基于车内瞬变压力变化的400 km/h高速铁路隧道净空面积探讨

为推进中国高速铁路隧道技术标准深化研究,开展400 km/h隧道结构设计参数的研究工作,而隧道净空面积为其中的一项重要内容。为尝试从列车内部瞬变压力角度得到400 km/h高速铁路隧道净空面积,建立基于舒适度标准的高速铁路隧道净空面积确定方法,以控制工况为基础,通过计算和分析,从列车密封性能方面讨论维持现有隧道净空断面的可能性,并研究提出400 km/h隧道净空断面建议值。主要结论有:1)现有350 km/h单线隧道以400 km/h运营时,列车动态密封指数最低为22 s,车内瞬变压力超标的可能性较大; 2)400 km/h单、双线隧道净空面积建议值分别为85 m~2和100 m~2,对应的列车动态密封指数最低为18 s,更加符合现有标准对列车密封性能的要求,车内瞬变压力超标的可能性大幅降低; 3)提出的400 km/h高速铁路隧道净空面积建议值和对应的密封性能要求可为有关标准、规范的制订提供参考。     

隧道压力波的三维数值模拟

采用三维可压缩非定常流动模型，对高速列车经过隧道所引起的压力变化进行数值模拟。并将模拟结果与英国Patchway隧道实测数据进行比较，结果表明，三维数值模拟波形与实测波形吻合，为今后高速铁路采用三维数值模拟隧道气动效应的研究提供了依据。     

列车隧道空气动力学研究综述

综述列车通过隧道时的气动效应及其原理,介绍列车过隧道时压力波的形成和变化规律以及研究方法,分析车型、车速、隧道长度以及阻塞比等相关参数对隧道气动效应的影响,并从车体优化和隧道结构优化2个方面分析减小隧道空气动力效应的措施。最后,总结目前在列车隧道影响因素和缓解措施方面的研究成果,并从气动荷载对隧道结构、列车结构以及隧道内附属结构的安全性问题、隧道空气动力学问题和大风环境下的隧道空气动力学问题3个方面进行展望。     

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明：竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s²。     

跨越既有高速铁路桥梁施工方案及防护设计研究

跨越高速铁路进行桥梁施工时,高速行驶的列车将对施工结构物和施工作业产生影响,同时施工也对高速行驶的列车安全带来威胁。为确保施工及行车安全,针对跨越高速铁路的常用桥型,对通常采用的水平转体法、顶推法、悬臂浇筑法和支架现浇法4种施工方案进行对比,分析高速列车行驶产生的空气动力对施工的影响并提出防护设计的原则及要求。分析结果表明:水平转体法是用于跨越高速铁路桥梁施工的比较安全的方法;速度达到350 km/h的列车经过时,人与列车侧壁必须保持较大的安全距离;采用双立柱防护体系能满足规范要求。     

高速铁道的空气力学现象与环境问题

隧道铁路的高速化，与速度相关的空气力学现象越来越明显，在空气阻力，车辆侧风的空气特性，隧道内瞬变压力，空气动力噪音，隧道微压波，列车通过时的瞬变压力等空气力学现象中，与环境问题有关的现象有空气动力噪音，隧道微压波，列车通过时的瞬变压力。为实现有益于环境的高速铁道，缓和和减弱这些空气力学现象是不可缺少的。     

水泥混凝土路面板底脱空区动水压力特性研究

为研究车辆荷载作用下水泥混凝土路面板底脱空区内动水压力、水流速度的分布规律及其影响因素,推导了三维状态下脱空区中截面动水压力、水流速度解析式。应用有限元软件ANSYS和CFX建立了双向流固耦合模型,分析了车辆轴重、车速与脱空尺寸等对动水压力及水流速度的影响。结果表明:固定点的水压力及水流速度随时间成正弦函数变化,且水压力随时间的变化趋势与最大水流速度随时间变化趋势有一定的相位差。沿着脱空区出口的方向,动水压力呈减小趋势,其最大值发生在脱空区尖端;水流速度沿着脱空区出口的方向呈增大趋势,其最大值发生在板边缘;动水压力与水流速度峰值随轴重增大而增大,与轴重近似呈二次方关系;动水压力峰值随车速增大而增大,水压力随车速变化的增幅大约为每10 km/h增加1 kPa,与车速成线性关系,而水流速度峰值受车速影响较小;动水压力与水流速度峰值随脱空区开口量增大而减小,与脱空区开口量成反比关系;当脱空区开口高度扩展到一定程度时(论文模型中为4 mm),动水压力变化幅值较小,此时脱空区继续发展可能归因于水流的冲刷作用。数值模拟结果与理论推导结果基本一致。     

92款水星热车不换档

车型:92款水星VIN:IMECM5045 NA604945。 故障现象:水温80～90℃、车速40～50km/h时匀加速车身猛然抖动几下,档位似接合非接合感觉,偶而也出现打滑现象,冷车时,基本正常。 故障排查:首先,做失速实验,转速在1700～2090r/min范围内。做油压试验,测得管路压力在怠速时为331.0～533.1kPa;全负荷时为1220.4～1392kPa。基本都在正常范围内。     

福克斯车自动变速器升降挡冲击

故障现象一辆2007款福特福克斯1.8 L自动挡轿车,累计行驶里程为2.3万km,在行驶中自动变速器升降挡时均有冲击的现象。故障诊断维修人员首先进行路试,发现当车速达25 km/h～30 km/h时自动变速器1挡升2挡,此时自动变速器有冲击,车辆有抖动的现象;当车速下降到30 km/h时,车辆再次出现抖动的现象;仪表盘上的黄色故障灯点亮,指示自动变速器进入保护模式,自动变速器挡位锁在3挡,发动机转速为3 500 r/min时车速只能达到100 km/h左右。     

帕萨特1.8T柴油车高速时加速无力

故障现象一辆帕萨特1.8T柴油车,搭载BPZ发动机,行驶里程约为40万km。据驾驶人反映,该车高速时加速无力。故障诊断试车发现,车速在80 km/h之前,车辆加速正常;若车速达到80 km/h后继续加速,车辆加速无力。用故障检测仪检测,有"增压压力限制"的故障记录。根据车况和故障信息更换了废气涡轮增压器,经试车,车辆加速性能有所好转,但车速只能达到100 km/h,同时故障检测仪里存储     

车辆阻挡效应对隧道火场燃烧及烟流之影响研究

近期国际曾发生多起重大隧道火灾灾难,隧道火灾安全议题已获得全球普便之重视。目前学术界与工程界多采用缩小尺寸实验或数值模拟方法对隧道火场环境进行研究与探讨。然不论实验或计算机模拟最重要的关键为能否充分地反应出实际隧道之火场情境,方能获致合理且有意义之研究成果。检视现今之隧道火害研究,可发现几乎所有的相关研究皆仅简化地假设火场上游无车辆回堵现象,此有违火场上游应发生车辆回堵之实际隧道火灾情境,因此将无法合理地模拟火场上游车辆阻挡风机气流对火场燃烧及烟流所造成之影响。针对此项尚待厘清之议题,本研究首先执行缩小尺寸实验,以均匀风速施加于隧道横断面模拟风机作动所产生之气流,探讨隧道塞车情境对火场燃烧所造成之影响。复执行全尺寸纵流式排烟模式(轴流风机)隧道火灾情境计算机数值模拟,针对火场上游是否有车辆回堵、回堵车体尺寸、火源与回堵车体距离等变因对火场燃烧、温度及烟流所造成之影响进行探讨。研究结果发现火场环境及烟流将受有、无车辆回堵、回堵车体大小及火源与车体距离等因素而有不同程度之影响。     

预铸混凝土环片循环载荷试验与分析

藉由预铸混凝土环片试体内装设钢筋计,除可了解环片制造过程中,混凝土蒸汽及水中养生过程,钢筋应变随环片温度变化的情形外,还可透过环片循环载重抗弯试验过程,了解钢筋应力及应变变化情形。将环片预铸过程所使用的钢筋与混凝土样品,分别进行拉力及压力试验,获得应力与应变之组合律,再利用材料及钢筋混凝土力学理论,进行环片循环载重抗弯试验成果分析,分析结果与实测结果及理论解进行比对,可评估传统监测仪器预置于钢筋混凝土环片内之适用情形,不但可以确认环片钢筋设计用量之适当性,而且还可以作为来日隧道近接施工阶段,监测环片内应力之变化及有限元素数值模拟分析结果比对的基础。     

隧道火灾时机械通风模式对临界风速之影响研究

隧道内发生火灾时,若浓烟的扩散方向与人员逃生方向相同,则造成严重的伤亡。隧道火灾发生初期,可利用排烟风机产生大于临界风速(critical ventilation velocity)之强制通风气流,将浓烟吹往向设定之方向排出隧道,借以净空人员逃生路径,达到灾害防治之效果。已有很多学者探讨临界风速,但先前研究均设定排烟风机产生之气流"均匀"分布于隧道断面,然而实际隧道内排烟风机产生之气流"不均匀"分布于隧道断面,虽有相关规范强调离火源最近的风机不启动,以期吹进火源之通风气流接近均匀,但通风气流产生之效应仍未被完整了解,故本研究以实验及计算机模拟探讨实际隧道内排烟气流行为及对火源之影响。本研究以1∶20缩小尺度进行实验,利用油盘与两种不同火源,并设计3种排烟模式(全断面、上半断面及jet fan)及3种火源距离(距离出风口150,200,250 cm)探讨各种效应对临界风速之影响。实验发现,相同火源在全断面排烟模式所需临界风速低于jet fan排烟模式,这说明若以全断面实验所得之结果作为实际隧道排烟风机设计基准,将无法得到良好的控制浓烟流向效果。此外,上半断面及jet fan情形下通风气流与烟流有产生乱流之现象,将影响人员逃生。     

岩层中深埋隧道穿越桩基的竖向安全距离计算

根据岩石力学中的压力拱理论,从理论上推导了岩层中深埋隧道穿越建(构)筑物桩基时隧道顶至桩基底的竖向安全距离的计算公式。该计算公式与隧道围岩级别、围岩物理力学性质、隧道直径、桩基直径、桩基距隧道中心水平距离和桩基底荷载等因素有关。通过南昌地铁1号线的工程实例用理论计算公式计算了隧道顶距桩底的安全距离,并用二维和三维数值模型进行了验证,二维数值计算值与理论计算较吻合,由于空间效应的影响,三维数值计算值约为二维计算值的85%。     

潜盾隧道近接既有桥墩之施工监测与分析成果

探讨潜盾施工对既有桥墩之影响性及评估桥墩保护工法之成效,系都会区推动地下捷运及电缆洞道等隧道工程安全分析之重要课题。为此,以二维有限元素软件PLAXIS为数值分析工具,幷以高雄某地区之潜盾隧道环片外缘与沿线既有桥墩净距1.4～3.0 m且为复合地盘之工程实例,进行一系列分析且与监测资料相互比对。在桥墩之保护工法方面,该工程配合工址之施工特性采用微型桩于不同施作位置、间距等情形下之既有桥墩保护措施。综合数值分析与监测资料比对结果显示两者之变形趋势相似。数值分析成果亦显示潜盾隧道施工过程对于微型桩壁体、桥墩或基桩之变形,土壤漏失率之影响显著高于微型桩间距、角度及位置等因素,综合本工程实例之相关成果应可供未来类似工程之参考。     

以修正强制变形法分析隧道耐震能力之探讨

提出一种分析隧道耐震能力之拟静态修正强制变形法,此法在包含隧道结构在内之地盘模型边界施加强制之剪应变,监测隧道结构之受力与变形,逐步加大剪应变,直到隧道结构破坏,再将破坏时之剪应变与地动速度进行转换,即可评估隧道之耐震能力。相较于复杂之动力分析方法,此法简单、快速、实用,并具有一定之可靠度,适合工程实务之用。惟应用本分析方法,下列数值要点,需注意并加以探讨;1)地盘领域需取多大;2)施加剪应变的型式与施加速率;3)隧道与地盘接口的影响;4)地盘塑性行为的影响等。首先提出修正强制变形法之分析流程,再与弹性地之圆形隧道解析解进行比较,证明数值分析方法正确无误后,再针对上述数值分析要点摘要研究结果,提出具体建议,以供使用此类分析方法的工程师参考。     

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

隧道开挖支撑收敛约束法之外显分析

收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法,收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法。     

雪山隧道照明监控策略分析

雪山隧道全长12.9 km,在隧道界属于长隧道,且连接台北及宜兰两地之重要孔道,仅30 min开车路程即可到达,有效地繁荣宜兰当地观光产业,因此每逢假日皆可吸引大批游客进入宜兰,故隧道照明设计系以安全为主要诉求。隧道照明系依CIE设计准则进行规划,以消除用路人进入隧道时之黑洞效应及长时间行驶于隧道内之闪烁效应,为了随时应付隧道外日夜气候变化及隧道内交通与环境状况,合理及快速调变照明程度是一件重要之工作,因此发展1套合适之隧道照明监控策略是有其必要性。此监控系统,除了依据设置于洞外之辉度计,量测洞口周遭辉度情形外,相关交通讯息、隧道环境状况及事故事件等因素皆是影响到隧道照明之需求,故良好的隧道监控设施架构,将有助于隧道照明控制是否顺畅之表现,且在符合隧道安全考量下与节约用电达到一平衡点,以获得最佳控制流程。