艰险山区客运专线铁路隧道缓冲结构研究

高速列车进出隧道形成的压力波带来乘客舒适度下降、隧道洞口噪声污染、威胁隧道洞口建筑物安全等多种不利影响。为了深入研究高速铁路隧道洞口微压波特性,确定各种缓冲结构在控制微压波方面的效果,提出缓冲结构设计的合理方案。通过模拟实验和数值分析,对主要缓冲结构设置形式进行了分析,并针对艰险山区隧道洞口提出了缓冲结构设计的合理方案。     

不同车高时速400公里高速列车对隧道初始压缩波的影响特征

高速列车驶入隧道时产生初始压缩波并向隧道出口方向辐射形成压力脉冲波,影响居民的身心健康,带来了严重的环境问题。文章以国内时速400公里的高速列车为研究对象,基于CFD（计算流体动力学）软件搭建三维数值模拟计算模型,研究高速列车驶入隧道时产生初始压缩波最大压力梯度值的时空演变过程,并分析比较不同车高和在隧道洞口增加缓冲结构对隧道初始压缩波的影响。模拟计算结果显示：车高越高,高速列车驶入隧道时产生的初始压缩波压力峰值越大,对应的最大压力梯度值也越大;隧道洞口设置缓冲结构时,不同车高对初始压缩波最大压力梯度值的影响规律与无缓冲结构情况下基本保持一致,但最大压力梯度值大幅下降。     

空腔结构对高速磁浮隧道压力波的影响研究

随着我国更高速铁路交通系统建设的推进,车/隧耦合空气动力效应急剧增强,如何有效缓解车/隧耦合下的压力波幅值成为众多学者研究的难题之一。为缓解隧道压力波,常在隧道口设置缓冲结构,并根据隧道横截面积和列车运行速度确定相关参数。然而,因隧道外部现有地形和空间环境的限制,无法在洞口设计长距离、大范围的缓冲结构或者对现有缓冲结构进行改造扩建。针对此类问题,提出一种具有空腔结构的新型隧道结构。采用三维、非定常、可压缩N-S方程和标准k-ε湍流模型,结合滑移网格技术,研究时速600 km磁浮列车通过横截面积92 m2的单线隧道时的隧道壁面瞬变压力和微气压波,探明隧道内部空腔结构对初始压缩波传播特性的影响规律以及对隧道瞬变压力和微气压波的缓解效果。开展动模型试验、网格精度无关性和算法无关性验证数值计算方法的正确性。研究结果表明：空腔结构使得进入隧道内部的气流流经透孔并在空腔内产生反射,通过耗散压缩波强度来抑制压缩波压力梯度的上升,从而对隧道壁面压力和隧道出口微气压波具有明显的减缓作用。相比于现有隧道,具有空腔结构的新型隧道对隧道入口140 m处的壁面压力幅值减缓作用达13.1%,对隧道出口20 m处的...     

高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果研究

研究目的:为在设计阶段达到有效降低微气压波对隧道洞口周围环境影响的目的,采用三维数值模拟对包括洞口缓冲结构、洞身辅助坑道和隧道群开口连接明洞在内的高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果进行研究。研究结论:(1)喇叭口式和扩大常截面式缓冲结构的缓解效果要明显优于直线斜切式和等截面开口式缓冲结构;(2)提出了辅助坑道的缓解效果的表征公式,设计人员可利用其确定辅助坑道的数量和面积;(3)明线间距较小的隧道群可采用开口连接明洞缓解微气压波,连接明洞开口应遵循"多开口、开小口"的原则;(4)多种微气压波减缓措施联合作用下可多阶段地缓解微气压波;(5)本研究成果可为高速铁路隧道微气压波缓解措施的设计工作提供指导。     

开孔缓冲结构条件下的隧道单车压力波特征数值分析

在假定隧道内空气流通截面是时间和流动距离的二元函数条件下,根据一维可压缩非定常不等熵流动理论与广义黎曼变量特征线法,发展了高速列车通过设置开孔缓冲结构隧道的单车压力波计算方法,并进行开孔缓冲结构不同参数对初始压缩波强度和压力梯度的分析计算,揭示了开孔缓冲结构的空气动力学特征,对探讨减缓洞口微压波提供了一种分析方法。     

单线高速铁路隧道入口缓冲结构几何外形优化设计

以单线高速铁路隧道入口线性喇叭型缓冲结构作为研究对象,采用3次NURBS曲线拟合其入口形状,提取控制缓冲结构几何外形的9个设计参数。利用有限差分方法分析各个参数的灵敏度,发现缓冲结构的上下边界长度和入口高度对微气压波最为灵敏,而缓冲结构入口形状对其敏感度最小。采用计算流体力学方法、支持向量机模型和蚁群优化算法,开展以降低微气压波为优化目标的缓冲结构几何外形优化设计,得到适用于单线高速铁路隧道的线性喇叭型缓冲结构外形。与无缓冲结构相比,采用优化设计得到的缓冲结构,微气压波降低约42.1%,单车通过隧道时的车外压力波动幅值减少约9.4%。通过分析线性喇叭型缓冲结构上下边界的长度、入口高度和底部宽度对微气压波的影响,发现这4个设计参数与微气压波呈近似的线性关系,各设计参数间的耦合作用不明显,在实际工程设计中,可单独考虑各设计参数的影响。     

地铁入口处缓冲结构对车体压力的影响研究

为了将地铁瞬变压力的波动控制在人体舒适度范围内,根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε紊流模型,以22.73 m2的地铁区间矩形隧道为研究对象,建立隧道-列车-空气数值模型,分析地铁隧道中列车特征部位压力和压力梯度的变化规律和影响因素。研究结果表明：列车运行速度超过100 km/h后,有必要在地铁入口处设置缓冲结构;缓冲结构降低压力最大值的效果并不显著,但降低压力梯度最大值的效果显著;喇叭型缓冲结构是优选的地铁入口降压措施;缓冲结构的最佳长度为2倍隧道水力直径;缓冲结构的横断面积越大,其降压效果越好;缓冲结构的最佳开孔率为30%左右。     

客运专线高陡边坡洞门及缓冲结构设计

以西安至成都客运专线为背景,总结了目前客运专线隧道常见的几种洞门及缓冲结构形式,并根据本线隧道洞口地形高、陡的特点,提出了平导式缓冲结构,并对其设置参数进行数值模拟分析,通过分析比选确定了合理的设置参数,供业内人士进行相关工程设计时参考。     

日本新干线隧道缓冲结构技术

日本是世界上较早研究高速铁路隧道洞口微气压波问题以及减缓措施的国家,在新干线建设和运营过程中积累了比较丰富的工程技术经验.本文全面调研了日本新干线隧道缓冲结构设置的原则、类型,主要技术指标或参数,特别是新干线提速过程中遇到的隧道空气动力学问题和处理对策,以期对于我国400 km/h及以上高速铁路的建设提供借鉴.     

时速350km动车组过隧道气动效应分析

采用数值模拟计算的方法,对时速350 km动车组通过70 m2单线隧道和100 m2双线隧道的压力变化进行研究.研究结果表明:单列车通过单、双线隧道时,除曲率变化较大的头、尾部位置不同测点压力变化差别较大外,列车中部不同位置测点压力变化基本相同,隧道入口前20 m,隧道壁面压力变化幅值随测点距隧道口距离的增加而迅速增大,20 m后增加变缓,在200 m左右达到最大;单线隧道内,各截面上压力变化幅值最大相差不超过3％,三维效应不明显,双线隧道内,隧道口处的三维效应比较明显,隧道中部三维效应减弱,在隧道入口6 m和隧道中部250 m位置,不同测点压力变化幅值最大分别相差82.8％和11.3％.     

间缝式开口隧道缓冲结构气动特性分析

采用通用CFD工程分析软件,对高速列车突入有间缝式开口缓冲结构的隧道的空气动力学特性进行三维数值模拟。分析间缝式单、双开口缓冲结构的最优结构形式,采用模型试验和现场测试方法,对数值分析结果进行比较验证。研究结果显示:与常规既有的缓冲结构相比,间缝式开口缓冲结构对压力梯度的降低效率更高,经济性更好。从控制隧道出口微气压波的需要,提出应综合考虑单位米长降低率与总降低率,来选择缓冲结构的形式及参数。     

复杂艰险山区高速铁路隧道群空气动力学效应及缓解措施

为解决复杂艰险山区高速铁路隧道群设计难题,本文从压力波动、空气阻力和微气压波几方面入手,明确了隧道群空气动力学效应与单个隧道的差异,阐述了隧道群空气动力学效应的变化规律,提出了相应的缓解措施以及隧道群连接明洞的设置原则。研究结果表明,隧道群空气动力学效应与单个隧道在微气压波方面的差异最大,在条件适宜的情况下,应考虑采用连接明洞的方式缓解隧道群空气动力学效应。同时,本文建议制定适合中国国情的隧道群复合型耳膜舒适度标准和微气压波标准,并在确定隧道群缓冲结构、横通道等结构设计参数时,重视数值模拟所发挥的指导作用。     

城市隧道双洞口污染物扩散模拟分析

研究目的:为了探讨城市双洞隧道污染物扩散情况,分析车辆出口隧道对车辆进口隧道污染物扩散的影响,采用CFD技术和气体扩散方程,对某城市双洞口隧道CO扩散进行模拟分析,讨论隧道洞口间隔墙设置的必要性。研究结论:模拟结果表明洞口间不设置隔墙时,出口隧道设计阀值200 ppm的排放条件下,入口隧道局部CO浓度可以达到60 ppm,而设置隔墙的情况下,入口隧道最大CO浓度在20 ppm,可见有必要设置隔墙,以对入口隧道设计环境进行改善。     

大断面黄土隧道洞口缓冲结构的设计及施工

研究目的:为解决客运专线高速列车通过隧道空气动力学效应的不良影响,本文结合郑西铁路客运专线秦东大断面黄土隧道的工程实例,就该隧道进口缓冲结构设计、地基处理和混凝土施工技术措施进行详细介绍.研究结论:水泥土挤密桩能够有效地消除黄土湿陷性,起到加固地基的作用;该隧道进口采用开孔等截面缓冲结构和帽檐式斜切洞门,充分结合了洞口环境要求,设计美观大方,和洞口地貌浑然一体,起到良好的缓冲作用;但考虑帽檐式洞门施工难度较大,模板台车投入大,周转次数极少,利用率低和工效低,建议设计单位考虑洞门取消帽檐式洞门,洞门和缓冲段设计统一断面多采用定型设计,以提高模板台车的利用效率.     

铁路隧道斜井式紧急出口的入口段结构参数确定

针对特长单洞双线铁路隧道内发生列车火灾的情况,采用buildingEXODUS人员疏散模型模拟人员疏散过程,分析不同斜井式紧急出口入口段结构设计参数下的人员必需安全疏散时间和人员聚集时间,以此确定经济、合理的入口段结构参数;采用火灾动力学模型模拟火源燃烧过程,得到人员可用安全疏散时间,并与人员必需安全疏散时间比较,以确定该入口段结构参数下人员疏散的安全性。结果表明:为确保所有人员的安全疏散,入口段防护门宽度应不小于3m;入口段地面面积应不小于280m2;在入口段地面宽度确定后,入口段地面最大坡度应按照一定的关系式取值;在入口段最优结构参数条件下,在距离紧急出口150m范围内,仍有13.6%的人员处于危险环境中,因此,还需要在紧急出口处设置风机等防灾设备。     

铁路客运专线隧道修建技术

研究目的:通过对客运专线隧道设计、施工各个方面的分析,总结归纳形成铁路客运专线隧道的关键修建技术.研究结论:空气动力学问题、断面及支护参数的确定、洞口型式、防灾救援、结构耐久性、防排水标准、施工方法等是铁路客运专线隧道的关键技术,采用扩大隧道面积和选择洞门型式或设置缓冲结构解决了隧道空气动力学问题,设置救援通道、紧急出口以及系统防灾救援设施解决了防灾救援问题,采用一级防水标准、耐久性混凝土以及合理的施工方法保证了施工和运营安全.     

缓冲结构对列车突入隧道时的瞬变压力的影响

列车突入隧道时 ,会产生一系列气动效应。引起车厢内部压力变化 ,降低列车乘坐的舒适度。同时 ,还会在隧道出口形成噪声污染 ,在隧道口修筑缓冲结构是解决这一问题的有效措施。本文通过实验 ,对瞬变压力以及压力变化率与列车车速之间的关系进行了研究 ,并对缓冲结构的长度与降低瞬变压力的效果进行了分析比较 ,确定了相对最优的缓冲结构长度。     

减少新干线隧道出口噪声的对策

1974年下半年山阳新干线冈山博多间进行试运转时,发现列车通过隧道时,在隧道出口处突然产生轰鸣噪声以及附近房屋的门窗格格作响。这种现象是由于列车进入隧道后产生的压缩波以声速传布到隧道出口端后,在隧道出口辐射开来的称为微压波的压力波所引起的。微压波系在隧道的另一端由列车进入隧道所引起的压缩波的能量的一部分所产生的一种辐射波。     

高速列车过隧道时对接触网安全性的影响分析

为研究高速列车过隧道时对接触网系统安全性的影响,采用数值模拟的方法,利用滑移网格技术,对不同编组的高速列车以350 km/h的速度分别通过单线隧道和双线隧道的过程进行仿真,通过监测吊柱位置处的气流速度和气体压力,得到隧道内活塞风特性;基于气动特性仿真结果,对接触线风振响应进行模拟仿真,得到隧道内接触线位移偏量范围。结果表明,列车编组越多,隧道断面越小,列车车速越大,形成的列车风速度越大,气动特性越显著;列车进入隧道入口瞬间,接触线有最大正向位移偏量为2.92 mm。     

金台铁路越岭特长隧道设计方案研究

金华至台州铁路的技术标准为单线预留双线,地形和地质条件复杂的越岭段存在隧道方案单双线的比较、工程投资、施工安全、工期控制及防灾救援体系等诸多设计难点。通过对隧道两端的接线条件、会让站的设置、地质条件、单线与双线、施工方法、防灾救援、工期、工程投资及环保等多方面的研究,在确保工期合理、节省投资和运营支出、施工安全可控的前提下,推荐采用18.37 km特长隧道的越岭方案,并采用一次双线分期实施,进口钻爆法+出口1台TBM施工的隧道设计方案。