基于气动效应的特长隧道断面优化探讨

铁路隧道净空面积的确定，不仅应考虑隧道建筑限界和机车车辆限界，还要考虑列车通过隧道时诱发的空气动力学效应。基于一维、可压缩、非定常的流动假设，推导得到车内瞬变压力、洞口微气压波和空气阻力计算公式，并结合这3个指标对现有城际铁路、高速铁路隧道设计规范进行论证和优化。结果表明： 针对大于10 km的特长隧道，在一定长度范围内，且在提高列车密封水平、增加洞口微气压波缓冲结构的情况下，可对特长隧道净空断面进行优化。     

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。     

高速铁路隧道洞口地形对微压波的影响分析

高速列车进入隧道后将产生一系列的空气动力学效应,其中隧道出口的微压波效应对人类环境的危害性较大。影响微压波的因素主要有:列车进入隧道的速度、隧道的阻塞比、隧道长度、隧道内部条件和隧道出口地形等。采用数值模拟方法,深入研究了隧道出口地形对微压波的影响,得到了隧道出口地形对微压波的影响特性。     

台湾高速铁路隧道空气动力效应之量测

为了验证隧道空气动力效应之理论现象,并证实设计阶段之数值模拟成果及风压标准,乃选定台湾高速铁路之2座长隧道,于隧道内布设气压计配合不同的位置、几个特定的列车速度进行实地测试。量测结果显示:高速铁路列车所引致空气动力效应之现象,大体上与先前研究文献及规划时期数值模拟之成果一致,车头进入、出隧道时会引发一个明显升高之压缩波,列车通过后(车尾进出洞口时)由于空气动力拖曳气流而压力骤降至形成张力波。不论正压或负压峰值,在车速达到220～230 km/h时,便可达1.0 kPa;当车速接近300 km/h时,实测得之最大压力值约1.35 kPa;所有现地实测之压力峰值尚低于设计规范之标准值。     

双线隧道微气压波的三维数值模拟

针对高速列车进出双线大断面隧道(At=100 m2)时的空气动力学问题,对不同结构形式的隧道出口微气压波进行了三维数值模拟和理论推导。验证计算表明:所采用的双线隧道出口微气压波计算方法是合理可行的,为今后进一步研究高速列车隧道会车压力波和微气压波提供参考。     

高速列车通过隧道流场的三维数值模拟

应用三维粘性、非稳态不可压缩流的数学模型,对高速列车通过隧道时隧道内的压力变化、列车受到的气动阻力等问题进行分析研究,得到了隧道内的压力流场三维分布图,求出了速度、阻塞比等参数与压力、气动阻力之间的数值关系,为解决高速列车通过隧道引起的空气动力学问题提供参考。     

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。     

客运专线隧道压力波数值分析中经验系数确定方法介绍

随着铁路高速化的不断发展,高速列车通过隧道时诱发压力波引起的乘客舒适度问题越来越受到关注.采用一维可压缩非定常流动模型和特征线法能够准确地计算多种工况下隧道单车压力波和会车压力波.在计算中,列车壁面与隧道壁面摩擦特性、隧道内车头、车尾处三维流动特性、隧道端口处流动特性均用经验系数来表示.这些参数对于隧道压力波的准确计算是非常重要的.根据一维不可压缩流动理论,建立了确定上述相关流动特性经验系数的计算程序,通过与国外实验数据对比表明了程序的正确性,为今后现车试验、模型试验中这些经验系数的确定提供了有效的工具.     

高速列车隧道空气动力学数值仿真系统的开发

介绍高速列车隧道空气动力学数值仿真系统的原理与应用。该系统对高速列车通过隧道时诱发的空气动力学效应进行模拟,计算结果有利于隧道的优化设计。     

高速列车通过隧道时舒适度标准平

高速列车以极快的速度通过隧道时，由于空气动力学效应，列车内外的压力瞬间将会发生急剧变化，对列车上的乘客及工作人员的生理产生不良影响，本文根据国外铁路当局所制定的舒适度标准及采取的相应措施，对我国即将修建的京沪高速铁路舒度标准问题发表一点见解。     

国外高速列车进出隧道空气动力学模型实验研究方法

隧道空气动力学是隧道设计中面临的一个主要问题.高速列车进出隧道、两高速列车在隧道内相会时,会引起噪声及车厢内压力的变化,不仅对乘客及环境造成损害,也对列车的稳定、走行阻力以及车体构造都有影响,还会危及隧道中作业人员的安全.因此,开展高速列车隧道空气动力学的研究,是隧道设计和既有隧道改造的重要依据.这类问题研究方法很多,主要有:模型实验、数值模拟、现场实测.模型实验研究是较为经济、可靠的方法.在收集大量国内外模型实验研究文献的基础上汇集、论述了浅水槽、各种发射式列车模型实验研究方法的实验原理、实验系统配置及检测方法.并对各种方法进行了比较,得出摩擦发射式列车模型实验是最理想的实验研究方法.     

铁路隧道施工中的环境保护

介绍了铁路隧道施工中对环境造成影响的各项因素，主要针对隧道的粉尘、废气、噪音、污水、废碴的防治进行了全面阐述，并重点阐述了隧道内空气环境的保护方案以及空气检测系统的原理和方案，可供隧道工程及环保工作人员参考。     

快速运营对地铁隧道温度的影响

当地铁隧道中列车以140km／h速度快速运行时，会在隧道中产生空气动力学效应和温度效应。文中分析地铁列车在快速运营条件下会向隧道中散发更多热量，并对与隧道温度变化的有关隧道设计参数方面的问题进行讨论。     

列车突入缓冲结构隧道时初始压缩波数值模拟

采用三维粘性、可压缩、等熵、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车突入断面扩大型缓冲结构的压缩波进行了数值模拟。计算结果表明,缓冲结构能有效降低初始压缩波的压力梯度值,从而降低隧道出口的微压波峰值。     

强震作用下交通隧道的拟静态反应

针对强震区的交通隧道，提出了拟静态分析方法，这种简化方法考虑了洞顶土压，震动时的孔隙水,压不平和垂直方向震动等因素对隧道的影响。分析场地在地震下的反应时，运用地震时剪切波传播规律来模拟自由场地的水平反应；运用三轴试验或经验公式确定孔隙水压力的变化情况；隧道的竖直运动与地表最大竖直加速度成正比。通过数值算例可以看出：竖直震动和孔隙水压对隧道的内力有着重要的影响，这种方法主要用来计算地震时衬砌结构中的轴力，剪力和弯矩。     

越江铁路隧道空气动力学问题的试验研究

采用模型试验对高速列车通过狮子洋隧道产生的复杂压力场进行了模拟。对模拟结果中的压力及压力梯度曲线进行分析,得到了狮子洋隧道空气动力学效应的相关特征参数,并将最大压力值、最大梯度值与国外理论计算结果进行了定量比较,表明其模型试验方法和结果具有较好的可靠性。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

盾构区压设置不当加剧姿态偏差的原因分析

盾构施工中通过不断地调整区压控制盾构姿态，然而在实际中如果将各分区压力参数设置差距太大会发生盾构姿态偏差反而加剧的情况。结合某城市地铁下穿江河段时遇过饱和软土发生沉降的案例，说明在盾构本身出现沉降偏差时，由于区压调整参数设置不合理，导致盾构推力不均匀反而加速盾构下沉的情况，对盾构推进的区压参数设置进行对比分析，并对盾构姿态持续下沉过程进行详细描述，分析区压过度调整对盾构姿态产生不利影响的原因。根据盾构推进压力对于管片的反作用力，从力学角度分析盾构姿态的调整是盾构区压设置的调整原理，阐述盾构姿态形成的受力状态是盾构自身偏转量与成型隧道管片受力不均呈现逆向偏差的结果。二者的偏转量是相反的，当调整区压设置导致成型隧道偏转量大于盾构自身偏转量时，盾构姿态将呈现越纠越偏的现象，即为区压过度调整。该结论指出盾构施工过程中姿态调整的误区，并对盾构施工推进参数设置的合理性提出见解。     

高寒高海拔隧道进出口海拔差下列车内外压力计算方法及应用

为研究西部艰险山区长大隧道进出口存在较大海拔差下的车内外压力计算方法，采用理论分析方法对现有平原地区车内外压力单维计算模型进行修正，使之适用于进出口存在海拔差的隧道。通过青藏铁路列车内压力实测数据的对比，验证计算方法的正确性，并在实际设计中进行应用。主要结论如下： 1）根据大气压力随海拔变化的规律，通过调整原有计算模型中每一时刻对应的基准压力、温度、密度和声速，可实现进出口存在海拔差隧道内列车内外压力的计算； 2）通过此计算方法，确定了某高海拔山岭轨道交通单线隧道断面净空面积为19.5 m2，双线隧道断面净空面积为41.5 m2，列车动态密封指数最低要求为2.5 s。     

京沪高铁隧道洞门气动特性分析

在高速铁路建设中,隧道出口微压波控制是要考虑的重要课题之一。结合京沪高铁的西渴马二号隧道,对隧道洞口缓冲结构的设置参数进行了数值分析,评价了削竹结构和顶部开口结构在单一设置和组合设置情况下,对缓解微压波的效果。分析结果表明:开口式缓冲结构效果更好;组合缓冲结构的优化参数不可照搬单一设置时的优化参数。同时,通过分析,也证明了计算工况所采用的缓冲结构参数是科学合理的。