高速铁路隧道缓冲结构的气动作用分析

为了减轻高速列车进出隧道时引起的洞口压力波效应,常在隧道入口加建缓冲结构.采用计算流体力学数值分析的方法,仿真计算了高速铁路隧道入口缓冲结构参数对列车以350 km/h进入隧道时的气动作用,分析了过渡段长度、缓冲段长度、缓冲结构开孔率、缓冲结构入口形式对隧道口内气体压力的影响和缓冲结构对隧道内会车压力波的影响.计算结果表明:过渡段长度和缓冲结构入口形式对隧道内气动影响很小,其他参数一定时缓冲段长度存在一最优值;缓冲结构上开孔有助于减小气体压力升高率,缓冲结构的存在有助于降低隧道内会车压力波峰值.     

中国高速铁路隧道气动效应研究进展

论述了现场实车试验、数值仿真计算和室内模型试验等高速铁路隧道气动效应的研究方法,分析了隧道气动效应的影响因素,系统研究了动车组通过隧道及交会条件下车体内和隧道内瞬变压力与洞口微气压波随速度的变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附加阻力的计算方法、隧道内辅助设施所承受的气动荷载要求以及长大隧道远程测试控制技术和隧道内精确交会控制方法。研究结果表明:高速列车通过隧道引起的气动效应直接影响到列车运行的安全性、乘员舒适性以及隧道周边的环境,是高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术问题;建议提出适合中国国情的隧道内复合型舒适度、微气压波标准,开展多孔吸能材料、洞口缓冲结构、减压竖井、横通道设计等减缓措施研究。     

高速列车隧道交会压力波特性分析

随着列车运行速度的大幅度提高,列车在隧道高速交会时就形成了瞬变的交会压力波。对车体侧壁而言,瞬变交会压力波是一种瞬态激励,激励频带宽,几乎能激发车体侧壁及相关部件的所有振动模态,并产生较强的空气动力噪声。这种复杂的动力学现象,对车体侧壁变形、列车隧道运行的噪声及运行安全性都有不可忽视的影响。论文从三方面对实测隧道交会压力波的特性进行了深入分析:交会压力波的时-频特性、主要参数值及其与车速的关系、交会压力波对车体侧壁振动的激励作用。论文通过倒频谱分析,得出隧道压力波不是单一线性叠加波,而含乘积性成分。本文为进一步研究瞬变交会压力波对车体侧壁变形的影响和对列车隧道运行噪声的影响,提供了新的依据。     

基于气动声学理论的喇叭型隧道缓冲结构优化

为了有效缓解隧道空气动力学效应导致的声爆现象,基于气动声学理论,对带喇叭型缓冲结构的隧道入口参数进行了优化。采用Green函数求解气动声学FW-H方程,得到了隧道内初始压缩波波前的压力和压力梯度,并根据喇叭型缓冲结构的特点,对缓冲结构的横断面积函数、入口断面积和长度进行优化设计。优化结果显示:隧道内压力梯度峰值随缓冲结构长度的增大而逐渐减小;考虑经济性因素,喇叭型缓冲结构的优化长度为10倍的隧道半径,优化缓冲结构的横断面积函数、入口断面积后,可使压力曲线成线性变化,压力梯度峰值降低63.9%,可避免入口处压力突变,缓解了声爆等微压波现象。      

新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统

目前高速列车隧道空气动力学模型实验系统主要用于分析隧道内压力波的变化规律，难以对空气动力学效应进行完整的分析。针对这一局限性，从科特流(Couette)理论出发，提出了一种新型实验系统即旋转式高速列车-隧道模型实验系统，介绍了该系统的可行性、结构、实验原理及其特点。分析表明：该新型实验系统结构简单、功能完善、成本低、实验重复性好，适用于进行高速列车通过隧道时产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等一系列空气动力学实验，并能测量隧道内和列车隧道环形空间的气流速度场，对研究高速列车隧道空气动力学问题有重要意义。     

隧道瞬变电磁法地电参数敏感度分析

为探讨瞬变电磁法用于隧道超前预报时瞬变电磁场的特点,用ANSYS模拟了层状半空间和地下全空间瞬变电磁场的传播特性．通过改变低阻异常体的埋深、半径、电阻率及高阻围岩的电阻率,得到了瞬变电磁场探测结果对各参数的敏感程度,并对探测结果进行拟合,得到了相应的函数特性．结果表明：地下全空间瞬变涡流场的传播表现为“水波效应”,而非层状半空间的“烟圈效应”;隧道中低阻体地电参数变化将显著改变二次场的时域特性．是隧道电磁法的敏感参数：高阻围岩电导率变化对二次场时域特性的影响不大．是不敏感参数．     

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.     

高速列车隧道会车压力波的数值模拟

采用一维可压缩不等熵非定常流体流动理论的和广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法，并根据该方法计算、列车隧道内三种不同位置的会车压力波瞬变规律，结果表明，该方法可作为我国高速铁路单复线隧道设计参数选择的研究，为今后进一步研究隧道内会车引起乘客舒适性等问题提供基础和依据。     

盾构隧道拓建地铁车站施工力学特性分析

随着城市轨道交通的快速发展及城市环境的制约,普通暗挖法在地铁车站施工中所受的局限越来越大,结合国内外工程案例,提出双洞盾构区间隧道拓建地铁车站的方案,可为以后利用盾构隧道扩挖车站或在盾构区间内增设车站提供借鉴。采用数值模拟对既有盾构隧道拓建地铁车站的方案进行分析,重点研究拓建施工过程中既有盾构隧道的位移和应力变化规律:盾构最大主应力沿整个隧道纵向呈"W"型分布,且土体开挖对纵向一定范围内的最大主应力影响较大,而对范围外的最大主应力影响较小,该影响范围的纵向长度是固定的,为19.5 m。前3次土体开挖对盾构隧道的最大、最小主应力影响较大,而剩余部分土体开挖对盾构隧道的最大、最小主应力影响较小。研究结果表明:利用盾构区间隧道拓建地铁车站的方案是可行的,且由于国内盾构6 m直径较为普遍,施工经验也较丰富,因此有较大推广价值。     

高速铁路隧道压力波数值分析

本文根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论并利用特征线法发展了高速列车驶人隧道引起隧道内空气压力瞬变的数值模拟方法，并根据该方法初步探讨了喇叭口型隧道减缓压力波的效果。计算结果表明，该方法可作为我国高速铁路隧道设计参数选择的研究工具。隧道设置喇叭状洞口作为减缓压力波的措施是可行的。     

基于流固耦合超大规模地下车站环境影响分析

以京张城际铁路八达岭超大规模地下车站修建为例,依据工程区水文地质特征、水压致裂原地应力测量结果,利用有限差分软件FLAC3D建立三维渗流应力耦合模型,采用全封堵、全排水、非耦合、注浆限排4种方案进行数值模拟.结合理论分析,着重研究在饱水状况下八达岭车站修建前后的渗流场变化、涌水量、围岩变形和地表沉降等环境影响负效应因子,对因地下车站修建环境影响效应的显著性、空间分布特征和长期效应进行评价.模拟计算结果对于裂隙发育、富水地层地下工程尤其自然风景区大型地下洞室防排水设计和施工具有指导意义.     

公铁平层桥梁桥塔遮风效应风洞试验研究

车辆经过桥塔区域时，由于桥塔的遮风效应，其气动荷载会产生突变，且公铁平层桥梁的桥塔由于纵向尺度较大，车辆经过桥塔区域时气动荷载的变化更加剧烈.为明确某公铁平层桥梁上车辆在桥塔区域的气动特性，制作了1/20大比例尺的风洞试验模型；基于优化后的测试系统，测试了车辆通过公铁平层宽幅桥梁桥塔时的气动荷载，研究了车道位置、车辆类型以及桥塔外形对通过桥塔车辆的气动特性的影响.结果表明：越靠近桥塔车道上的车辆，经过桥塔时的横向力系数、摇头力矩系数的突变量更大，正向升力也越大，因而更容易发生侧滑与侧偏；车长对车辆通过桥塔区域的性能有显著影响，长度较小的车辆具有更大的横向力系数突变量，长度较长的车辆具有更大的倾覆力矩系数、摇头力矩系数及点头力矩系数突变量；与矩形截面桥塔相比，带倒角的桥塔使得厢式货车的横向力突变量减小了43.7%，使集装箱车的横向力系数突变量减小了25.8%，且使集装箱车的摇头力矩系数突变量减小了29.2%.     

现代城市多功能地铁换乘站综合体构筑方法

多功能地铁换乘站综合体构筑方法基于笔者发明的地下空间封闭式开挖理念（见《铁道建筑技术》2007—1期）。针对地铁换乘站结构体系的受力特点,在保持地基应力基本平衡及水土分离（地基土“疏干”）的条件下,运用盖挖逆筑法,自上（地面高程±0.00）而下一次性逐层将地铁换乘站主体结构筑成,是一种安全可行、高效环保、利于城市持续发展的好方法,也是具有广阔应用前景的地下空间开发新技术。     

城市地下道路出入口变速车道长度设计研究

在介绍国内外立交出入口变速车道设计长度和国外地下道路出入口变速车道设计长度的基础上。根据我国地下道路的功能定位和分类，结合我国城市地下道路交通实际情况，提出我国地下道路出入口变速车道设计长度的取值建议，对我国地下道路的规划、设计和建设具有积极的作用。     

爆破施工对邻近隧道安全的影响

城市交通工程新建隧道爆破施工会对近邻既有工程的衬砌结构产生影响,严重时会影响既有工程结构的安全.本文基于数值模拟方法,计算分析了4种最危险施工条件下,新建崂山隧道爆破对既有仰口公路隧道的影响.结果表明：崂山隧道的进、出口及中间段,爆破施工对既有仰口隧道的左线影响有限,对较远处右线的影响较小.在崂山隧道进口、出口和垂直距离最近处,计算结果都远低于我国《爆破安全规程》（GB 6722-86）规定的交通隧道安全振动速度标准值15 cm/s.但在崂山隧道断层破碎带（F5）爆破施工最危险条件下,计算速度最大值达到15.26 cm/s,该值已达到安全振动速度规定的临界值下限,建议施工过程中需要采取必要的工程安全措施.     

隧道地质预报方法与不良地质施工措施

本文介绍了隧道及地下工程施工中常用的地质超前预报方法，并对其中物探方法进行取舍，采用被实践证明行之有效的方法，摈弃费用昂贵、效果不明显的物探手段。此外，还介绍了隧道施工中对各种不良地质的处理措施。     

考虑停靠能力约束的主干道公交车站长度计算

分析了影响公交车站停靠能力的因素,在此基础上构建了主干道公交车站停靠能力计算模型.在公交车站停靠能力满足需求的前提下,得到主干道最小站台长度计算公式.最后对魏公村车站进行了实例分析,计算该车站长度以检验模型的准确性,并利用VISSIM进行仿真比较分析.结果表明：计算得到的长度在对社会车辆造成的车均延误以及公交车辆平均在站时间方面都具有较大优势,车均延误减少0.2s左右,而平均在站时间减少约2.9s.     

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

青岛清江路站隧道施工开挖方法的数值模拟与分析

依托于青岛地铁清江路站的实际工程,利用ABAQUS有限元分析软件,针对所选地铁站的地质及结构特点,建立浅埋暗挖大跨地铁车站动态开挖的力学模型,数值分析表明模拟隧道施工开挖与支护过程应符合现场实际工况、应反映现场预留的毛洞长度。对今后用ABAQUS有限元软件模拟隧道动态开挖时准确反映施工力学行为具有指导和借鉴意义。