高速铁路培训教材

1、高速铁路培训班教材高速铁路隧道 高速铁路的隧道设计是由限界、构造尺寸、使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的。研究表明，以上两方面要求中，后者起控制作用。第一节 高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时，顺畅地沿列车两侧和上部流动，列车前方的空气受压缩，随之产生特定的压力变化过程,引起相应的空气动力学效应并随着行车速度的提高而加剧。（一）空气动力学效应对高速铁路运营的影响1、由于瞬变压力造成乘员舒适度降低，并对车辆产生危害；2、

2、微压波引起爆破噪声并危及洞口建筑物；3、行车阻力加大；4、空气动力学噪声；5、列车风加剧。（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素高速铁路进入隧道产生的空气动力学效应是由多种因素所确定的。1、机车车辆方面：行车速度，车头和车尾形状，列车横断面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度，车辆的密封性等。2、隧道方面：隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。3、其它方面：列车在隧道中的交会等。第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加： 列车移动时从挤压、排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化； 列车

3、车头进入隧道产生的压缩波以及车尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口之间来回反射产生的压力变化(Mach波)。当双线隧道中同时有不同方向列车相向行驶时，叠加所产生的情况则更为复杂。列车在隧道中运行时(无相向行驶列车)车上测得的最大压力波动发生在第一个反射波到达列车时。（一）隧道长度的影响Mach波以声速传播，对于长隧道，来回反射的周期相应较长。同时，在反射的过程中能量有所衰减。而对于短隧道，Mach波反射的周期大为缩短。同时，在反射过程中能量损失也较少，致使压力波动程度加剧。试验表明，压力波动绝对值，并不随隧道长度的减小而减小。因此，对高速铁路中的隧道，有的虽然不长（例如长度在1km左右），其可能

4、引起的行车时的压力波动仍然不能忽视。但是，当隧道长度短到使列车首尾不能同时在其中时。则Math波的叠加不可能发生，压力波动程度当然随之缓解。当隧道长度为1km时，压力波动明显加剧，而当隧道长度进一步增大到3km时，压力波动则并无显著加剧，反而有缓解趋向。列车交会的双线隧道，最不利情况发生在列车交会在隧道中点时。（二）列车速度的影响ORE的研究报告提出压力波动同列车速度平方成正比。（三）隧道净空断面面积的影响对于压力波动，诸因素中隧道横截面积的影响是最大的。ORE曾经系统地研究了各种因素对压力波动的影响。结果也表明，隧道净空断面面积，或者说，隧道阻塞比是最主要的因素。根据计算分析，提出压力波动与

5、隧道阻塞比之间有下列关系。单一列车在隧道中运行时，N =1.3O.25。考虑列车交会时，N =2.160.06。式中：3秒钟内压力变化的最大值；行车速度；阻塞比；。（四）竖井的影响竖井（斜井、横洞）的存在会缓解压力波动的程度。竖井位置对减压效果的影响很大，并不是处于任何位置的竖井都能有较好的效果。竖井断面积5lOm2即可，加大竖井的横断面积，并不能收到好的效果。根据Mach波叠加情况可以理论地得到竖井的最佳位置：式中 竖井距隧道进口距离； 隧道长度；Mach数。（五）列车交会的影响双线隧道列车在隧道中交会引起压力波动的叠加，情况十分复杂。ORE研究报告说，列车交会时，压力波动最大值是单一列车运

6、行情况的2.8倍。实际上，列车交会时所产生的压力波动同列车长度、隧道长度、会车位置、车速等多种因素有关。 （六）列车密封条件对车内压力波动的影响在车辆密封的情况下，假定车外压力为常数，车内压力随时间的变化可以表为：式中称为“密封指数”用于衡量车辆的密封程度。“不密封车” =0.4SO.8S 一般取=O.7S“新一代密封车” =3.08.0S考虑为时间的函数，则有： 内外压差： 计算结果表明，车辆的密封对车内压力波动的影响可以归结为“缓解”和“滞后”两种效应。值得指出的是，在考虑到列车交会的情况下，就车外压力而言，洞口会车有时会成为最不利情况，然而在列车密封的条件下，洞口会车并非最不利情况。由于

7、“滞后”效应，车内压力来不及“响应”列车就出洞了。（七）压力波动程度阈值的确定高速铁路隧道设计应通过正确地选择隧道设计参数，将压力波动控制到“允许”范围内。评定压力波动程度一般采用的参数有： “峰对峰”最大值。即最大压力变化的绝对值； 压力变化率的最大值。将这两种指标单独使用均不能合理地同人的生理反应和乘员的舒适度相联系。例如，对于变化缓慢的压力过程，即使变化幅度较大，但由于来得及对耳腔压力进行主动(如做吞咽动作)或被动(外界降压时中耳通道将自动开启)调节，不会造成很大不适。当然，对于变化急剧的情况，尽管变化率较大，但只要变化幅度不大，也不会有多大问题。因此，目前较通用的评估参数是相应于某一指

8、定短时间内的压力变化值，例如3S内最大压力变化值或4S内最大压力变化值。所谓3S或4S大致相当于完成耳腔压力调节所需的时间。第三节 列车进入隧道引起的行车阻力（一）行车阻力的组成行车阻力由机械阻力和空气阻力两部分组成。机械阻力一般同行车速度成正比：式中 ，常数；车速；列车质量。而空气阻力则同行车速度二次方成正比。在隧道中，空气阻力问题更为突出。根据现场试验资料，T.HARA，N.NISHIOKA等(1967)提出了行车阻力的下列经验公式：式中 列车质量(t)；车速(km/h)；列车长度(m)；阻力(N)。（二）隧道条件对空气阻力的影响 隧道长度的影响研究表明，空气阻力随隧道长度的增加而单调增加

9、，但其增加率越来越小，最后趋于一常数。阻塞比越小，趋于常数所需的隧道长度越短。当时，隧道长度超过3km以后，空气阻力已变化不大；而对于的隧道在长度超过10km以后仍有较大的变化。 阻塞比对空气阻力的影响空气阻力随的增加而单调增加，并且斜率越来越大。当以V=250km/h为例，从0.15增加到0.20时，空气阻力将增加工13%。而当从O.4增加到0.45时，空气阻力将增加16%。 列车在隧道中交会的影响以S=1OOm2、=0.1为例，当两列车车体重合时，空气阻力系数将增加23% (车长360m，隧道长3000m)。一般说来会车阻力只对确定机车最大牵引能力时有意义。 竖井的影响竖井的存在，可降低行

10、车阻力。但这种影响并不很大。以设在隧道中断面积为5m2的竖井为例，当=0.42时，空气阻力减小7%，当=O.15时，空气阻力仅降低1.2%。第四节 列车进入隧道引起的微压波微压波是隧道出口微气压波的简称，是高速铁路隧道运营过程中产生的空气动力学问题之一。微压波使得列车高速进入隧道时，在另一侧出口产生突然爆炸声响，对隧道出口附近的环境构成危害。（一）国外有关国家的研究及应用情况简介欧洲国家对此研究较少，而日本由于采用的隧道断面较小，微压波问题特别突出。针对这一现象，日本铁道技术研究所等在现场测试、模型实验、理论分析及工程措施等方面进行了全面地研究，并取得了成功的应用。研究认为，隧道出口的爆炸声响

11、是由列车高速进入隧道产生的压缩波在隧道内传播到达出口时，由出口向外部放射脉冲状压力波而引起的。微压波的大小与列车进洞速度、隧道长度、道床类型及隧道入口形式等有关。降低隧道微压波的工程措施有以下几种： 采用特殊隧道入口形式(称为洞口缓冲结构)； 采用道碴道床或具有相同效果的贴附有吸音材料的洞壁； 连接相邻隧道并在连接部分适当开口，对单一隧道可在埋深浅的地方设窗孔； 利用斜井、竖井、平行导坑等辅助坑道。（二）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态1、微压波问题的提出1973年，Ham mitt通过对有关列车隧道空气动力学问题的理论研究，提出了微压波问题的预见。1975年，在日本新干线冈山以西段的试运营

12、过程中首次观察到。此后，随着新干线投入运营和列车速度的提高，在日本的其它地方也相继出现了由微压波产生的洞口气压噪声现象。2、微压波的实态分析 微压波的产生隧道微压波是列车高速进入隧道产生的压缩波在隧道内以音速传播，当到达隧道的出口时，向外放射的脉冲状压力波。其大小与到达出口的压缩波形态密切相关，在靠近低频段与压缩波波前的压力梯度成正比。 微压波波形图1 微压波波形（r=20m）典型的洞口微压波波形见图1。其中U为列车的进洞速度，r为测点到洞口中心的距离。隧道短时，可能出现多个波峰，而对于长隧道来说，由于压缩波的反射波（即稀疏波，亦称膨胀波）波前较为模糊，使得第一个波峰最为显著。 微压波的大小和

13、道床种类及列车进洞速度的关系图2 微压波最大值和隧道长度的关系当隧道较短（如小于1km）时，道碴道床和板式道床几乎没什么差别，微压波的大小基本上与U3 (列车进洞速度)成正比，即 Pmax=KU3/r。其中， K为隧道出口地形影响系数。对于长隧道来说，道碴道床隧道的微压波较短隧道要小，基本上也符合U3关系。 微压波和隧道长度的关系图2为微压波最大值和隧道长度的关系。比较短的隧道（小于1km）微压波的大小不受隧道长度的影响。较长的道碴道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加减少；相反，板式道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加而增加，到某一隧道长度时达最大值，其后随隧道长度的增加而减小。 微压波最

14、大值的距离衰减根据日本南乡山隧道东口的测量结果。微压波最大值大体上与到隧道出口中心的距离r成反比。 微压波频谱分析图3 加登隧道东口微压波频谱分析结果日本对米神、大仓山、南乡山、加登、尾道、备后、新关门等隧道进行了实际量测分析，图3为加登隧道东口微压波的频谱分析结果（隧道长482m，板式道床）。分析认为，微压波的幅值随频率值的增加而下降，下降梯度大体上与列车速度U成正比。对于短隧道来说，道碴道床和板式道床的差别不大，微压波的幅值随频率的增加而呈线性减小。对于板式道床隧道，U=200km/h时的微压波幅值在013Hz范围图内呈线性减小，并在13Hz处骤减，且隧道越长，其减小的梯度越小。这一13H

15、z的频率与微压波主脉冲后产生的压力变动频率是一致的。（三）隧道洞口缓冲结构的研究1、理论研究日本的研究人员对微气压波进行了理论分析，并结合经验得出了压缩波、微气压波的计算公式列车进洞时产生的压缩波波形 列车进洞时产生的压缩波最大波前梯度出口微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系 洞外点微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系 其中：空气标准密度；标准音速；U列车进洞速度；R 阻塞比； d 隧道的水力直径； M马赫数；反映出口地形条件的空间立体角； 到隧道洞口的距离；t 时间；反应压力上升时间的参数；a隧道半径； S 隧道的有效面积。对于短隧道，可忽视在隧道内传播的压缩波的变形，并可忽略洞口外微压

16、波的指向性。由上式可知，微压波最大值Pmax与到达隧道出口的压缩波压力对时间微分的最大值成正比。因此，通过减小到达隧道出口的压缩波波前的压力梯度可以降低隧道出口微压波大小。实际上，在长51 0Km的板式道床隧道中，列车以2O0Km/h速度进洞的情况下，其微压波是很大的，也会产生气压噪声。但列车速度若降低到某一速度时，其微压波压力将变小（较同速度下的短隧道微压波略大），气压噪声也很小或没有。隧道洞口缓冲结构的目的就是将高速列车进入隧道而产生的压缩波波前的压力梯度在传播的最初阶段就降低下来，以产生与降低列车进洞速度相同的效果。（四） 隧道洞口缓冲结构的试验分析l、无开口的全封闭缓冲结构日本针对备后

17、隧道（长89O0m，板式道床，断面面积60.4m2）进行了一系列较为完善的全封闭缓冲结构不同截面和不同长度的模型试验，研究了各种条件下的微压波降低效果。 微压波最大值与缓冲结构长度的关系仅就全封闭缓冲结构来说，若长度大于隧道水力直径，其效果基本上为一定值。 微压波最大值与缓冲结构断面积的关系缓冲结构断面积/隧道断面积图4 微压波和缓冲结构断面积关系见图4，由图可知，缓冲结构的截面积约为隧道的1.55倍时，便可使微压波的第一波和第二波均呈较小值。因此，对于没有开口的全封闭缓冲结构，取其截面积为隧道截面积的l.55倍，长度大于隧道直径即可。2、有开口的缓冲结构开口部分设在缓冲结构的侧面，为长方形。

18、对于全长开口，随着开口面积的增加，微压波第一波减小而第二波增加。如果对不同开口长度条件下的微压波最大值进行比较，则当其断面比=1.62时，几乎没什么差别，但当断面比=1.04时，1/2长开口较全长开口为小，显示出其具有良好的降低微压波效果。在某一试验条件下，微压波最大值比在缓冲结构开口率为0时约为0.5，而在开口面积/隧道断面积=0.2且1/2长开口时为0.30.35左右。3、开槽式缓冲结构开槽式缓冲结构是指断面与隧道断面相同而在其侧面沿全长设置一定宽度的开缓冲结构的槽长/隧道直径图5 开槽式缓冲结构的效果口（槽）。开槽式缓冲结构的开口率不是指面积比，而是指开口弧长和缓冲结构周长之比。缓冲结构

19、的长度一定时，必然存在着与之相应的最佳开口率，微压波最大值比及最佳开口率和缓冲结构长度的关系见图5，图中的纵线为最佳开口率范围，此时的微压波最大值比用白圈表示。由图可以看出，缓冲结构越长，效果越好，其长度L和隧道直径D之比L/D为1.5左右时，微压波最大值比约为1/2，而当L/D为6左右时，微压波最大值比约为1/4。4、喇叭口型缓冲结构以上的缓冲结构均是在主体隧道基础上的附加结构，而喇叭口型的缓冲结构则是靠改变主体隧道的入口形式来直接降低微压波的大小。直线型和曲线型多少有些差别，但具有共同的趋势。圆形断面条件下，缓冲结构长度/隧道直径=3.33、缓冲结构开口直径/隧道直径=2.5时的微压波最大

20、值为无缓冲结构时的0.20.3倍。（五）隧道洞口缓冲结构的应用图6隧道标准洞口缓冲构之一图6为山阳新干线隧道标准洞口缓冲结构之一，该图为五日市隧道东口的缓冲结构。整个框架为钢结构，其上安装盖板，断面积比为1.55，长11l2m，在沿纵向中央部位的侧面设置窗口，在靠近进洞列车侧窗口宽×高4m×1.8m，另一侧窗口宽x高4m×2.4m。该洞口缓冲结构使列车进洞时压缩波波前的压力梯度降为原来的0.5倍左右，相当于列车进洞速度降低为原速度0.8（0.51/3）倍左右的效果。图7隧道标准洞口缓冲构之一该种缓冲结构形式还用于备后隧道（板式道床，8 9 0 0m）、第二高山隧道

21、（板式道床，3207m）、大野隧道（长5389m，板式道床）等隧道。图7、图8、图9、图10、图11、为东北、上越新干线使用的几种洞口缓冲结构形式。大部分采用耐久性良好的混凝土结构（或钢结构），其断面积比为1.4。图7所示的缓冲结构长15m，侧面开口面积约15m2（大部分为左右各7.5m2）；图8所示的缓冲结构长12m，侧面开口的面积约10m2（大部分为左右各5m2）。通过试验量测认为，长15m的缓冲结构开口面积稍稍过大，改为1112m2为好。上述两种缓冲结构的效果与山阳新干线标准洞口形式的效果相同。图10隧道标准洞口缓冲构之一图11隧道标准洞口缓冲构之一图9隧道标准洞口缓冲构之一图8隧道标准

22、洞口缓冲构之一图9为采用与隧道同一断面的洞口缓冲结构形式（断面比1），长2 0m，顶部开口，隧道长750m，开口位置任选。微压波最大值比约为0.45，相当于列车进洞速度降为0.77（0.451/3）倍的效果。图10为一关隧道北口的洞口缓冲结构概况，隧道长97OOm，缓冲结构与隧道的断面比=1.4，缓冲结构长15m，侧面开口面积为l5m2。图11为长17m的标准洞口缓冲结构形式，图示为第二芹泽隧道的洞口缓冲结构，隧道长775m，断面比1.4。微压波最大值比约为O.42，相当于列车进洞速度降为0.75（0.421/3）倍的效果。隧道洞口缓冲结构并不能解决列车在隧道内高速行走产生的压力变化给乘员带来

23、的不适和压力过大而带来的耳鸣问题。但却可以通过降低列车进洞后第一阶段压缩波的波前梯度而有效地降低出口微压波的大小，消除洞口的爆炸声响，减少微压波给洞口带来的环境危害。缓冲结构的应用应将微压波的大小、隧道的具体长度、断面尺寸、道床类型、辅助坑道的设置、洞口附近房屋等建筑物的性质及其它环境要求、地质地形地貌条件、工程难易程度、造价等进行综合考虑。在有条件的隧道，还应考虑利用其它降低微压波的措施。如采用贴有吸音材料的洞壁等措施。第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸1964年10月，世界上首条高速铁路日本东海道新干线投入了运营。三十多年来全世界已有10多个国家修建了高速铁路。欧洲的一些国家发展较快，正

24、在形成欧洲高速铁路网。日本也已修建了东海道、山阳、东北及上越等新干线。高速铁路的修建技术日益成熟。（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施高速铁路线上的隧道不同于一般的铁路隧道，当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题，主要表现为空气动力效应所产生的新特点及现象。为了降低及缓解空气动力学效应，除了采用密封车辆及减小车辆横断面积外，必须采取有力的结构工程措施，增大隧道有效净空面积及在洞口增设缓冲结构；另外还有其它辅助措施，如在复线上双孔单线隧道设置一系列横通道；以及在隧道内适当位置修建通风竖井、斜井或横洞。增大隧道有效净空面积其效果显著。但因增加工程数量，从而提高了造价；在洞口增设缓冲结构、

25、将隧道出入口作成喇叭型、增设混凝土明洞或钢结构的棚洞等，并且在其洞壁上开设通气孔洞或窗口，既可降低洞内瞬变压力，又可减弱微压波产生洞口附近的“爆炸”声。在复线线路上还要确定是修建成单孔双线隧道，还是修建双孔单线隧道。下面给出单孔双线及双孔单线隧道优缺点的比较。单孔双线及双孔单线隧道的比较 表 1单孔双线双孔单线设计与施工初期运量设置渡线隧道工程速度铺轨、安装电缆及其它设备等围岩处理劳动力施工成本大易较快较少约减少25(瑞士联邦铁路局估计)小(可分期施工)复杂仅掘进快较经济列车运行与维修空气阻力及瞬变压力压力波形式但两列车反向交会通风散热成本维修附件工作人员的安全较小(因阻塞比小)没有不同较大如

26、设有横通道可减少列车阻力但效果不如前好，且压力变化频繁没有不同不可能较小较好较好(就现有隧道而论)脱轨发生撞车延误运行救援没有不同不可能减少维修(脱轨稀少)没有不同火灾如有横通道较安全理论及试验研究表明，影响隧道中压力变化的因素有：列车的速度、头部及尾部形式、横断面面积、长度；车辆外表型式及粗糙度；隧道的有效净空面积大小及突变、长度及洞壁的粗糙度等。而在这些影响因素中列车的速度和阻塞比二者是至关重要的。研究还表明，隧道中最大压力变化与列车速度的平方成正比，同时也与阻塞比的N次方成正比。因此列车速度确定之后，阻塞比就成为关键的因素。而当列车车型选定以后（列车横断面面积已确定），隧道有效净空面积就

27、又成为决定性因素。下表给出了几个国家高速铁路隧道的一些参数。表 2国 家法TGVA德ICE意日西班牙列车最高速度（km/h）300250250新线300220240300列车横断面积（m2）1O10.3约9.712.612.6约10隧道有效净空面积（m2）718253.87660.563.475阻塞比0.130.150.130.18约0.130.21O.22O.200.21约0.13线间距（m）4.24.74.05.04.24.34.54.7备 注长隧道洞口设带孔的混凝土明洞长隧道洞口设缓冲结构图12 列车速度为300km/h时，西班牙采用的lOOm2隧道横断面图从表中所列阻塞比的数据，可将隧

28、道归纳为两类：一为阻塞比0.15（德、法）、德国ICE车辆横断面积为10.3m2，法国TGV车辆横断面积为1Om2，隧道有效净空面积相对较大；另一类阻塞比O.18（日、意）。相对来说隧道有效净空面积要小，而在长隧道洞口必须增设缓冲结构。以减轻隧道的空气动力效应。意大利是欧洲最早修建高速铁路的国家，也曾在长隧道洞口采用过缓冲结构，但在新线建设中已将隧道有效净空面积由53.8 m2扩大为76 m2。日本是在高速铁路试运行中发现了隧道出口的微压波问题，因而只得采用增设洞口缓冲结构来解决其危害。由于新干线已形成了完整的体系，现在仍采用此种措施。再从近年来各国发表的高速铁路建设规划中的技术指标来分析，法

29、国已制定当列车速度为300km/h及以上时，隧道有效净空面积为1OOm2。西班牙高速铁路在列车速度为300km/h时，隧道也采用1OOm2的有效净空面积。1986年3月意大利提出的运输计划中，给出了列车速度为300km/h时，隧道有效净空面积约为7680m2。德国高速铁路直线段隧道有效净空面积为82m2。其跨度为11.9m，出于安全考虑，新规范已将跨度改为12.9m。尽管日本采用洞口增设缓冲结构及密封车辆措施来降低空气动力效应，但当列车速度为300km/h时，也产生了扩大隧道有效净空面积为85m2的设想。再从其正在开发的磁悬浮高速铁路，已将阻塞比降低为=O.12，有效净空面积为74m2。这就表

30、明车辆横断面积相对减小，也就是取得增大有效净空断面的效果。通过以上分析可以认为：为了降低隧道的空气动力效应，增大隧道有效净空面积是较好的结构工程措施，也是当前世界各国高速铁路发展的总趋势。（二）隧道横断面有效净空尺寸的选择在确定隧道横断面有效净空尺寸之前，首先要正确地选择隧道设计参数。高速列车进入隧道时产生的空气动力学效应，与人的生理反应和乘客的舒适度相联系。这就要制定压力波动程度的评估办法及确定相应的阈值，目前较通用的评估参数是相应于某一指定短时间内的压力变化值，如3S或4S内最大压力变化值。我国拟采用压力波动的临界值(控制标准)为3.0KPa/3S。根据ORE提出的压力波动与隧道阻塞比关系

31、公式：式中N =2.16±0.06(列车交会时)；K =实测数据反分析系数。可以推算出满足舒适度要求时，阻塞比宜取为当 250km/h时 0.14350km/h时 =O.11隧道横断面形式一般为园形(部分或全部)、具有或没有仰拱的马蹄形断面。而影响隧道横断面尺寸的因素有：建筑限界；电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围；线路数量：是双线单洞还是单线双洞；线间距；线路轨道横断面；需要保留的空间如安全空间，施工作业工作空间等；空气动力学影响；与线路设备的结构相适应。（三）国外隧道横断面尺寸1、德国隧道有效净空断面根据德国有关规范隧道线路危险区在列车速度为300

32、km/h（160km/h）时，距线路中心线应为3m。此时工作人员不能在隧道内停留，在线路危险区处要设立安全空间。多线隧道安全空间设于两侧。安全空间的尺寸至少为高2.2m，宽0.8m。这是为了铁路员工而设计的。安全空间设在隧道侧墙一侧，容许宽度受以下因素的影响： 为保证乘客及工作人员安全，暂时或长期安装的设施防护通道，把手或防护栏杆； 专业部门安装建筑设施； 无线电和信号系统配电柜和电气开关操纵机构。安全空间地面应在轨面规定高度上，必需平坦，只容许有较小的横向坡度，安全空间的地面与接触网设备的带电部分之间的距离至少为3.95m。在所有隧道内，必须为每条线路设置直通的救援道路。它设置在安全空间一侧

33、，距线路中心线至少2.2m。此空间高度至少为2.2m，宽度至少为1.6m，后者可保证满足施工作业空间后，还有1.25m的最小宽度。根据安全方案规定配备救援列车时，救援道路的长度为1000m。而无救援列车时其长度不超过500m。隧道中还应设一个施工作业工作空间，在暗挖双线隧道内沿隧道环形衬砌的最小厚度为0.30m，此空间应符合下列要求：图13 第二代新线直线段的隧道横断面 工程辅助设施； 隧道衬砌预留的补充加强设施； 根据要求可转换为施工作业工作空间的建筑设施。具体地说施工作业工作空间可用来安装将来需要的设备或加强衬砌以及安装降低噪声的护墙板，也可用来满足衬砌未预料的少量的静态长期变形。但不得利

34、用施工作业工作空间来满足隧道建设的工程误差。德国直线段隧道断面图见图13。2、法国TGVA已建成的隧道断面法国高速列车的速度曾多次创造了世界最高纪录，国内已先后投入运行的有多条高速线路如TGVPSE，TGV-A，TGVR及TGVN等，为了与欧洲大陆联网而生产了TGV欧洲之星，此列车适应了英国列车车低而窄的特点。法国已制定了TGVA大西洋沿岸高速线上的列车速度与隧道有效净空面积的关系。表 3列车速度（km/h）200230270300及以上隧道有效净空面积（m2）465571100法国高速铁路双线隧道阻塞比0.130.15，现行的运营列车速度为270km/h。隧道有效净空面积为71m2，列车横断

35、面积为10m2。车辆限界同UIC限界。3、日本新干线的隧道断面日本东海道新干线是世界上最早建成的高速铁路线，其后又陆续修建了山阳、东北及上越等新干线。其单线隧道建筑限界宽为4400mm，高为6450mm。车辆限界宽3400mm高6350mm。建筑限界中在每侧留有500mm，这是为了考虑车体横向摇动偏移值。影响偏移值的主要因素是：车轴横向移动、横摇引起车体的倾斜、蛇形引起车端的偏移及轨道不平顺增大偏移等。建筑限界比车辆限界高1O0mm。东海道新干线建筑限界与隧道内轮廓间的最小富余量为50mm。基于东海道新干线的经验，考虑施工误差及养护等原因，山阳新干线的最小富余量采用了lOOmm。于70年代开通

36、的山阳新干线等双线隧道。线间距由4.2m改为4.3m；隧道有效净空面积由60.5m2加到63.4m2。第六节 高速铁路隧道防灾高速铁路条件下的隧道灾害，主要表现为火灾、水灾、空气动力学问题、隧道内掉块、侵限和结构失稳。其中隧道内掉块、侵限和结构失稳问题是铁路隧道的共有问题，即隧道病害问题，在非特大灾害条件下(如爆炸、地震、山体滑坡等)一般来说发展较为缓慢，有一定的时间发现和整治，且可通过提高设计标准和施工工程质量来相应提高其抗灾能力，有关隧道病害的监测、检测、状态评估和整治能够独立进行操作；空气动力学问题可以通过对隧道断面和隧道洞口形式等采取一系列构造技术措施来解决；水灾问题在水底隧道中最为突

37、出，危害也大；火灾具有突发性，常常造成灾难性后果。（一）国内外隧道火灾国内外运营隧道中，洞内火灾事故时有发生，其中相当一部分火灾造成了严重的后果，如：日本北陆隧道、日本坂隧道、大清水隧道等，其中北陆隧道列车火灾事故死伤七百多人；德国的Billweder隧道、荷兰的Velsen隧道、西班牙的Guadarrama隧道及英国伦敦地铁维多利亚车站隧道等。近年来我国也发生过几起严重的隧道火灾事故。这些隧道内的灾害不仅直接造成生命财产的巨大损失，还造成了停运、恢复整治和善后处理等更大的间接损失。（二）铁路山岭隧道内火灾的特点列车火灾可能在线路的任何地方发生，但以隧道内火灾最难处理，主要表现为以下几方面：1

38、、着火列车停在隧道内时，乘客避难和救援困难。铁路隧道为长条形，空间狭小，火灾蔓延速度快，排烟困难，洞内可视性差、路面不平，且救援设备和人员难以接近着火点。2、固定灭火设备和排烟设备综合配置难度大。3、列车在隧道内行车时，车厢内换气量比非隧道区段大数倍，因此一旦着火，其火势也比非隧道区段发展迅猛。4、隧道内火灾发生后，灭火、恢复整治时间长。间接损失远大于洞外火灾。5、隧道内环境差，固定的火灾监控和自动化消防设施维护困难，很难保证火灾发生时能完好工作。6、隧道内火灾发生的概率小，且具有位置上的不确定性，在隧道短且较分散的情况下，在全线隧道上维持有效的全自动化监测和消防设施投入大、难度高。7、客运列

39、车火灾规模小于货运列车。8、整个安全系统从发现、通报、判断确认、停车到启动消防及救援系统的时间较长。根据隧道内列车火灾特点，综合分析国外高速铁路隧道列车火灾发生条件及防治措施，高速铁路的隧道安全系统的火灾防治问题应与线路、机车车辆、运输组织、供电及通信信号、车站安全监测、列车工作人员素质等几方面共同解决，最大限度地防止列车在隧道内发生火灾和火灾列车进入隧道，并建立起完善的火灾防止和火灾处置程序和行之有效的管理体制。（三）隧道内列车消防设施1、辅助洞室避车洞主要用于长隧道维修养护人员避车，放置维修养护材料及设备，灭火设备等。不论高速铁路采用何种维修养护体制，都不能完全避开运营时间内进行一些必要的

40、维修养护作业，而避车洞是永久性建筑物，是作业人员和设备的安全待避所，可以为作业人员和行车提供可靠的安全保障。2、给排水设施给水主要用于消火栓用水,可照有关消防法设置,排水应综合考虑隧道渗漏排水和消防排水的要求设计。洞口应考虑有能满足消防用水要求的水源或专用蓄水池或水井。并保持有足够的水量。3、通讯联络设备为保证养护维修人员的联络,或与最近车站及控制中心等的联络应沿全线分布设置,并应充分利用车载无线通讯设备。4、照明设施5、灭火设施6、标志牌及报警装置（四）隧道外消防设施1、列车火灾检知设备对于列车上的火灾检知,可以通过列车工作人员及乘客发现并报告。但对车厢外的火灾却难以发现。高速铁路隧道消防措

41、施应以火灾（包括隐患）列车不进入隧道为首要目标，应在隧道集中区段的相临车站设置主要由红外摄象机、高速工业电视、辆数检测器等构成的固定式单向列车火灾检知设备。通过红外线摄象机实时检测列车厢体外表温度，配合辆数检测等确定温度异常点，并通过高速工业电视进行目视确认。所有检测数据传送到通讯检测室，进行车次、部位、基准温度及发热范围等处理，以判断火灾是否发生。一旦检测出火灾，通过判定处理装置确定火灾列车车次、车厢号等并传送到指挥中心，并显示在指挥中心的显示屏上。此外，高速摄象结果也以静止画面传到指挥中心，以目视进行进一步确认。2、火灾判定指挥为了尽早地发现火情,必须准确地掌握通常条件下的列车温度,并以此

42、为基准尽可能低地设定火灾判定基准温度。 紧急警报“紧急警报”与车次及发热异常位置无关,当检测出列车表面温度有异常升高时立即发出警报。列车在通过火灾检测点时，当检测装置连续三次扫描都检测出列车前进方向上连续三个点的数据都超过基准温度，即时发出警报。 判定警报“判定警报”是低于“紧急警报”的基准温度的警报。尽可能在列车表面温度在加热状态处于较低温度时而且早期地判定出火灾是非常重要的。为此，应确定出列车在常规状态下的发热部位（如车下电阻器，闸瓦等位置）和非发热部位各自的温度管理限界。经综合分析后在低于紧急警报温度下进行火灾判定。在一般可能的发热部位内,储存其预定的发热点,发热范围及最高温度值等,将之

43、与检测出的温度分布进行比较,一旦超出此范围,即判定为异常并发出警报。此外，检测出通常发热点最高温度以上的发热超过一定面积或者是检测出虽然低于最高温度的某一温度值超过某一程度的面积值时，都应判断为火灾。对于一般情况下不发热的部位，超过其基准温度部分的面积超过基准面积时，应判断为火灾。3、救援列车在隧道群的相邻车站配备救援列车及专用场地和设备，并能保证救援列车经常处于待动状态。 车场设施救援列车的编组场以及信号设施；入库线；加油站；动力和照明电源；车场照明设备；通讯设施；其他设施。 救援列车装备足够的牵引动力（内燃）；起吊设备；消防设备；医疗救护设备；通信及指挥系统；自身防护设备；其他设备。（五）

44、隧道内列车火灾基本措施1、预防措施机车车辆本身的高热设备器件不接触可燃物；电气设备可靠；可燃物尽可能采用耐燃材料或经过耐燃处理；车辆间连接采用隔燃措施，以阻止火灾向相邻车辆蔓延；隧道用材料难燃化：如采用难燃电缆、埋入式电缆等；对乘客携带易燃品采用更严格的控制。2、灭火及防止火灾扩大措施 早期发现及时报警a. 建立特殊点（如洗漱室、厕所、吸烟点、无人房间、电气设备间等巡视制度；b. 对隐蔽空间设置自动化检测和报警装置，并建立判别标准；c. 加强车站火灾自动化检测。 初期灭火从火灾发展过程来看，初期灭火开始越早效果越好，原则上初期灭火应和疏导旅客避难同时进行。a. 初期灭火的物质条件：包括灭火器材

45、的合理配置，照明设施的安全可靠，对无法直接灭火的地点应有与自动检测装置形成联动的灭火系统；b. 建立初期灭火程序并加强日常演练。日本列车上火灾处置程序 表 4火灾程度火焰、烟的状态具 体 举 例处 置 措 施I无明火，可看到烟。能确定产生火焰的地点。火焰仅限于小范围内。从配电盘、烟灰缸、垃圾袋、部分座席卧具等处发烟。认为通过清除燃烧物或使用灭火器可以很容易灭火。II火势小。能确定产生火焰的地点。从配电盘、烟灰缸、垃圾袋、部分座席和行李等处出现火焰，火焰高及腰部。认为能够由第一到场人员使用灭火器可以灭火。III火势大。能确定产生火焰的地点。火焰高达窗顶，并将引燃行李架上的行李。认为能够由第一到场

46、人员和后续人员多次使用灭火器可以灭火。IV火势变的非常大。座席靠背、内衬板、行李架上的行李等也开始燃烧。将引燃顶部。V火势蔓延到整个车厢。进入所谓的飞弧跳火状态。初期灭火困难VI火势大、发烟多且危险。无法靠近。车厢内浓烟弥漫。烟可能向其它车厢蔓延。当判定火势已扩大，无法实施初期灭火时，应尽快撤离火灾车辆，为下一步防止火灾扩大措施做准备。日本所采用的列车上火灾处置程序及初期灭火界限见表4。 防止火灾扩大措施在无法进行初期灭火时，人员撤退前应将窗、通风道、门等车辆开口部位关闭，阻断空气向燃烧车辆内补充，防止火、烟、毒气等向相邻车辆蔓延，确保在相邻车内避难人员的安全。3、确保乘客安全措施列车在隧道内发生火灾时，确保乘客安全是头等大事 列车措施发生火灾的列车不得在隧道内停车，应将列车拖离洞外有利于乘客避难的位置。当火灾列车停在隧道内时，应在可能的情况下将其拖出洞外。 通讯联络措施包括车内广播系统、车内电话、列车和车站之间