高速列车进入隧道时活塞风和阻力的理论分析计算

1概述当高速列车正在驶入或驶出隧道时,列车车身在隧道内的长度是个变量,活塞风和空气阻力的计算方法与全部列车在隧道内行驶时是不同的。因此,活塞风和空气阻力应按非恒定流分三种情形进行计算:1.部分列车进隧道,即列车在驶入隧道的过程中列车前段已进隧道而列车后段在隧道外;     

临河地铁隧道下穿干渠施工响应分析与控制措施

针对矿山法施工的临河隧道受季节性水位变化影响的问题，以济南轨道交通R3线暗挖隧道下穿大辛河东支沟段为例，采用FLAC3D有限差分软件建立三维数值模型，分析水位变化条件下临河暗挖隧道下穿干渠的施工响应与互馈效应。研究表明：采用洞内超前管棚+全断面注浆+渠道两侧注浆加固时，衬砌最大压应力相对另外两种方案减少了约55.7%和41.3%,衬砌最大拉应力相对另外两种方案减少了约55.9%和33.7%;地层和渠道的受力变形均优于另外两种方案，在变形控制标准值允许范围内。工程实践证明，临河暗挖隧道丰水期下穿渠道施工采用洞内超前管棚+全断面注浆+渠道两侧注浆组合加固方案可以有效控制地层变形，确保隧道的施工安全。     

无竖井单线隧道活塞风影响因素分析

采用非恒定流活塞风计算理论,按列车行驶在单线无竖井隧道中的不同位置,分四种情况(列车部分进入隧道,列车全部进入隧道,列车部分驶出隧道,列车全部驶出隧道后活塞风的衰减过程)建立了简化的活塞风分析数学模型.在此基础上,通过MATLAB软件进行数值求解,得到列车经过某区间隧道时的活塞风速度变化情况.分析了列车运行速度、列车长度、列车对隧道的阻塞比以及区间隧道长度对活塞风的影响.本方法可以作为列车以不同速度行驶在各种单线、无竖井隧道内活塞风速度的试用计算工具.     

市域快速列车空气阻力研究

文章以广州某市域快速列车为例,对列车以160 km/h运行在明线和隧道两种场景下的空气阻力进行研究,比较分析了各节车辆及部件的阻力、阻力系数和占比。研究结果表明：市域列车在明线和隧道运行时,头尾车受到的空气阻力最大;在列车各部件中,车体所受空气阻力最大,转向架次之,受电弓最小;隧道运行时列车所受空气阻力达到明线运行时的2倍以上,其中头尾车的空气阻力增幅最大,同时车体、转向架和受电弓的空气阻力也有较大增幅。     

隧道中列车空气阻力数值模拟研究

建立了一套计算隧道中列空气阻力的数值方法，其中数学模型采用可压缩性流体的ｋ－ε双方程湍流模型，计算方法采用ＰＩＳＯ算法，对不规则边界提出了速度修正法，在壁函数中引入了壁面粗糙度的影响，通过不同条件下的数值模拟，获得了全场的压力分布，以及空气阻力与基本参数的关系。     

不同断面悬浮隧道绕流特性分析

为研究水中悬浮隧道在均匀流作用下的荷载分布规律,采用大涡模拟的数值方法计算5种不同断面形式悬浮隧道的绕流场,比较不同来流速度、宽高比、来流入射角对悬浮隧道升阻力系数和周围压力分布的影响。结果表明:随着来流速度增加,结构表面压强呈平方增长,钝角断面(六边形)升力系数略有增加,阻力系数略有减小,无钝角断面(椭圆形)升阻力系数均减小,变化幅值较小;随断面宽高比增加,矩形升阻力系数先减小后增加,椭圆升阻力系数均减小;随均匀流倾角增大,椭圆断面升力系数增加,阻力系数减小,周向压力分布不再对称于结构水平轴。     

客运专线大断面黄土隧道施工方法有限元计算

针对郑西客运专线大断面黄土隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的力学问题，运用有限元方法，对弧形导坑、CRD、CD及双侧壁施工方法进行动态数值模拟计算，进而对这四种施工方法进行比较．所建立的大断面黄土隧道支护结构体系模型，对大断面隧道的设计和施工具有一定的参考价值．     

基于支持向量机的大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法

为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法.依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌子面围岩分级样本库;分别构建基于支持向量机(SVM)和2种神经网络的大断面岩质隧道掌子面围岩分级...     

城际铁路小断面盾构隧道内接触网悬挂方案

以速度目标值160km／h为探讨对象，提出了几种解决小断面盾构隧道内接触网的悬挂方案。     

基于块体离散单元法的走滑型活动断裂错动作用下隧道结构响应

以某穿越走滑型活动断裂带隧道为工程背景，采用离散单元法建立“围岩-衬砌-断裂带”三维块体离散单元模型，分析不同错动量作用下隧道衬砌整体位移响应；明确统一的隧道复合式衬砌结构位移及类圆形断面变形损伤控制标准，分析走滑型活动断裂错动作用下沿隧道纵向位移变化和横断面上径向变形损伤规律，并对比3种断面预留位错空间方案下的衬砌响应规律。结果表明；隧道衬砌的显著性位移和径向变形率最凸出区间均主要集中在断裂带及其两侧附近，拱顶竖向位移向下呈“V”形，仰拱底部竖向位移向上呈倒“V”形，左右拱脚水平位移方向均与断裂错动方向一致，呈“S”形；随着错动量的增加，衬砌节段间差异位移不断增大，断面上拱顶和仰拱底部变形最为严重；随着断面预留位错空间的增加，衬砌位移极值不断增大，但断裂带两侧隧道衬砌影响范围基本不变，断面上部分关键部位之间损伤破坏临界错动量减少，不利于隧道结构抗错。     

基于一维流动模型的高速列车隧道交会空气阻力数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,考虑列车交会诱发的空气压力和流速变化,提出高速列车隧道交会空气阻力的计算方法。研究中国标准动车组CR400AF隧道交会列车空气阻力变化规律,分析列车交会位置、隧道长度、阻塞比、列车运行速度和列车长度对列车空气阻力的影响。结果表明:在研究隧道内列车空气阻力和列车周围气流流动时必须考虑压缩波和膨胀波的传播方向,交会位置对平均列车空气阻力的影响较小;在隧道中央等速交会时,列车空气阻力随隧道长度、阻塞比和车速增大而增大,且这3者的影响程度依次增大;平均列车空气阻力与车速的2次方近似成正比,与阻塞比的0.67～0.75次方成正比,与隧道长度的0.01次方成正比;时速300～400km等级16辆编组高速列车的平均列车空气阻力约为8辆编组的1.65～1.70倍。     

列车通过隧道时流场的二维数值模拟分析

利用计算流体动力学软件 Star-CD,建立了列车通过隧道时的二维动网格模型,模拟在不同车速下,隧道内活塞风和压力场的动态变化规律,并比较不同外形和运行速度时列车所受到的空气阻力.模拟结果表明:列车通过隧道时的运行速度越大,产生的活塞风风速越大,相对压力越大,列车所受的空气阻力越大;列车通过隧道内某一测量点时,活塞风风速会发生突降,活塞风最大风速在列车尾流中形成;车头到达隧道入口时,最大压力突增,并很快达到最大值,随后逐渐减小;车尾到达隧道入口时,车尾最小压力突降;车身在隧道内时,车尾的最小压力波动较小;流线形列车所受的空气阻力约为钝形列车的0.5~0.7倍.     

复杂环境条件下单双线隧道过渡段方案研究

隧道建设在考虑铁路远期建设需求情况下,需要为远期工程建设预留条件,特别是在车站附近,道岔、渡线较多,线路线间距复杂,该段落隧道工程常会遇到单双线隧道结构过渡情况。隧道单双线过渡段结构形式较为复杂,利用特殊断面使隧道由单洞双线与双洞单线进行过渡,其常用方案有直接过渡和连拱隧道逐步过渡两种方案,需要结合具体条件进行合理选择。本研究针对南庄岭隧道地质条件、断面跨度、施工难度、运营养护条件等因素,结合连拱隧道与大断面结构过渡方案采用有限元分析方法在经济性、施工便捷性及工期、受力角度进行方案比选,以合理确定隧道DK89+767～DK89+806段结构形式及施工方案。     

沉管隧道高速列车空气阻力水力学模型试验研究

为了分析拟建的京沪高速铁路越江沉管隧道中高速列车通过时遇到的空气阻力问题,采用水流模型模拟气流原型,根据模型试验获得的列车空气阻力及相关数据,结合国内外的有关理论和试验成果,形成隧道中高速列车的空气阻力计算方法,并最终提出沉管隧道列车空气阻力参数。     

水中悬浮隧道合理截面数值模拟分析

为研究悬浮隧道的合理截面形式,采用大涡模拟法,按日本喷火湾海况条件分析了圆形、椭圆形、耳形、六边形和矩形5种截面悬浮隧道周向稳态压强分布、所受到的流体升力和阻力;以圆形断面为例模拟分析不同来流速度时悬浮隧道周围的水动力特性,以耳形断面为例分析不同迎流面宽度时悬浮隧道周围的水动力特性.模拟结果表明:耳形截面形式悬浮隧道周围压力大,稳定性好,所受升力和阻力较小,是最合理的截面形式;随来流速度的增加,悬浮隧道周围压力显著增加,升力和阻力急剧增加;迎流面宽度对悬浮隧道周围压力场分布影响很小,对结构升力和阻力影响明显.     

客运专线隧道断面方案研究和优化设计

研究目的:客运专线铁路隧道的建设在我国尚属首次,其断面选型和结构设计无成熟经验可以参考,原设计的时速250 km客运专线隧道衬砌断面和时速350 km客运专线隧道衬砌断面有不足之处。为满足客运专线隧道建设的需要,需要对客运专线隧道断面形式和结构进行优化设计研究。研究方法:广泛调研国外高速铁路隧道设计方案和施工经验,从隧道结构受力条件、排水系统布设及工程量大小等方面进行多方案比选研究。研究结果:合理选定了时速250 km客运专线隧道衬砌断面和时速350 km客运专线隧道衬砌断面形式,进一步优化了衬砌结构设计。研究结论:通过客运专线隧道断面研究和优化设计工作,克服了原设计客运专线铁路隧道衬砌断面的缺点。优化后的隧道衬砌断面具有受力更加合理、救援通道的使用更加方便、减少了隧道断面工程数量等优点。     

浏阳河隧道关键技术问题的探讨

根据大断面浏阳河水下隧道的特点,对隧道纵坡方案、防水型衬砌结构、水下段工程措施、非爆破开挖、疏散定点等比较敏感的几个技术问题进行分析探讨,供水下隧道和浅埋城市隧道的设计与施工参考。     

青岛地铁上软下硬岩层区间隧道断面设计优化

以青岛地铁3号线宁夏路站—敦化路站化区间隧道上软下硬岩层段为工程背景,利用数值模拟对三种断面隧道施工沉降、衬砌结构受力、塑性区分布、断面开挖面积和配筋面积的变化规律进行研究,并结合模拟结果与现场监测数据对隧道开挖断面进行综合优化。研究结果表明:拱部削尖马蹄形断面能保证隧道施工安全,且断面配筋面积最小,经综合考虑隧道施工的安全性与经济性,为最优断面方案。     

数值分析技术在铁路防洪设计中的应用

20世纪末 ,二维非恒定流数值模拟洪水灾害分析技术在许多洪涝地区洪水灾害分析和防洪设计中得到了推广应用。结合铁路穿越某流域内若干国家重点防洪控制地区洪水调度分析、铁路选线和防洪泄洪构筑物设计及铁路建成前后周边环境变化情况等 ,首次应用二维非恒定流数值模拟洪水灾害分析技术 ,计算模拟设计洪水的演进过程 ,调整确定相关设计参数 ,保证了线路方案的可行性和合理性。     

岩溶区不同围岩加固方案下盾构隧道列车振动荷载响应研究

目的：研究岩溶区土岩复合地层中不同围岩加固方案下，地铁盾构隧道在列车运行荷载作用下的动力响应，以评估不同围岩加固的可靠性。方法：基于岩溶专项勘察成果和有限元分析方法，依托岩溶区昆明地铁4号线联大街站—吴家营站区间盾构隧道，建立相应岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的有限元模型，分析隧道运营100年后的累计沉降。结果及结论：各围岩加固方案均可减少列车动力荷载作用下地铁盾构隧道的位移、应力和加速度，其中采用洞外围岩全断面注浆加固方案的效果最好；采用隧道两侧注浆加固围岩时，隧道运营100年后的沉降不满足不均匀沉降要求；为保证岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的安全运营，应选择在地铁盾构隧道外侧全断面注浆加固隧道围岩。