T高速铁路隧道讲义

各位好11/27/20221机车车辆研究所高速铁路隧道11/27/20222机车车辆研究所

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。11/27/20223机车车辆研究所第一节

空气动力学效应问题综述11/27/20224机车车辆研究所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，形成绕流。于是，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。11/27/20225机车车辆研究所第一节高速列车进入隧道诱发

的空气动力学效应综述11/27/20226机车车辆研究所（一）空气动力学效应对高速铁路运营的影响

1、由于瞬变压力造成旅客耳朵不适，乘车舒适度降低，并对铁路员工和车辆产生危害；

2、当高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微压波，引起爆破噪声并危及洞口建筑物；

3、行车阻力加大，引起对列车动力和总能量消耗的特殊要求；

4、空气动力学噪声；

5、列车风加剧，影响隧道内人员作业。第一节高速列车进入隧道诱发

的空气动力学效应综述11/27/20227机车车辆研究所（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素

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。

第一节高速列车进入隧道诱发

的空气动力学效应综述11/27/20228机车车辆研究所（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素

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(整体、板式还是碎石道床)等。

第一节高速列车进入隧道诱发

的空气动力学效应综述11/27/20229机车车辆研究所第一节高速列车进入隧道诱发

的空气动力学效应综述（二）高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素

其它方面列车在隧道中的交会等。11/27/202210机车车辆研究所第二节瞬变压力问问题11/25/202211机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力列车进入隧隧道引起的的压力变化化是两部分分的叠加①列车移动时时从挤压、、排开空气气到留下真真空整个过程程引起的压压力变化；；②列车车头进进入隧道产产生的压缩缩波以及车车尾进入隧道道产生的膨膨胀波在隧隧道两洞口口之间来回反反射产生的的压力变化化。11/25/202212机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力当双线隧道道中同时有有不同方向向列车相向向行驶时，，叠加所产产生的情况况则更为复复杂。列车在隧道道中运行时时(无相向行驶驶列车)车上测得的的最大压力力波动发生生在第一个个反射波到到达列车时时。11/25/202213机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力（一一））隧隧道道长长度度的的影影响响压力力波波以以声声速速传传播播，，对对于于长长隧隧道道，，来来回回反反射射的的周周期期相相应应较较长长。。同同时时，，在在反反射射的的过过程程中中能能量量有有所所衰衰减减。。对于短隧道，，压力波反射射的周期大为为缩短。同时时，在反射过过程中能量损损失也较少，，致使压力波波动程度加剧剧。试验表明明，压力波动动绝对值，并并不随隧道长长度的减小而而减小。11/25/202214机车车辆研究究所第二节列列车进入隧道道引起的瞬变变压力（一）隧道长长度的影响因此，对高速速铁路中的隧隧道，有的虽虽然不长（例例如长度在１１km左右），其可可能引起的行行车时的压力力波动仍然不不能忽视。但但是，当隧道道长度短到使使列车首尾不不能同时在其其中时。则Math波的叠加不可可能发生，压压力波动程度度当然随之缓缓解。11/25/202215机车车车辆研研究所所第二节节列列车车进入入隧道道引起起的瞬瞬变压压力（一））隧道道长度度的影影响当隧道道长度度为１１km时，压压力波波动明明显加加剧，，而当当隧道道长度度进一一步增增大到到３km时，压压力波波动则则并无无显著著加剧剧，反反而有有缓解解趋向向。列列车车交会会的双双线隧隧道，，最不不利情情况发发生在在列车车交会会在隧隧道中中点时时。11/25/202216机车车车辆研研究所所第二节节列列车车进入入隧道道引起起的瞬瞬变压压力（二））列车车速度度的影影响ORE的研究究报告告提出出压力力波动动同列列车速速度平平方成成正比比。11/25/202217机车车车车辆辆研研究究所所第二二节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的瞬瞬变变压压力力（三三））隧隧道道净净空空断断面面面面积积的的影影响响对于于压压力力波波动动，，诸诸因因素素中中隧隧道道横横截截面面积积的的影影响响是是最最大大的的。。ORE曾经经系系统统地地研研究究了了各各种种因因素素对对压压力力波波动动的的影影响响。。结结果果也也表表明明，，隧隧道道净净空空断断面面面面积积，，或或者者说说，，隧隧道道阻阻塞塞比比是是最最主主要要的的因因素素。。11/25/202218机车车辆辆研究所所（三）隧隧道净空空断面面面积的影影响压力波动动与隧道道阻塞比比之间有有下列关关系：。第二节列列车车进入隧隧道引起起的瞬变变压力单一列车车在隧道道中运行行时，N=1.30.25。考虑列车车交会时时，N=2.160.06。11/25/202219机车车辆辆研究所所第二节列列车车进入隧隧道引起起的瞬变变压力（四）竖竖井的影影响竖井（斜斜井、横横洞）的的存在会会缓解压压力波动动的程度度。竖井井位置对对减压效效果的影影响很大大，并不不是处于于任何位位置的竖竖井都能能有较好好的效果果。竖井井断面积积５～１１０m2即可，加加大竖井井的横断断面积，，并不能能收到好好的效果果。根据Mach波叠加情情况可以以理论地地得到竖竖井的最最佳位置置：11/25/202220机车车辆研究究所第二节列列车进入隧道道引起的瞬变变压力（五）列车交交会的影响双线隧道列车车在隧道中交交会引起压力力波动的叠加加，情况十分分复杂。ORE研究报告说，，列车交会时时，压力波动动最大值是单单一列车运行行情况的2.8倍。实际上，列车车交会时所产产生的压力波波动同列车长长度、隧道长长度、会车位位置、车速等等多种因素有有关。11/25/202221机车车辆研究究所第二节列列车进入隧道道引起的瞬变变压力（六）列车密密封条件对车车内压力波动动的影响在车辆密封的的情况下，假假定车外压力力为常数，车车内压力随时时间的变化可可以表为：式中称称为““密封指数””用于衡量车车辆的密封程程度。11/25/202222机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力（六）列车车密封条件件对车内压压力波动的的影响11/25/202223机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力（六）列车车密封条件件对车内压压力波动的的影响计算结果表表明，车辆辆的密封对对车内压力力波动的影影响可以归归结为“缓缓解”和““滞后”两两种效应。。值得指出的的是，在考考虑到列车车交会的情情况下，就就车外压力力而言，洞洞口会车有有时会成为为最不利情情况，然而而在列车密密封的条件件下，洞口口会车并非非为最不利利情况。由由于“滞后后”效应，，车内压力力来不及““响应”列列车就出洞洞了。11/25/202224机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力（七）压力力波动程度度阈值的确确定高速铁路隧隧道设计应应通过正确确地选择隧隧道设计参参数，将压压力波动控控制到“允允许”范围围内。评定压力波波动程度一一般采用的的参数有：：①“峰对峰”最最大值。即即最大压力力变化的绝绝对值；②压力变化率率的最大值值。11/25/202225机车车辆研研究所第二节列列车进入入隧道引起起的瞬变压压力（七）压力力波动程度度阈值的确确定将这两种指指标单独使使用均不能能合理地同同人的生理理反应和乘乘员的舒适适度相联系系。例如，，对于变化化缓慢的压压力过程，，即使变化化幅度较大大，但由于于来得及对对耳腔压力力进行主动动（如做吞吞咽动作））或被动（（外界降压压时中耳通通道将自动动开启）调调节，不会会造成很大大不适。当当然，对于于变化急剧剧的情况，，尽管变化化率较大，，但只要变变化幅度不不大，也不不会有多大大问题。11/25/202226机车车车车辆辆研研究究所所第三三节节行车车阻阻力力问问题题11/25/202227机车车车车辆辆研研究究所所第三三节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的行行车车阻阻力力（一一））行行车车阻阻力力的的组组成成11/25/202228机车车辆辆研究所所第三节列列车车进入隧隧道引起起的行车车阻力（一）行行车阻力力的组成成11/25/202229机车车辆辆研究所所第三节列列车车进入隧隧道引起起的行车车阻力（二）隧隧道条件件对空气气阻力的的影响①隧道长长度的的影响响11/25/202230机车车车辆研研究所所第三节节列列车车进入入隧道道引起起的行行车阻阻力（二））隧道道条件件对空空气阻阻力的的影响响11/25/202231机车车车辆研研究所所第三节节列列车车进入入隧道道引起起的行行车阻阻力（二））隧道道条件件对空空气阻阻力的的影响响③列车在在隧道道中交交会的的影响响11/25/202232机车车辆研研究所第四节微压波问题题11/25/202233机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波微压波是隧隧道出口微微气压波的的简称，是是高速铁路路隧道运营营过程中产产生的空气气动力学问问题之一。。微压波使得得列车高速速进入隧道道时，在另另一侧出口口产生突然然爆炸声响响，对隧道道出口附近近的环境构构成危害。。11/25/202234机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波11/25/202235机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波研究认为，，隧道出口口的爆炸声声响是由列列车高速进进入隧道产产生的压缩缩波在隧道道内传播到到达出口时时，由出口口向外部放放射脉冲状状压力波而而引起的。。微压波的大大小与列车车进洞速度度、隧道长长度、道床床类型及隧隧道入口形形式等有关关。11/25/202236机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波降低隧隧道微微压波波的工工程措措施有有以下下几种种：①采用特特殊隧隧道入入口形形式(称为洞洞口缓缓冲结结构)；②采用道道碴道道床或或具有有相同同效果果的贴贴附有有吸音音材料料的洞壁壁；③连接相相邻隧隧道并并在连连接部部分适适当开开口，，对单单一隧隧道可在在埋深深浅的的地方方设窗窗孔；；④利用斜斜井、、竖井井、平平行导导坑等等辅助助坑道道。11/25/202237机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（一））高速速铁路路隧道道微压压波问问题的的提出出及实实态1、微压压波问问题的的提出出１９７７３年年，Hammitt通过对对有关关列车车隧道道空气气动力力学问问题的的理论论研究究，提提出了了微压压波问问题的的预见见。1975年，，在在日日本本新新干干线线冈冈山山以以西西段段的的试试运运营营过过程程中中首首次次观观察察到到。。此此后后，，随随着着新新干干线线投投入入运运营营和和列列车车速速度度的的提提高高，，在在日日本本的的其其它它地地方方也也相相继继出出现现了了由由微微压压波波产产生生的的洞洞口口气气压压噪噪声声现现象象。。11/25/202238机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（一一））高高速速铁铁路路隧隧道道微微压压波波问问题题的的提提出出及及实实态态2、微微压压波波的的实实态态分分析析①微压压波波的的产产生生隧隧道道微微压压波波是是列列车车高高速速进进入入隧隧道道产产生生的的压压缩缩波波在在隧隧道道内内以以音音速速传传播播，，当当到到达达隧隧道道的的出出口口时时，，向向外外放放射射的的脉脉冲冲状状压压力力波波。。其其大大小小与与到到达达出出口口的的压压缩缩波波形形态态密密切切相相关关，，在在靠靠近近低低频频段段与与压压缩缩波波波波前前的的压压力力梯梯度度成成正正比比。。11/25/202239机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（一）高速速铁路隧道道微压波问问题的提出出及实态2、微压波的的实态分析析②微压波波形形

典型的的洞口微压压波波形见见图。其中中U为列车的进进洞速度，，r为测点到洞洞口中心的的距离。隧隧道短时，，可能出现现多个波峰峰，而对于于长隧道来来说，由于于压缩波的的反射波（（即稀疏波波，亦称膨膨胀波）波波前较为模模糊，使得得第一个波波峰最为显显著。11/25/202240机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（一）高速速铁路隧道道微压波问问题的提出出及实态2、微压波的的实态分析②微压波波形形11/25/202241机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波（一）高高速铁路路隧道微微压波问问题的提提出及实实态2、微压波波的实态态分析③微压波的的大小和和道床种种类及列列车进洞洞速度的的关系当隧道较较短（如如小于1km）时，道碴碴道床和和板式道道床几乎乎没什么么差别，，微压波波的大小小基本上上与U3(列车进洞洞速度)成正比，，即Pmax=KU3/r。其中，K为隧道出出口地形形影响系系数。对对于长隧隧道来说说，道碴碴道床隧隧道的微微压波较较短隧道道要小，，基本上上也符合合U3关系。11/25/202242机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波11/25/202243机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波（一）高高速铁路路隧道微微压波问问题的提提出及实实态2、微压波波的实态态分析④微压波和和隧道长长度的关关系比比较较短的隧隧道（小小于1km）微压波的的大小不不受隧道道长度的的影响。。较长的的道碴道道床隧道道的微压压波最大大值随隧隧道长度度的增加加减少；；相反，，板式道道床隧道道的微压压波最大大值随隧隧道长度度的增加加而增加加，到某某一隧道道长度时时达最大大值，其其后随隧隧道长度度的增加加而减小小。11/25/202244机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波11/25/202245机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（一）高速铁铁路隧道微压压波问题的提提出及实态2、微压波的实实态分析⑤微压波最大值值的距离衰减减根根据日本南乡乡山隧道东口口的测量结果果。微压波最最大值大体上上与到隧道出出口中心的距距离r成反比。11/25/202246机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波11/25/202247机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（一）高速铁铁路隧道微压压波问题的提提出及实态2、微压波的实实态分析⑥微压波频谱分分析日日本对米神神、大仓山、、南乡山、加加登、尾道、、备后、新关关门等隧道进进行了实际量量测分析。分分析认为，微微压波的幅值值随频率值的的增加而下降降，下降梯度度大体上与列列车速度U成正比。11/25/202248机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（一一））高高速速铁铁路路隧隧道道微微压压波波问问题题的的提提出出及及实实态态2、微微压压波波的的实实态态分分析析⑥微压压波波频频谱谱分分析析对对于于短短隧隧道道来来说说，，道道碴碴道道床床和和板板式式道道床床的的差差别别不不大大，，微微压压波波的的幅幅值值随随频频率率的的增增加加而而呈呈线线性性减减小小。。11/25/202249机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（一一））高高速速铁铁路路隧隧道道微微压压波波问问题题的的提提出出及及实实态态2、微微压压波波的的实实态态分分析析⑥微压压波波频频谱谱分分析析对于于板板式式道道床床隧隧道道，，U=200km/h时的的微微压压波波幅幅值值在在0～13Hz范围围图图内内呈呈线线性性减减小小，，并并在在13Hz处骤骤减减，，且且隧隧道道越越长长，，其其减减小小的的梯梯度度越越小小。。这这一一13Hz的频频率率与与微微压压波波主主脉脉冲冲后后产产生生的的压压力力变变动动频频率率是是一一致致的的。。11/25/202250机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波11/25/202251机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波（二）隧隧道洞口口缓冲结结构的研研究日本的研研究人员员对微气气压波进进行了理理论分析析，并结结合经验验得出了了压缩波波、微气气压波的的计算公公式。11/25/202252机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（二））隧道道洞口口缓冲冲结构构的研研究列列车车进洞洞时产产生的的压缩缩波波波形列车进进洞时时产生生的压压缩波波最大大波前前梯度度11/25/202253机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（二））隧道道洞口口缓冲冲结构构的研研究出口微微压波波压力力与到到达隧隧道出出口的的压缩缩波的的关系系洞外点点微压压波压压力与与到达达隧道道出口口的压压缩波波的关关系11/25/202254机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（二））隧道道洞口口缓冲冲结构构的研研究对于短短隧道道，可可忽视视在隧隧道内内传播播的压压缩波波的变变形，，并可可忽略略洞口口外微微压波波的指指向性性。由上式式可知知，微微压波波最大大值Pmax与到达达隧道道出口口的压压缩波波压力力对时时间微微分的的最大大值成成正比比。因此，，通过过减小小到达达隧道道出口口的压压缩波波波前前的压压力梯梯度可可以降降低隧隧道出出口微微压波波大小小。11/25/202255机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（二））隧道道洞口口缓冲冲结构构的研研究实际上上，在在长5～10Km的板式式道床床隧道道中，，列车车以200Km/h速度进进洞的的情况况下，，其微微压波波是很很大的的，也也会产产生气气压噪噪声。。但列列车速速度若若降低低到某某一速速度时时，其其微压压波压压力将将变小小（较较同速速度下下的短短隧道道微压压波略略大）），气气压噪噪声也也很小小或没没有。。隧道洞洞口缓缓冲结结构的的目的的就是是将高高速列列车进进入隧隧道而而产生生的压压缩波波波前前的压压力梯梯度在在传播播的最最初阶阶段就就降低低下来来，以以产生生与降降低列列车进进洞速速度相相同的的效果果。11/25/202256机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（三）隧隧道洞口缓缓冲结构的的试验分析析l、无开开口口的的全全封封闭闭缓缓冲冲结结构构①微压压波波最最大大值值与与缓缓冲冲结结构构长长度度的的关关系系仅就就全全封封闭闭缓缓冲冲结结构构来来说说，，若若长长度度大大于于隧隧道道水力力直直径径，，其其效效果果基基本本上上为为一一定定值值。。11/25/202257机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（三三））隧隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的试试验验分分析析11/25/202258机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（三）隧道道洞口缓冲结结构的试验分分析l、无开口的全封封闭缓冲结构构②微压波最大值值与缓冲结构构断面积的关关系缓冲结构的截截面积约为隧隧道的1.55倍时，便可使使微压波的第第一波和第二二波均呈较小小值。因此，对于没没有开口的全全封闭缓冲结结构，取其截截面积为隧道道截面积的l.55倍，长度大于于隧道直径即即可。11/25/202259机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（三）隧道洞口缓冲冲结构的试验验分析11/25/202260机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（三））隧隧道洞洞口缓缓冲结结构的的试验验分析析2、有开开口的的缓冲冲结构构开口部部分设设在缓缓冲结结构的的侧面面，为为长方方形。。对于于全长长开口口，随随着开开口面面积的的增加加，微微压波波第一一波减减小而而第二二波增增加。。11/25/202261机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（三））隧隧道洞洞口缓缓冲结结构的的试验验分析析2、有开开口的的缓冲冲结构构如果对对不同同开口口长度度条件件下的的微压压波最最大值值进行行比较较，则则当其其断面面比=1.62时，几几乎没没什么么差别别，但但当断断面比比=1.04时，1/2长开口口较全全长开开口为为小，，显示示出其其具有有良好好的降降低微微压波波效果果。在某一一试验验条件件下，，微压压波最最大值值比在在缓冲冲结构构开口口率为为0时约为为0.5，而在在开口口面积积/隧道断断面积积=0.2且1/2长开口口时为为0.3～0.35左右。。11/25/202262机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（三三））隧隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的试试验验分分析析11/25/202263机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波（三）隧隧道洞洞口缓冲冲结构的的试验分分析11/25/64机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波（三）隧隧道洞口口缓冲结结构的试试验分析析3、开槽式式缓冲结结构开槽式缓缓冲结构构是指断断面与隧隧道断面面相同而而在其侧侧面沿全全长设置置一定宽宽度的开开口（槽槽）。开槽式缓缓冲结构构的开口口率不是是指面积积比，而而是指开开口弧长长和缓冲冲结构周周长之比比。缓冲冲结构的的长度一一定时，，必然存存在着与与之相应应的最佳佳开口率率。11/25/202265机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（三）隧道洞洞口缓冲结构构的试验分析析11/25/202266机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（三）隧道洞洞口缓冲结构构的试验分析析11/25/202267机车车辆研究究所第四节列列车进入隧道道引起的微压压波（三）隧道洞口缓冲冲结构的试验验分析11/25/202268机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（三三））隧隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的试试验验分分析析4、喇喇叭叭口口型型缓缓冲冲结结构构以上上的的缓缓冲冲结结构构均均是是在在主主体体隧隧道道基基础础上上的的附附加加结结构构，，而而喇喇叭叭口口型型的的缓缓冲冲结结构构则则是是靠靠改改变变主主体体隧隧道道的的入入口口形形式式来来直直接接降降低低微微压压波波的的大大小小。。直线线型型和和曲曲线线型型多多少少有有些些差差别别，，但但具具有有共共同同的的趋趋势势。。圆圆形形断断面面条条件件下下，，缓缓冲冲结结构构长长度度/隧道道直直径径=3.33、缓缓冲冲结结构构开开口口直直径径/隧道道直直径径=2.5时的的微微压压波波最最大大值值为为无无缓缓冲冲结结构构时时的的0.2～0.3倍。。11/25/202269机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（三三））隧隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的试试验验分分析析11/25/202270机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（三三））隧隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的试试验验分分析析11/25/202271机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（三））隧道道洞口口缓冲冲结构构的试试验分分析11/25/202272机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（三））隧道洞洞口缓缓冲结结构的的试验验分析析11/25/202273机车车车辆研研究所所第四节节列列车车进入入隧道道引起起的微微压波波（四））隧道道洞口口缓冲冲结构构的应应用山阳新新干线线隧道道标准准洞口口缓冲冲结构构之一一。整整个框框架为为钢结结构，，其上上安装装盖板板，断断面积积比为为1.55，长11～l2m，在沿纵纵向中中央部部位的的侧面面设置置窗口口，在在靠近近进洞洞列车车侧窗窗口宽宽×高＝＝4m××1.8m，另一侧侧窗口口宽x高＝4m××2.4m。该洞口口缓冲冲结构构使列列车进进洞时时压缩缩波波波前的的压力力梯度度降为为原来来的0.5倍左右右，相相当于于列车车进洞洞速度度降低低为原原速度度0.8（≈0.51/3）倍左左右的的效果果。11/25/202274机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波（四四））隧道道洞洞口口缓缓冲冲结结构构的的应应用用11/25/202275机车车车车辆辆研研究究所所第四四节节列列车车进进入入隧隧道道引引起起的的微微压压波波缓冲冲结结构构长长15m，侧面面开开口口面面积积约约15m2（大部部分分为为左左右右各各7.5m2）。。11/25/202276机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波缓冲结构构长12m，侧面开口口面积约约10m2（大部分为为左右各各5m2）11/25/202277机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波采用与隧隧道同一一断面的的洞口缓缓冲结构构形式（（断面比比＝1）长20m，顶部开口口，隧道道长750m，开口位置置任选。。微压波波最大值值比约为为0.45，相当于于列车进进洞速度度降为0.77倍的效（（≈0.451/3）果11/25/202278机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波隧道长97OOm，缓冲结构构与隧道道的断面面比=1.4，缓冲结结构长15m，侧面开口口面积为为l5m211/25/202279机车车辆辆研究所所第四节列列车车进入隧隧道引起起的微压压波长17m的标准洞洞口缓冲冲结构，，隧道长长775m，断面比1.4。微压波最最大值比比约为O.42，相当于列列车进洞洞速度降降为0.75（≈0.421/3）倍的效效果。11/25/202280机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波韩国高速铁铁路隧道喇喇叭型出入入口，隧道道断面为107m2。11/25/202281机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（四）隧道道洞口缓冲冲结构的应应用隧道洞口缓缓冲结构并并不能解决决列车在隧隧道内高速速行走产生生的压力变变化给乘员员带来的不不适和压力力过大而带带来的耳鸣鸣问题。但但却可以通通过降低列列车进洞后后第一阶段段压缩波的的波前梯度度而有效地地降低出口口微压波的的大小，消消除洞口的的爆炸声响响，减少微微压波给洞洞口带来的的环境危害害。11/25/202282机车车辆研研究所第四节列列车进入入隧道引起起的微压波波（四）隧道道洞口缓冲冲结构的应应用缓冲结构的的应用应将将微压波的的大小、隧隧道的具体体长度、断断面尺寸、、道床类型型、辅助坑坑道的设置置、洞口附附近房屋等等建筑物的的性质及其其它环境要要求、地质质地形地貌貌条件、工工程难易程程度、造价价等进行综综合考虑。。在有条件件的隧道，，还应考虑虑利用其它它降低微压压波的措施施。如采用用贴有吸音音材料的洞洞壁等措施施。11/25/202283机车车辆研研究所第五节隧道断面尺尺寸11/25/202284机车车辆研研究所第五节高高速铁路隧隧道横断面面内净空尺尺寸（一）降低低隧道空气气动力效应应的结构工工程措施增大隧道有有效净空面面积其效果果显著。但但因增加工工程数量，，从而提高高了造价；；在洞口增增设缓冲结结构、将隧隧道出入口口作成喇叭叭型、增设设混凝土明明洞或钢结结构的棚洞洞等，并且且在其洞壁壁上开设通通气孔洞或或窗口，既既可降低洞洞内瞬变压压力，又可可减弱微压压波产生洞洞口附近的的“爆炸””声。在复复线线线线路路上上还还要要确确定定是是修修建建成成单单孔孔双双线线隧隧道道，，还还是是修修建建双双孔孔单单线线隧隧道道。。下下面面给给出出单单孔孔双双线线及及双双孔孔单单线线隧隧道道优优缺缺点点的的比比较较。。11/25/202285机车车辆研究究所第五节高速速铁路隧道横横断面内净空空尺寸（一）降低隧隧道空气动力力效应的结构构工程措施单孔双线及双双孔单线隧道道的比较单孔双线双孔单线空气阻力瞬变压力较小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

压力波形式两列车反向交会

没有不同压力波较大没有不同不可能11/25/202286机车车辆研究究所第五节高速速铁路隧道横横断面内净空空尺寸（一）降低隧隧道空气动力力效应的结构构工程措施理论及试验研研究表明，影影响隧道中压压力变化的因因素有：列车车的速度、头头部及尾部形形式、横断面面面积、长度度；车辆外表表型式及粗糙糙度；隧道的的有效净空面面积大小及突突变、长度及及洞壁的粗糙糙度等。而在这些影响响因素中列车车的速度和阻阻塞比二者是是至关重要的的。11/25/202287机车车辆研究究所第五节高速速铁路隧道横横断面内净空空尺寸（二）隧道横横断面有效净净空尺寸的选选择影响隧道横断断面尺寸的因因素有：建筑限界；电气化铁路接接触网的标准准限界及接触触网支承点和和接触网链形形悬挂的安装装范围；线路数量：是是双线单洞还还是单线双洞洞；线间距；线路轨道横断断面；需要保留的空空间如安全空空间，施工作作业工作空间间等；空气动力学影影响；与线路设备的的结构相适应应。11/25/202288机车车辆研究究所第五节高速速铁路隧道横横断面内净空空尺寸（三）国外隧隧道横断面尺尺寸德国隧道有效效净空断面根据德国有关关规范隧道线线路危险区在在列车速度为为300km/h（＞160km/h）时，距线路中中心线应为3m。此时工作人员员不能在隧道道内停留，在在线路危险区区处要设立安安全空间。多多线隧道安全全空间设于两两侧。安全空空间的尺寸至至少为高2.2m，宽0.8m。这是为了铁路路员工而设计计的。11/25/202289机车车辆研研究所第五节高高速铁路隧隧道横断面面内净空尺尺寸（三）国外外隧道横断断面尺寸德国直线段隧道断面图11/25/202290机车车辆研研究所第五节高高速铁路隧隧道横断面面内净空尺尺寸德国规范11/25/202291机车车辆研研究所第五节高高速铁路隧隧道横断面面内净空尺尺寸（三）国外外隧道横断断面尺寸德国隧道有有效净空断断面安全空间设设在隧道侧侧墙一侧，，容许宽度度受以下因因素的影响响：①为保证乘客客及工作人人员安全，，暂时或长长期安装的的设施—防护通道，，把手或防防护栏杆；；②专业部门安安装建筑设设施；③无线电和信信号系统配配电柜和电电气开关操操纵机构。。安全空间地地面应在轨轨面规定高高度上，必必需平坦，，只容许有有较小的横横向坡度，，安全空间间的地面与与接触网设设备的带电电部分之间间的距离至至少为3.95m。11/25/202292机车车辆研研究所第五节高高速铁路隧隧道横断面面内净空尺尺寸（三）国外外隧道横断断面尺寸德国隧道有有效净空断断面在所有隧道道内，必须须为每条线线路设置直直通的救援援道路。它它设置在在安全空间间一侧，距距线路中中心线至少少2.2m。此空间高度度至少为2.2m，宽度至少为为1.6m，后者可保证证满足施工工作业空间间后，还还有1.25m的最小宽度度。根据据安全方案案规定配备备救援列车车时，救救援道路的的长度为1000m。而无救援列列车时其长长度不超过过500m。11/25/202293机车车辆辆研究所所第五节高高速铁铁路隧道道横断面面内净空空尺寸（三）国国外隧道道横断面面尺寸德国隧道道有效净净空断面面隧道中还还应设一一个施工工作业工工作空间间，在暗暗挖双线线隧道内内沿隧道道环形衬衬砌的最最小厚度度为0.30m，此空间应应符合下下列要求求：①工程辅助助设施；；②隧道衬砌砌预留的的补充加加强设施施；③根据要求求可转换换为施工工作业工工作空间间的建筑筑设施。。11/25/202294机车车辆辆研究所所第五节高高速铁铁路隧道道横断面面内净空空尺寸（三）国国外隧道道横断面面尺寸德国隧道道有效净净空断面面具体地说说施工作作业工作作空间可可用来安安装将来来需要的的设备或或加强衬衬砌以及及安装降降低噪声声的护墙墙板，也也可用来来满足衬衬砌未预预料的少少量的静静态长期期变形。。但不得得利用施施工作业业工作空空间来满满足隧道道建设的的工程误误差。11/25/202295机车车辆辆研究所所第六节京沪高速速隧道11/25/202296机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道（一）隧隧道断面面单洞双线线隧道断断面有效效面积100m2；单线隧道断面面有效面积70m2。限速地段当检检算行车速度度小于等于200km/h时，单洞双线线隧道断面有有效面积不应应小于80m2，单线隧道断面面有效面积不不应小52m2。不考虑曲线加加宽。11/25/202297机车车辆研究究所第六节京京沪高速铁路路隧道（二）隧道缓缓冲结构设置基准：距洞门50m范围内的建筑筑物有环境要要求时按要求求设置，无要要求时建筑物物处微压波应应小于20Pa；距洞门50m范围内无建筑筑物时，推算算距洞口20m处的微压波应应小于50Pa；有条件的隧道道应预留缓冲冲结构设置条条件，设路基基挡墙的洞口口应将挡墙设设置在预留缓缓冲结构位置置之外。11/25/202298机车车辆研究究所第六节京京沪高速铁路路隧道（二）隧道缓缓冲结构缓冲结构设置置参数：断面形式应采采用与隧道内内轮廓形状相相似的断面；；断面有效面积积应为隧道断断面有效面积积的1.4~1.5倍，在缓冲结结构纵向中心心附近沿两侧侧对称布置开开孔，开孔面面积应为隧道道断面有效面面积的0.2~0.3倍，开口长宽宽比为2~4；长度应大于等等于隧道水力力直径而小于于等于50m。11/25/202299机车车车车辆辆研研究究所所第六六节节京京沪沪高高速速铁铁路路隧隧道道（二二））隧隧道道缓缓冲冲结结构构缓冲冲结结构构长长度度估估算算公公式式：：L≈≈d[(U/U*)3-1]L：缓冲冲结结构构长长；；D：隧道道的的换换算算直直径径；；(U/U*)3：列车车进进洞洞时时压压缩缩波波压压力力梯梯度度降降低值值的的倒倒数数；；U：列车车实实际际进进洞洞速速度度；；U*：列车车视视在在速速度度。。11/25/2022100机车车车车辆辆研研究究所所第六六节节京京沪沪高高速速铁铁路路隧隧道道３km以下下的的板板式式道道床床隧隧道道洞洞口口外外一一倍倍水水力力直直径径处处微微压压波波推推算算图图，，远远于于该该点点的的推推算算按按线线性性递递减减。。11/25/2022101机车车车车辆辆研研究究所所第六六节节京京沪沪高高速速铁铁路路隧隧道道隧道道缓缓冲冲结结构构示示例例11/25/2022102机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道隧道缓冲冲结构示示例11/25/2022103机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道隧道缓冲冲结构示示例11/25/2022104机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道隧道缓冲冲结构示示例11/25/2022105机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道隧道缓冲冲结构示示例11/25/2022106机车车辆辆研究所所第六节京京沪沪高速铁铁路隧道道由镀锌波波纹钢板板和H-Beam组成的隧隧道形状状结构物物，可以以用于衰衰减高速速铁路隧隧道末端端爆发音音11/25/2022107机车车车辆研研究所所增节节新建时时速200公里客客货共共线铁铁路隧隧道11/25/2022108机车车辆研研究所新建时速200公里客货共共线铁路隧隧道隧道断面内内轮廓单线隧道内内轨顶面以以上净空面面积应不小小于50m2；双线隧道内内轨顶面以以上净空面面积应不小小于80m2。11/25/2022109机车车辆研研究所防灾灾长度在500m以上的隧道道应设贯通通整个隧道道的救援通通道，双线线隧道在两两侧设置，，单线隧道道在单侧设设置；救援援通道宽1.6m，高2.2m，外侧距线路路中线不得得小于2.2m；有条件时，，应在两单单线隧道间间设置联络络通道，间间距不宜小小于500m。新建时速200公里客货共共线铁路隧隧道11/25/2022110机车车辆研研究所紧急呼叫电电话隧道内两侧侧应设紧急急呼叫电话话，单侧两两部电话的的距离为500m，隧道两侧错错开设置。。电话应安安装在器材材洞内，并并设标志牌牌。新建时速200公里客货共共线铁路隧隧道11/25/2022111机车车辆研研究所辅助洞室隧道内应设设置存放维维修、防灾灾工具及其其它业务部部门的专用用洞室－器器材洞。主主要用于长长隧道维修修养护人员员避车、放放置维修养养护材料及及设备、灭灭火设备等等。洞室间间距一侧为为500m，深5.0m，沿隧道两侧侧错开布置置，其它尺尺寸参照现现行《铁路隧道设设计规范》中大避车洞洞尺寸或按按有关专业业要求设计计。新建时速200公里客货共共线铁路隧隧道新建时速200公里客货共共线铁路隧隧道11/25/2022112机车车辆研研究所第七节高速铁路隧隧道防灾11/25/2022113机车车辆研究究所第七节高高速铁路隧道道防灾高速铁路条件件下的隧道灾灾害，主要表现为火灾、水灾、、空气动力学问题、隧道道内掉块、侵侵限和结构失稳。11/25/2022114机车车辆研究究所第七节高高速铁路隧道道防灾隧道内掉块、、侵限和结构构失稳问题是是铁路隧道的的共有问题，，即隧道病害害问题，在非非特大灾害条条件下(如爆炸、地震震、山体滑坡坡等)一般来说发展展较为缓慢，，有一定的时时间发现和整整治，且可通通过提高设计计标准和施工工工程质量来来相应提高其其抗灾能力，，有关隧道病病害的监测、、检测、状态态评估和整治治能够独立进进行操作。11/25/2022115机车车辆研究究所第七节高高速铁路隧道道防灾空气动力学问问题可以通过过对隧道断面面和隧道洞口口形式等采取取一系列构造造技术措施来来解决；水灾问题在水水底隧道中最最为突出，危危害也大；火灾具有突发发性，常常造造成灾难性后后果。11/25/2022116机车车辆研究究所第七节高高速铁路隧道道防灾（一）铁路山山岭隧道内火火灾的特点1、隧道内乘客客避难和救援援困难。2、固定灭火设设备和排烟设设备综合配置置难度大。3、火势也比非非隧道区段发发展迅猛。4、火灾后灭火火、恢复整治治时间长，间间接损失大。。5、很难保证固固定的防灾设设施在火灾发发生时能完好好工作。6、在在隧隧道道短短且且较较分分散散的的情情况况下下，，在在全全线线隧隧道道上上维维持持有有效效的的全全自自动动化化监监测测和和消消防防设设施施投投入入大大、、难难度度高高。。7、客客运运列列车车火火灾灾规规模模小小于于货货运运列列车车。。8、整整个个安安全全系系统统从从发发现现、、通通报报、、判判断断确确认认、、停停车车到到启启动动消消防防及及救救援援系系统统的的时时间间较较长长。。11/25/2022117机车车车车辆辆研研究究所所第七七节节高高速速铁铁路路隧隧道道防灾灾（一一））铁铁路路山山岭岭隧隧道道内内火火灾灾的的特特点点根据据隧隧道道内内列列车车火火灾灾特特点点，，综综合合分分析析国国外外高高速速铁铁路路隧隧道道列列车车火火灾灾发发生生条条件件及及防防治治措措施施，，高高速速铁铁路路的的隧隧道道安安全全系系统统的的火火灾灾防防治治问问题题应应与与线线路路、、机机车车车车辆辆、、运运输输组组织织、、供供电电及及通通信信信信号号、、车车站站安安全全监监测测、、列列车车工工作作人人员员素素质质等等几几方方面面共共同同解解决决，，最最大大限限度度地地防防止止列列车车在在隧隧道道内内发发生生火火灾灾和和火火灾灾列列车车进进入入隧隧道道，，并并建建立立起起完完善善的的火火灾灾防防止止和和火火灾灾处处置置程程序序和和行行之之有有效效的的管管理理体体制制。。11/25/2022118机车车车车辆辆研研究究所所第七七节节高高速速铁铁路路隧隧道道防灾灾（二二））隧隧道道内内列列车车消消防防设设施施1、辅辅助助洞洞室室避车车洞洞主主要要用用于于长长隧隧道道维维修修养养护护人人员员避避车车，，放放置置维维修修养养护护材材料料及及设设备备，，灭灭火火设设备备等等。。不论论高高速速铁铁路路采采用用何何种种维维修修养养护护体体制制，，都都不不能能完完全全避避开开运运营营时时间间内内进进行行一一些些必必要要的的维维修修养养护护作作业业，，而而避避车车洞洞是是永永久久性性建建筑筑物物，，是是作作业业人人员员和和设设备备的的安安全全待待避避所所，，可可以以为为作作业业人人员员和和行行车车提提供供可可靠靠的的安安全全保保障障。。11/25/2022119机车车车车辆辆研研究究所所第七七节节高高速速铁铁路路隧隧道道防灾灾（二二））隧隧道道内内列列车车消消防防设设施施2、给给排排水水设设施施给水水主主要要用用于于消消火火栓栓用用水水,可照照有有关关消消防防法法设设置置,排水水应应综综合合考考虑虑隧隧道道渗渗漏漏排排水水和和消消防防排排水水的的要要求求设设计计。。洞洞口口应应考考虑虑有有能能满满足足消消防防用用水水要要求求的的水水源源或或专专用用蓄蓄水水池池或或水水井井。。并并保保持持有有足足够够的的水水量量。。11/25/2022120机车车车车辆辆研研究究所所第七七节节高高速速铁铁路路隧隧道道防灾灾（二二））隧隧道道内内列列车车消消防防设设施施3、通通讯讯联联络络设设备备为保保证证养养护护维维修修人人员员的的联联络络,或与与最最近近车车站站及及控控制制中中心心等等的的联联络络应应沿沿全全线线分分布布设设置置,并应应充充分分利利用用车车载载无无线线通通讯讯设设备备。。4、照照明明设设施施5、灭灭火火设设施施6、标标志志牌牌及及报报警警装装置置11/25/2022121机车车车辆研研究所所第七节节高高速速铁路路隧道道防灾（三））隧道道外消消防设设施1、列车车火灾灾检知知设备备对于列列车上上的火火灾检检知,可以通通过列列车工工作人人员及及乘客客发现现并报报告。。但对对车厢厢外的的火灾灾却难难以发发现。。高速速铁路路隧道道消防防措施施应以以火灾灾（包包括隐隐患））列车车不进进入隧隧道为为首要要目标标，应应在隧隧道集集中区区段的