日本山多,有較多坡道區(qū)間,因此隨高度變化會(huì)產(chǎn)生氣壓變動(dòng)。為此,應(yīng)區(qū)分這種長(zhǎng)時(shí)間變化著的壓力變動(dòng)與通過(guò)隧道時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)的壓力變動(dòng)在本質(zhì)上的差異,迄今的研究都是將其時(shí)間變化率用壓力變化率表示。許多研究表明,瞬時(shí)變動(dòng)時(shí)的壓力變化率對(duì)舒適度沒(méi)有影響,但對(duì)通過(guò)坡道隧道時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間變動(dòng)與瞬時(shí)變動(dòng)同時(shí)作用的情況并沒(méi)進(jìn)行深入研究。對(duì)飛機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間變動(dòng)作為問(wèn)題考慮時(shí),確認(rèn)了壓力變化率的影響,所以有必要對(duì)鐵道車(chē)輛在坡道區(qū)間進(jìn)行另行研討。日常產(chǎn)生10kPa左右的氣壓變化,不會(huì)有耳鳴發(fā)生,可以預(yù)料較長(zhǎng)時(shí)間的壓力變動(dòng),可以忽略不計(jì)。在日本國(guó)鐵時(shí)代的試驗(yàn)結(jié)果中,將壓力變化速度作為評(píng)價(jià)參數(shù)見(jiàn)圖1。為了對(duì)此原因進(jìn)行探討,對(duì)當(dāng)時(shí)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了再次分析。與計(jì)算機(jī)分析不發(fā)達(dá)的當(dāng)時(shí)情況不同,采用分段方式判別分析結(jié)果,由于數(shù)據(jù)數(shù)量不夠充分,只不過(guò)是大致的標(biāo)準(zhǔn)值,仍然是只有壓差為有效的評(píng)價(jià)參數(shù),明確了不舒適的臨界值為1.5kPa～2.0kPa左右。3.2日本試驗(yàn)結(jié)果為了取得耳鳴在日本的容許值,與各國(guó)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。采用調(diào)查表形式進(jìn)行許多耳鳴試驗(yàn),在這種問(wèn)答報(bào)告試驗(yàn)中,不同的評(píng)價(jià)尺度或評(píng)價(jià)用語(yǔ),往往會(huì)影響測(cè)試結(jié)果,這在振動(dòng)乘坐舒適度研究等方面顯示出來(lái)。鑒于這種情況,盡量選擇評(píng)價(jià)狀況相類(lèi)似的試驗(yàn),并列在同一坐標(biāo)上,如圖4、圖5所示。圖4為氣密室試驗(yàn)結(jié)果,圖5為現(xiàn)車(chē)試驗(yàn)結(jié)果。各試驗(yàn)的實(shí)施方法不盡相同,所以只能作為參考,但總的來(lái)說(shuō)日本被測(cè)試者的判斷比較嚴(yán)格。其原因可從民族、國(guó)民習(xí)俗及對(duì)鐵路的期望值不同來(lái)考慮。例如,日本從30年前對(duì)新干線車(chē)輛采用氣密性結(jié)構(gòu),所以這就可能成為評(píng)價(jià)非氣密車(chē)輛壓力變動(dòng)時(shí)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。人的知覺(jué)判斷不僅僅是由刺激強(qiáng)度的絕對(duì)值決定,往往是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)感受進(jìn)行相對(duì)的判斷,這在振動(dòng)乘坐舒適度評(píng)價(jià)研究中也證明了這一點(diǎn)。3.3車(chē)內(nèi)壓力變動(dòng)的壓力損失a從上節(jié)分析已經(jīng)可以得出結(jié)論,但是考慮到目前高速非氣密車(chē)輛的開(kāi)發(fā),有必要提出有助于車(chē)輛設(shè)計(jì)的某些方法。對(duì)非氣密車(chē)輛的車(chē)內(nèi)壓力變動(dòng)指標(biāo),目前按如下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮。(1)就耳鳴反應(yīng)來(lái)說(shuō),即使稍微的氣壓變化就可產(chǎn)生,所以要想開(kāi)發(fā)完全不產(chǎn)生耳鳴的車(chē)輛是不現(xiàn)實(shí)的,應(yīng)以容許范圍達(dá)到何種程度來(lái)考慮。(2)不用壓力變化率,而用每一規(guī)定時(shí)間內(nèi)的最大壓力變動(dòng)來(lái)表示。其取樣時(shí)間,參考國(guó)際研究成果,定為4s。(3)由于沒(méi)有充分的數(shù)據(jù),目前不按列車(chē)種類(lèi)和