时速200 km动车组通过隧道时空气动力学效应现场试验与研究

与常规铁路隧道不同,客运专线铁路隧道设计除了要考虑满足围岩稳定性、建筑限界等外,还必须考虑高速列车在隧道中运行时所诱发的空气动力学效应的影响。文章通过遂渝线200km/h提速综合试验中的隧道气动力及结构动力学试验,对200 km/h动车组通过隧道内和列车上瞬变压力、空气动力荷载、列车风、微气压波等进行分析与研究,从而为时速200 km/h客运专线隧道的设计提供依据。     

高速铁路隧道内瞬变气压和乘车舒适度准则

高速列车通过隧道时所诱发的各种空气动力学效应中,瞬变压力问题是需要在隧道设计中着重考虑的.瞬变压力不仅会作用于隧道结构和车辆,而且会对乘员健康和旅客乘车舒适度产生不利影响,文章对此进行了研究.同时,在对国外有关技术标准研究分析的基础上,通过现场试验着重对我国高速铁路隧道设计气压舒适度准则提出了建议.     

高速铁路隧道辅助坑道对瞬变压力影响的试验研究

通过模型试验对高速铁路列车通过带有辅助坑道的隧道时形成的气压波动进行模拟,并对试验结果进行分析,研究高速铁路隧道辅助坑道的位置、长度及断面面积对瞬变压力的影响.试验结果表明,辅助坑道的位置不同,即反射界面的位置不同,会导致产生膨胀波的叠加位置发生变化,从而对列车上空气压力波动会产生有利或不利影响;根据叠加原理,可以得出影响隧道瞬变压力的长隧道中辅助坑道最有利和不利位置.通过压力波动曲线比较可知,辅助坑道的长度对隧道内瞬变压力的影响不大;但辅助坑道的断面积不宜过大,否则会产生不利影响.     

磁悬浮铁路隧道净空面积及内轮廓的研究

参考国内外磁悬浮列车高速通过隧道引发空气动力学效应的资料,针对TR08常导磁悬浮列车,分隧道长度L≤150 m和L＞ 150 m两种情况,对不同速度目标值下(350 km/h单双线、400 km/h单双线、450 km/h单双线)隧道内轮廓的选取进行了比选分析,分析结果对就磁悬浮铁路隧道轮廓的选取有一定的参考价值.     

基于视觉负荷的高速公路隧道限速值的研究

本文为了确定高速公路隧道内提速方案具体的限速值,通过选取多条有提速需求的典型高速公路隧道进行试验,通过瞳孔面积变化率表征驾驶人在隧道内的视觉负荷程度。根据瞳孔面积变化率与机动车临界速度之间的关系,得到满足明、暗适应的视觉负荷程度对应的机动车临界速度值,取机动车临界速度分析车辆进出高速公路隧道时由于明、暗适应引起的速度变化规律;提出了以机动车临界速度值和全线提速方案对应的隧道限速值,取两者最小值作为隧道最终提速方案的限速值,然后对隧道限速原则进行修正,最后确定了原隧道路段限速60km/h、80km/h时的提速方案的具体限速值。研究结果表明:对于满足提速要求的隧道路段,原限速60km/h时,提速后的限速值取80km/h较合适;原隧道路段限速80km/h时,提速后的限速值取90km/h较合适。本文的研究具有安全性、可靠性,为日后隧道限速提供了相应参考。     

考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

隧道长度对瞬变压力的影响

与阻塞比和车速不同,隧道长度对瞬变压力的影响呈现出明显的非单调性。这是在高速铁路隧道设计中必须考虑的问题。根据现场实测资料,研究分析了压力波的传播、反射和叠加规律,提出了单线隧道相应于压力变化不同情况的"最不利隧道长度"的计算图表及公式。     

车辆的密封性及瞬变压力向列车内传递规律

瞬变压力对旅客乘车舒适度的影响是设计高速铁路隧道必须考虑的重要问题.列车内空气压力的瞬变程度不仅取决于隧道净空断面积,而且同车辆的密封性能有密切关系.文章根据现场实测资料从数学模型出发,对车辆密封性能和瞬变压力从车外向车内传递规律进行了研究,根据车内气压响应计算给出了"折减系数"的计算表格和经验公式.     

兰渝铁路西秦岭特长隧道司乘人员舒适性分析

文章根据国内研制的一维可压缩非定常不等熵流动特征线法隧道压力波动分析工具,预测了西秦岭特长隧道采用56.54 m2、53.06 m2、49.12 m2三种不同净空面积值和时速200 km条件下,列车通过隧道时的车内外压力波动规律,进行了舒适性的判定,得出了西秦岭特长隧道采用较小净空面积满足国内舒适性标准的结论.文章结论为西秦岭特长隧道净空参数确定和采用不同施工工艺提供了空气动力学依据.     

高速铁路隧道内外压力脉动数值模拟用边界条件的研究

高速列车通过隧道将诱发隧道内外的压力脉动,其中包括隧道内压力波和隧道进出口波。在对这两类空气动力学现象同时进行数值模拟时,会产生有关开放边界和隧道出口端边界的选用问题。文章基于三维可压缩非定常湍流流动模型,采用CFD软件中的滑移网格技术,模拟高速列车穿过隧道的全过程。通过改变两种计算区域隧道远场开放边界条件以及隧道出口边界条件,考察了其对隧道内压力波以及进口波计算结果的影响特性,得出了开放边界对进口波影响较大,出口边界对隧道压力波影响较大。研究进出口波时,开放边界采用黎曼边界条件较合适;研究隧道压力波时,出口边界采用压力边界条件较合适。     

对当前客运专线隧道建设中几个问题的思考

文章重点分析了我国目前客运专线隧道建设中可能存在或容易出现的一些主要问题,并结合我国国情提出了一些想法和建议。     

整体式衬砌台车在铁路客运专线隧道中的应用

铁路客运专线隧道施工工期紧、质量要求高,如何保质、保量、快速安全地完成施工将直接影响到工程的社会效益和经济效益。以石(家庄)太(原)客运专线太行山隧道9号斜井工区为例,介绍了整体式衬砌台车的结构、就位与调试(钢轨铺设、清理及刷油、快速就位与调试),以及二次衬砌混凝土浇筑中应注意的台车上浮、跑模及混凝土管道堵塞等问题。     

浅埋大断面黄土隧道初期支护研究

结合郑西客运专线大断面黄土隧道对比试验,研究分析了浅埋大断面黄土隧道初期支护中锚杆、格栅及型钢钢架的作用以及长期有争议的锚杆作用及钢架类型问题。试验结果表明:有锚杆拱顶沉降值是无锚杆拱顶沉降值的1.7倍,两者的水平收敛、土压力、钢架应力相差不大;格栅和型钢钢架各项试验数值也相差较小。因此,根据分析结果提出了"在浅埋老黄土隧道设计中取消拱部系统锚杆,采用格栅钢架,加强拱部锁脚锚杆设置"的建议。     

深埋富水大型溶腔隧道施工技术——宜万铁路野三关隧道“602溶腔”释能降压及安全施工技术

文章以宜万线野三关隧道"602"溶腔为例,对深埋大型富水溶腔隧道的综合施工技术进行了系统的论述,主要包括查找溶腔、判释溶腔、锁定溶腔、打开溶腔、处治溶腔等释能降压技术,以及泄水洞、信息化注浆、开挖支护、长期监测、结构安全评价等过溶腔安全施工关键技术。     

轴对称解对隧道衬砌水压力计算的适用性研究

文章根据渗流理论推导了隧道衬砌水压力的轴对称解,并利用数值分析方法研究了轴对称解对不同形状隧道断面与浅埋隧道的适用性.研究结果表明:轴对称解适用于非圆形隧道断面衬砌水压力的估算；隧道断面形状对衬砌水压力折减系数的影响较小,可以忽略不计,其影响大小主要由衬砌与围岩的渗透系数比值决定.对于浅埋低水头隧道,用轴对称解计算的毛洞流量Qm与数值解比较,其误差较大,最大误差为36.5％；但用来计算衬砌水压力p1以及衬砌后水流量Q1时,误差相对较小,最大误差为6.3％,特别是利用轴对称解得出的衬砌水压力值与利用数值解得出的衬砌水压力特征值最大误差仅为3.4％.     

隧限-2隧道通行双层集装箱列车的可行性分析

随着集装箱物流的发展,部分既有铁路要改造为双层集装箱运输通道,然而既有铁路的隧道限界大多为隧限-2,不能满足双层集装箱运输隧道建筑限界。文章通过对限界、接触网悬挂方式及隧道处理措施等方面的研究,提出了隧限-2B隧道通行双层集装箱列车是可行的结论。     

客运专线耐久性混凝土对骨料的指标要求及原因浅析

客运专线施工中的混凝土配制要求采用耐久性混凝土,而经验和实践证明优质骨料是配制耐久性混凝土的关键因素;客运专线标准也都对骨料的质量指标提出了很高的要求.文章通过对现行规范和验标的解读,分析了优质骨料在优质耐久性混凝土中的作用机理.     

郑西客运专线大断面黄土隧道施工方法研究

文章结合郑西客运专线大断面黄土隧道设计、施工及科研情况,从沉降变形控制、施工进度、机械配套等方面对双侧壁导洞、CRD、CD、弧形导洞等4种工法进行了比选分析,提出了与不同工况相适应的工法以及施工要点,可供参考和借鉴。     

复杂岩溶隧道突水突泥防灾报警系统设计

2006年1月21日,宜万铁路马鹿箐隧道突发大规模突水突泥,造成了重大经济损失和人员伤亡,从而引起了部各级领导的高度重视。宜万铁路是在建的地质条件最为复杂的线路之一,隧道工程多发育岩溶,具有突发性突水突泥的可能,修建风险大。为了进一步规避施工风险,减少施工过程发生突水突泥造成经济损失和人员伤亡,设计中根据隧道工程地质、水文地质,以及隧道工程特征,对岩溶隧道进行了风险等级划分,并针对Ⅰ级风险隧道进行突水突泥防灾报警系统设计(系统包括预测预报、注浆堵水、安全逃生三个方面),该设计在国内外尚属首次,设计成果在宜万铁路进行了应用,并取得了一定的成效。     

渗流对铁路隧道内空气温度的影响

由于列车散热使得铁路隧道内空气温度升高,隧道热环境的恶化对列车安全运行及隧道内设备的可靠性带来一定的影响,隧道内热环境的模拟研究对铁路发展具有重要意义。文章通过建立隧道内空气温度非稳态模拟计算模型进行分析,重点考虑了隧道围岩内渗流对空气温度的影响;采用有限体积法对方程进行离散,用Matlab工具编写隧道内空气温度模拟计算程序;分别在不同的渗流作用系数下,对单线铁路隧道内空气温度进行模拟计算。分析得出,渗流对隧道内空气温度具有较大的影响,在隧道内热环境模拟中,特别是对于中长期模拟计算中不能忽略渗流的影响作用。