1、各位好高速铁路隧道 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 空气动力学效应问题综述第一节第一节 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述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。第一节第一节
2、 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述的空气动力学效应综述（一）空气动力学效应对高速铁路运营的影响（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。第一节第一节 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述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（二）高速铁路隧道
3、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。第一节第一节 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述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（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。第一节第一节 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧道诱发 的空气动力学效应综述的空气动力学效应综述第一节第一节 高速列车进入隧道诱发高速列车进入隧
4、道诱发 的空气动力学效应综述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（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。 第二节第二节瞬变压力问题瞬变压力问题第二节第二节 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。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力 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
5、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。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（一）隧道长度的影响（一）隧道长度的影响 压力波以声速传播，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。 对于短隧道，压力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。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（一）隧道长度的影响（一）隧道长度的影响 因此，对高速铁路中的隧道，有的虽然不长（
6、例如长度在km左右），其可能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。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（一）隧道长度的影响（一）隧道长度的影响当隧道长度为km时，压力波动明显加剧，而当隧道长度进一步增大到km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。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（二）列车速度的影响（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。
7、第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（三）隧道净空断面面积的影响（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。（三）隧道净空断面面积的影响（三）隧道净空断面面积的影响压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系：压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系：。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力单一列车在隧道中运行时，N =1.3 0.25。考虑列车交会时，N =2.16 0.06。 面积隧道内轨顶面以上净空列车
8、横截面积NkvP2max第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（四）竖井的影响（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m2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： )1 (2MMLX第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（五）列车交会的影响（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行
9、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。 第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（六）列车密封条件对车内压力波动的影响（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。 )e-(1PP-t/ai第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（六）列车密封条件对车内压力波动的影响（六）列车密封条件对车内压力波动的影响第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压
10、力（六）列车密封条件对车内压力波动的影响（六）列车密封条件对车内压力波动的影响 计算结果表明，车辆的密封对车内压力波动的影响计算结果表明，车辆的密封对车内压力波动的影响可以归结为可以归结为“缓解缓解”和和“滞后滞后”两种效应。两种效应。 值得指出的是，在考虑到列车交会的情况下，就车值得指出的是，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，洞口会车并非为最不利情而在列车密封的条件下，洞口会车并非为最不利情况。由于况。由于“滞后滞后”效应，车内压力来不及效应，车内压力来不及“响应响应”列车就出洞了。列车
11、就出洞了。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（七）压力波动程度阈值的确定（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，高速铁路隧道设计应通过正确地选择隧道设计参数，将压力波动控制到将压力波动控制到“允许允许”范围内。范围内。 评定压力波动程度一般采用的参数有：评定压力波动程度一般采用的参数有： “峰对峰峰对峰”最大值。即最大压力变化的绝对值；最大值。即最大压力变化的绝对值； 压力变化率的最大值。压力变化率的最大值。第二节第二节 列车进入隧道引起的瞬变压力列车进入隧道引起的瞬变压力（七）压力波动程度阈值的确定（七）压力波动程度阈值的确
12、定 将这两种指标单独使用均不能合理地同人的生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。较大，但只要变化幅度不大，也不会
13、有多大问题。 第三节行车阻力问题第三节第三节 列车进入隧道引起的行车阻力列车进入隧道引起的行车阻力 （一）行车阻力的组成（一）行车阻力的组成第三节第三节 列车进入隧道引起的行车阻力列车进入隧道引起的行车阻力 （一）行车阻力的组成（一）行车阻力的组成第三节第三节 列车进入隧道引起的行车阻力列车进入隧道引起的行车阻力 （二）隧道条件对空气阻力的影响（二）隧道条件对空气阻力的影响 隧道长度的影响隧道长度的影响第三节第三节 列车进入隧道引起的行车阻力列车进入隧道引起的行车阻力 （二）隧道条件对空气阻力的影响（二）隧道条件对空气阻力的影响第三节第三节 列车进入隧道引起的行车阻力列车进入隧道引起的行车阻力
14、 （二）隧道条件对空气阻力的影响（二）隧道条件对空气阻力的影响 列车在隧道中交会的影响列车在隧道中交会的影响 第四节微压波问题第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波研究认为，隧道出口的爆炸声响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
15、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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）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、微压波问题的提出 年，Ham mitt 通过对有关列
16、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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、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。
17、第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波波形典型的洞口微压波波形见图。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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的、微压波的 实态分析实态分析 微压波波形第四节第四节
18、 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波的大小和道床种类及列车进洞速度的关系 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 U 3 (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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁
19、路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压
20、波最大值的距离衰减 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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波频谱分析 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。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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道
21、微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波频谱分析 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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态（一）高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2、微压波的实态分析、微压波的实态分析 微压波频谱分析 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。这一13Hz的频率与微压波主脉冲后产生的压力变动频率是一致的。第四节
22、第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（二）隧道洞口缓冲结构的研究（二）隧道洞口缓冲结构的研究 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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（二）隧道洞口缓冲结构的研究（二）隧道洞口缓冲结构的研究列车进洞时产生的压缩波波形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 dUttgRMMRUP3 . 0121)1 ()(1 ()1 (12211220)1 ()(1 ()1 (1121)(2230max
23、RMMRdUdtdPEN第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（二）隧道洞口缓冲结构的研究（二）隧道洞口缓冲结构的研究出口微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系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 max0max)(2EXEXdtdPCaPmax0max)(2EXrdtdPrCSP第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（二）隧道洞口缓冲结构的研究（二）隧道洞口缓冲结构的研究 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波的指向性。 由上式可知，微压波最大值Pmax与到达隧道出口
24、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。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（二）隧道洞口缓冲结构的研究（二）隧道洞口缓冲结构的研究 实际上，在长实际上，在长51 0Km的板式道床隧道中，列车以的板式道床隧道中，列车以200Km/h速度进洞的情况下，其微压波是很大的，也会产生速度进洞的情况下，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），气压噪声也很将变小（较同速度下的短
25、隧道微压波略大），气压噪声也很小或没有。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，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。以产生与降低列车进洞速度相同的效果。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析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、无开口的全封闭缓冲结构 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
26、上为一定值。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞隧道洞口缓冲口缓冲结构的结构的试验分试验分析析第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析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、无开口的全封闭缓冲结构 微压波最大值与缓冲结构断面积的关系 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。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三
27、）（三） 隧道洞隧道洞口缓冲口缓冲结构的结构的试验分试验分析析第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析隧道洞口缓冲结构的试验分析2、有开口的缓冲结构、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。开口部分设在缓冲结构的侧面，为长方形。对于全长开口，随着开口面积的增加，微压波对于全长开口，随着开口面积的增加，微压波第一波减小而第二波增加。第一波减小而第二波增加。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析隧道洞口缓冲结构的试验分析2、有开口的缓冲结构、有开口的缓冲结构
28、 如果对不同开口长度条件下的微压波最大如果对不同开口长度条件下的微压波最大值进行比较，则当其断面比值进行比较，则当其断面比 = 1.62时，几乎没时，几乎没什么差别，但当断面比什么差别，但当断面比= 1.04时，时，1/2长开口较长开口较全长开口为小，显示出其具有良好的降低微压全长开口为小，显示出其具有良好的降低微压波效果。波效果。 在某一试验条件下，微压波最大值比在缓在某一试验条件下，微压波最大值比在缓冲结构开口率为冲结构开口率为0时约为时约为0.5，而在开口面积，而在开口面积/隧隧道断面积道断面积=0.2且且1/2长开口时为长开口时为0.30.35左右。左右。第四节第四节 列车进入隧道引起
29、的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析隧道洞口缓冲结构的试验分析第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三） 隧道洞口缓冲结构的试验分析隧道洞口缓冲结构的试验分析第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析3、开槽式缓冲结构、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口（槽）。侧面沿全长设置一定宽度的开口（槽）。 开槽式缓冲结构的开口率不是指面积比，而是指开槽式缓冲结
30、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。缓冲结构的长度一定开口弧长和缓冲结构周长之比。缓冲结构的长度一定时，必然存在着与之相应的最佳开口率。时，必然存在着与之相应的最佳开口率。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三）隧道洞隧道洞口缓冲口缓冲结构的结构的试验分试验分析析 第四节第四节 列车进入
31、隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析4、喇叭口型缓冲结构、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。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，缓冲结构长度断面条件下，缓冲结构长度/隧道直径隧道直径 =3.33、缓冲结构开口直、缓冲结构开口直径径/隧
32、道直径隧道直径 =2.5时的微压波最大值为无缓冲结构时的时的微压波最大值为无缓冲结构时的0.20.3倍。倍。第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析（三）隧道洞口缓冲结构的试验分析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（三）（三）隧道洞隧道洞口缓冲口缓冲结构的结构
33、的试验分试验分析析 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（四）隧道洞口缓冲结构的应用（四）隧道洞口缓冲结构的应用 山阳新干线隧道标准洞口缓冲结构之一。整个框山阳新干线隧道标准洞口缓冲结构之一。整个框架为钢结构，其上安装盖板，断面积比为架为钢结构，其上安装盖板，断面积比为 1.55，长，长11l2m，在沿纵向中央部位的侧面设置窗口，在靠，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近进洞列车侧窗口宽高高 4m1.8m，另一侧窗口，另一侧窗口宽宽x高高4m2.4m。 该洞口缓冲结构使列车进洞时压缩波波前的压力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
34、的梯度降为原来的0.5倍左右，相当于列车进洞速度降低倍左右，相当于列车进洞速度降低为原速度为原速度0.8（0.51/3）倍左右的效果。）倍左右的效果。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（四）（四）隧道洞隧道洞口缓冲口缓冲结构的结构的应用应用 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波缓冲结构缓冲结构长长15m，侧面开口侧面开口面积约面积约15m2（大（大部分为左部分为左右各右各7.5m2）。）。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波缓冲结缓冲结构长构长12m，侧面开侧面开口面积口面积约约10m2（大部（大部分为左分为左
35、右各右各5m2） 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波采用与隧道同采用与隧道同一断面的洞口一断面的洞口缓冲结构形式缓冲结构形式（断面比（断面比1）长长2 0m，顶部，顶部开口，隧道长开口，隧道长750m，开口位，开口位置任选。微压置任选。微压波最大值比约波最大值比约为为0.45，相当于，相当于列车进洞速度列车进洞速度降为降为0.77倍的效倍的效（0.451/3）果）果第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波 隧道长隧道长97OOm，缓冲结构与隧道的断面比，缓冲结构与隧道的断面比=1.4，缓冲结构长缓冲结构长15m，侧面开口面积为，侧面开口面积为l
36、5m2 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波 长长17m的标准洞口缓冲结构，隧道长的标准洞口缓冲结构，隧道长775m，断面比，断面比1.4。微压波最大值比约为微压波最大值比约为O.42，相当于列车进洞速度降为，相当于列车进洞速度降为0.75（0.421/3）倍的效果。）倍的效果。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波韩国高速铁路隧道喇叭型出入口，隧道断面为韩国高速铁路隧道喇叭型出入口，隧道断面为107m2。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（四）隧道洞口缓冲结构的应用（四）隧道洞口缓冲结构的应用 隧道洞口缓冲结构
37、并不能解决列车在隧道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的不适内高速行走产生的压力变化给乘员带来的不适和压力过大而带来的耳鸣问题。但却可以通过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。炸声响，减少微压波给洞口带来的环境危害。 第四节第四节 列车进入隧道引起的微压波列车进入隧道引起的微压波（四）隧道洞口缓冲结构的应用（四）隧道洞口缓冲结构的应用 缓冲结构的应用应将微压
38、波的大小、隧道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、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。吸音材料的洞壁等措施。 第五节第五节隧道断面尺寸隧道断面尺寸第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净
39、空尺寸（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施 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、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。 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施 单孔双线及
40、双孔单线隧道的比较单孔双线及双孔单线隧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 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施（一）降低隧道空气动力效应的结构工程措施 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。 第五节第五节 高速
41、铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（二）隧道横断面有效净空尺寸的选择（二）隧道横断面有效净空尺寸的选择 影响隧道横断面尺寸的因素有：影响隧道横断面尺寸的因素有： 建筑限界；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；悬挂的安装范围； 线路数量：是双线单洞还是单线双洞；线路数量：是双线单洞还是单线双洞； 线间距；线间距； 线路轨道横断面；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；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；空气动力学影响； 与线路设备
42、的结构相适应。与线路设备的结构相适应。第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国外隧道横断面尺寸（三）国外隧道横断面尺寸 德国隧道有效净空断面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300km/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。 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国（三）国外隧道外隧道横断面横断面尺寸尺寸 德国 直线 段隧 道断
43、 面图 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸德国规范 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国外隧道横断面尺寸（三）国外隧道横断面尺寸 德国隧道有效净空断面德国隧道有效净空断面 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。 第五节第五节 高速铁
44、路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国外隧道横断面尺寸（三）国外隧道横断面尺寸 德国隧道有效净空断面德国隧道有效净空断面 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， 距线路中心线至少2.2 m。此空间高度至少为2.2 m，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 1000 m。 而无救援列车时其长度不超过500 m。第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国外隧道横断面尺寸（三）国外隧道横断面尺寸 德国隧道有效净空断面德
45、国隧道有效净空断面 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： 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。 第五节第五节 高速铁路隧道横断面内净空尺寸高速铁路隧道横断面内净空尺寸（三）国外隧道横断面尺寸（三）国外隧道横断面尺寸 德国隧道有效净空断面德国隧道有效净空断面 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。但不得利用施工作业工作空间来满足隧道建设的工程误差。 第六节京沪高速隧道京沪高速隧道第
46、六节 京沪高速铁路隧道（一）隧道断面 单洞双线隧道断面有效面积100m2； 单线隧道断面有效面积70m2。 限速地段当检算行车速度小于等于200km/h 时，单洞双线隧道断面有效面积不应小于 80m2，单线隧道断面有效面积不应小52m2。 不考虑曲线加宽。第六节 京沪高速铁路隧道（二）隧道缓冲结构设置基准： 距洞门50 m范围内的建筑物有环境要求时按要求设置，无要求时建筑物处微压波应小于20Pa； 距洞门50 m范围内无建筑物时，推算距洞口20 m处的微压波应小于50Pa； 有条件的隧道应预留缓冲结构设置条件，设路基挡墙的洞口应将挡墙设置在预留缓冲结构位置之外。第六节 京沪高速铁路隧道（二）隧
47、道缓冲结构缓冲结构设置参数： 断面形式应采用与隧道内轮廓形状相似的断面； 断面有效面积应为隧道断面有效面积的 1.4 1.5倍，在缓冲结构纵向中心附近沿两侧对称布置开孔，开孔面积应为隧道断面有效面积的 0.2 0.3倍，开口长宽比为2 4； 长度应大于等于隧道水力直径而小于等于50 m。第六节 京沪高速铁路隧道（二）隧道缓冲结构 缓冲结构长度估算公式： Ld(U/U*)3-1 L：缓冲结构长； D：隧道的换算直径； (U/U*)3：列车进洞时压缩波压力梯度降 低值的倒数； U：列车实际进洞速度； U*：列车视在速度。 第六节 京沪高速铁路隧道 km以下的板式道床隧道洞口外一倍水力直径处微压波推
48、算图，远于该点的推算按线性递减。第六节 京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例第六节 京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例第六节 京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例第六节 京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例第六节 京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例第六节 京沪高速铁路隧道 由镀锌波纹钢板和H-Beam组成的隧道形状结构物，可以用于衰减高速铁路隧道末端爆发音 增增 节节新建时速新建时速200公里客公里客货共线铁路隧道货共线铁路隧道新建时速新建时速200200公里客货共线铁路隧道公里客货共线铁路隧道隧道断面内轮廓隧道断面内轮廓 单线隧道内轨顶面以上净空面积应不小于50m2；双线隧道内轨顶面以上净空面积应
49、不小于80m2。 防防 灾灾 长度在500m以上的隧道应设贯通整个隧道的救援通道，双线隧道在两侧设置，单线隧道在单侧设置；救援通道宽1.6m，高2.2m，外侧距线路中线不得小于2.2m；有条件时，应在两单线隧道间设置联络通道，间距不宜小于500m。 新建时速新建时速200200公里客货共线铁路隧道公里客货共线铁路隧道紧急呼叫电话 隧道内两侧应设紧急呼叫电话，单侧两部电话的距离为500m，隧道两侧错开设置。电话应安装在器材洞内，并设标志牌。新建时速新建时速200200公里客货共线铁路隧道公里客货共线铁路隧道辅助洞室辅助洞室 隧道内应设置存放维修、防灾工具及其它业务部门的专用洞室器材洞。主要用于长
50、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。洞室间距一侧为500m，深5.0m，沿隧道两侧错开布置，其它尺寸参照现行铁路隧道设计规范中大避车洞尺寸或按有关专业要求设计。 新建时速新建时速200200公里客货共线铁路隧公里客货共线铁路隧道道新建时速新建时速200200公里客货共线铁路隧道公里客货共线铁路隧道 第七节第七节高速铁路隧道防灾高速铁路隧道防灾第七节 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。第七节 高速铁路隧道防灾 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
