高速鐵路的隧道特點-展示頁
2024-08-20 18:33本頁面
【正文】 2 ?? ?? ?? ?? ?? V dl c W bV a D 式中 W —列車質(zhì)量(t)；V —車速(km/h)；l —列車長度(m)；D —阻力(N)。 而空氣阻力則同行車速度二次方成正比。 行車阻力由機(jī)械阻力和空氣阻力兩部分組成。 因此，目前較通用的評估參數(shù)是相應(yīng)于某一指定短時間內(nèi)的壓力變化值，例如 3S內(nèi)最大壓力變化值或4S內(nèi)最大壓力變化值。例如，對于變化緩慢的壓力過程，即使變化幅度較大，但由于來得及對耳腔壓力進(jìn)行主動(如做吞咽動作)或被動(外界降壓時中耳通道將自動開啟)調(diào)節(jié)，不會造成很大不適。即最大壓力變化的絕對值； ② 壓力變化率的最大值。 高速鐵路隧道設(shè)計應(yīng)通過正確地選擇隧道設(shè)計參數(shù)，將壓力波動控制到“允許” 范圍內(nèi)。 值得指出的是，在考慮到列車交會的情況下，就車外壓力而言，洞口會車有時會成為最不利情況，然而在列車密封的條件下，洞口會車并非最不利情況。 實際上，列車交會時所產(chǎn)生的壓力波動同列車長度、隧道長度、會車位置、車速等多種因素有關(guān)。 雙線隧道列車在隧道中交會引起壓力波動的疊加，情況十分復(fù)雜。豎井?dāng)嗝娣e5～lOm 2 即可，加大豎井的橫斷面積，并不能收到好的效果。 豎井（斜井、橫洞）的存在會緩解壓力波動的程度?？紤]列車交會時，N = ?? 。根據(jù)計算分析，提出壓力波動與隧道阻塞比之間有下列關(guān)系。研究表明：對于壓力波動，諸因素中隧道橫截面積的影響是最大的。 當(dāng)隧道長度為1km時，壓力波動明顯加劇，而當(dāng)隧道長度進(jìn)一步增大到3km時，壓力波動則并無顯著加劇，反而有緩解趨向。但是，當(dāng)隧道長度短到使列車首尾不能同時在其中時。試驗表明，壓力波動絕對值，并不隨隧道長度的減小而減小。 而對于短隧道，Mach波反射的周期大為縮短。 Mach波以聲速傳播，對于長隧道，來回反射的周期相應(yīng)較長。 當(dāng)雙線隧道中同時有不同方向列車相向行駛時，疊加所產(chǎn)生的情況則更為復(fù)雜。 列車在隧道中的交會等。 行車速度，車頭和車尾形狀，列車橫斷面，列車長度，列車外表面形狀和粗糙度，車輛的密封性等。 由于瞬變壓力造成乘員舒適度降低，并對車輛產(chǎn)生危害；微壓波引起爆破噪聲并危及洞口建筑物； 行車阻力加大；空氣動力學(xué)噪聲； 列車風(fēng)加劇。 當(dāng)列車進(jìn)入隧道時，原來占據(jù)著空間的空氣被排開。高速鐵路的隧道的特點高速鐵路的隧道設(shè)計是由限界、構(gòu)造尺寸、使用空間和緩解及消減高速列車進(jìn)入隧道誘發(fā)的空氣動力學(xué)效應(yīng)兩方面的要求確定的。研究表明，以上兩方面要求中，后者起控制作用。空氣的粘性以及氣流對隧道壁面和列車表面的摩阻作用使得被排開的空氣不能象在隧道外那樣及時、順暢地沿列車兩側(cè)和上部流動，列車前方的空氣受壓縮，隨之產(chǎn)生特定的壓力變化過程, 引起相應(yīng)的空氣動力學(xué)效應(yīng)并隨著行車速度的提高而加劇。 高速鐵路進(jìn)入隧道產(chǎn)生的空氣動力學(xué)效應(yīng)是由多種因素所確定的。 隧道凈空斷面面積，雙線單洞還是單線雙洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及輔助結(jié)構(gòu)物形式，豎井、斜井和橫洞，道床類型等。 列車進(jìn)入隧道引起的壓力變化是兩部分的疊加： ① 列車移動時從擠壓、排開空氣到留下真空整個過程引起的壓力變化； ② 列車車頭進(jìn)入隧道產(chǎn)生的壓縮波以及車尾進(jìn)入隧道產(chǎn)生的膨脹波在隧道兩洞口之間來回反射產(chǎn)生的壓力變化(Mach波)。 列車在隧道中運行時(無相向行駛列車)車上測得的最大壓力波動發(fā)生在第一個反射波到達(dá)列車時。同時，在反射的過程中能量有所衰減。同時，在反射過程中能量損失也較少，致使壓力波動程度加劇。 因此，對高速鐵路中的隧道，有的雖然不長（例如長度在1km左右），其可能引起的行車時的壓力波動仍然不能忽視。則Math波的疊加不可能發(fā)生，壓力波動程度當(dāng)然隨之緩解。 列車交會的雙線隧道，最不利情況發(fā)生在列車交會在隧道中點時。隧道凈空斷面面積，或者說，隧道阻塞比是最主要的因素。 3 N β kv P 2 max ?? 單一列車在隧道中運行時，N = ?? 。 式中： max P —3秒鐘內(nèi)壓力變化的最大值； v —行車速度； ?? —阻塞比； 面積 隧道內(nèi)軌頂面以上凈空 列車橫截面積 ＝ ?? 。豎井位置對減壓效果的影響很大，并不是處于任何位置的豎井都能有較好的效果。 根據(jù)Mach波疊加情況可以理論地得到豎井的最佳位置： ) 1 ( 2 M M L X ?? ?? 式中 X —豎井距隧道進(jìn)口距離； L —隧道長度；M —Mach數(shù)。列車交會時。 在車輛密封的情況下，假定車外壓力 a P 為常數(shù)，車內(nèi)壓力隨時間的變化可以表為：計算結(jié)果表明，車輛的密封對車內(nèi)壓力波動的影響可以歸結(jié)為“緩解”和“滯后”兩種效應(yīng)。由于“滯后”效應(yīng)，車內(nèi)壓力來不及“響應(yīng)”列車就出洞了。 評定壓力波動程度一般采用的參數(shù)有： ① “峰對峰”最大值。 將這兩種指標(biāo)單獨使用均不能合理地同人的生理反應(yīng)和乘員的舒適度相聯(lián)系。當(dāng)然，對于變化急劇的情況，盡管變化率較大，但只要變化幅度不大，也不會有多大問題。 所謂3S或4S大致相當(dāng)于完成耳腔壓力調(diào)節(jié)所需的時間。 機(jī)械阻力一般同行車速度成正比： W bV a D M ) ( ?? ?? 式中 a ，b —常數(shù)；V —車速；W —列車質(zhì)量。在隧道中，空氣阻力問題更為突出。 ① 隧道長度的影響 研究表明，空氣阻力隨隧道長度的增加而單調(diào)增加，但其增加率越來越小，最后趨于一常數(shù)。當(dāng) ＝ ?? 時，隧道長度超過3km以后，空氣阻力已變化不大；而對于 ?? ?? 的隧道在長度超過10km以后仍有較大的變化。當(dāng)以V=250km/h為例，?? ，空氣阻力將增加工13%。 ③ 列車在隧道中交會的影響 以S=1OOm 2 、?? =，當(dāng)兩列車車體重合時，空氣阻力系數(shù)將增加23% (車長360m，隧道長3000m)。 ④ 豎井的影響 豎井的存在，可降低行車阻力。以設(shè)在隧道中斷面積為 5m 2 的豎井為例，當(dāng)?? =，空氣阻力減小7%，當(dāng)?? =，%。 微壓波使得列車高速進(jìn)入隧道時，在另一側(cè)出口產(chǎn)生突然爆炸聲響，
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