市域快線隧道斷面研究及優(yōu)化設(shè)計

1、市域快線隧道斷面研究及優(yōu)化設(shè)計摘 要：本文比照國內(nèi)外高速列車隧道斷面面積，基于一維流動理論，建立含車站及風(fēng)井的隧道模型，針對不同的列車運(yùn)行速度以及隧道斷面面積，對最低密封性車輛車內(nèi)的壓力變化進(jìn)展模擬分析，給出不同車速的最正確隧道斷面建議值，并對列車在隧道內(nèi)高速行駛的壓力緩解措施給出建議。關(guān)鍵詞：市域快線；壓力舒適度；隧道斷面；模擬計算隨著都市區(qū)域范圍的逐漸擴(kuò)大，城市軌道交通線路建立也隨之由中心城區(qū)線路向市域線轉(zhuǎn)變，客流吸引才能也隨之加強(qiáng)，為進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)能、進(jìn)步乘客輸送效率，近年來列車的速度在逐漸進(jìn)步。列車在隧道內(nèi)高速行駛，所引起的隧道空氣動力效應(yīng)對列車運(yùn)行平安性、經(jīng)濟(jì)性和司乘人員的舒適性都帶

2、來嚴(yán)重的影響。列車在隧道內(nèi)高速行駛引起的空氣動力學(xué)效應(yīng)包括：瞬變壓力、微壓波、空氣動力荷載、列車風(fēng)以及列車空氣阻力。本文重點關(guān)注了隧道壓力波和乘客壓力舒適度的影響。影響隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)的因素主要包括：1列車車速。2列車斷面面積與隧道斷面面積的比即阻塞比。3隧道形式，如岔路、泄壓通道、通風(fēng)井等。4隧道外表粗糙度，如地面、隧道壁面的柵板支架、軌道安裝形式。5隧道長度。其中隧道斷面面積越大即較小的阻塞比、列車速度越低，壓縮壓力波大小及其變化率就越小。因此隧道斷面的大小是解決高速列車在隧道內(nèi)行駛所引起的空氣動力學(xué)效應(yīng)重要因素。1. 國內(nèi)外高速列車隧道斷面概況2. 研究方法2.1 模型簡化列車高速通過

3、隧道引起的空氣流動是三維可壓縮非定常紊流流動。一般而言，隧道長度遠(yuǎn)大于隧道斷面水力直徑，列車長度也遠(yuǎn)大于列車與隧道所形成環(huán)狀空間橫截面的當(dāng)量水力直徑，三維流動可合理簡化為一維流動。參考日本新干線、德國ICE和法國TGV等多國的實驗以及不同國家進(jìn)展的數(shù)值模擬分析均說明，對隧道系統(tǒng)設(shè)計而言，采用一維方法是適宜的，并不會損失準(zhǔn)確度。因此國際上的高速列車隧道壓力波普遍均以一維分析方法作根底。2.2 研究所采用的分析軟件市域快線壓力舒適度是快速列車效勞的重要元素，壓力舒適度將在運(yùn)營的第一天就受到乘客的檢驗，并持續(xù)反映在整個運(yùn)營過程中。因此，必須使用經(jīng)過驗證的分析方法，此次研究中使用隧道壓力波分析軟件Th

4、ermoTun進(jìn)展分析。3. 隧道斷面模擬計算分析3.1 根本假設(shè)及計算參數(shù)為了分析高速列車隧道壓力波的規(guī)律，本文計算的根本假設(shè)及設(shè)定如下：1隧道全長63.5km，列車最高速度到達(dá)250km/h。2全線列車只?？?個車站。3列車斷面面積約為12.1m2，密封性指數(shù)tau;=6s，列車長約202m，8節(jié)編組。4采用800Pa/3s的壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)。5模型中的所有活塞風(fēng)井40m2都假設(shè)翻開，機(jī)械風(fēng)井都假設(shè)關(guān)閉。6模擬除了考慮因隧道阻塞比和車速所產(chǎn)生的壓力波改變外，同時亦考慮了隧道斷面面積突變、活塞風(fēng)井等其他因素導(dǎo)致壓力波在隧道內(nèi)的反射及衰減現(xiàn)象。3.2 模擬分析結(jié)果從表3和表4模擬結(jié)果中可見，在氣

5、密度tau;=6s下，隨著斷面面積的增加，車內(nèi)3s最大壓力變化值逐漸減少，從而使車內(nèi)人員的壓力舒適度得到進(jìn)步。4. 壓力波緩解措施及斷面優(yōu)化設(shè)計4.1 相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中對隧道斷面的規(guī)定1?城際鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?TB10623- 2021規(guī)定：列車密封指數(shù)不小于6s，單線隧道，設(shè)計速度200km/h，隧道斷面面積48m2。2?高速鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?TB10621- 2021規(guī)定：設(shè)計行車速度目的為250km/h時，單線隧道不應(yīng)小于58m2。4.2 隧道斷面優(yōu)化設(shè)計根據(jù)上節(jié)模擬結(jié)果可知，在列車密封指數(shù)等于6s時，行車速度為200km/h，隧道斷面面積40m2，行車速度為250km/h，隧道斷面面積52m2，

6、就能滿足車內(nèi)乘客人員800Pa/3s的壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)。4.3 壓力波緩解措施當(dāng)壓力波通過隧道中風(fēng)井位置或具有泄壓特點的位置后，如隧道岔線或泄壓風(fēng)閥，壓力波的大小及變化率將會降低。通常，較大的通風(fēng)井或隧道連接斷面與小斷面相比更可以減弱壓力波的傳遞。這種泄壓的方式已經(jīng)在國際上得到了大量的使用，如日本、臺灣、荷蘭、香港。然而，采用太大的風(fēng)井實際上將把隧道分為兩個單獨的區(qū)間，這將在列車進(jìn)入時引起另一個壓力波的產(chǎn)生。因此，在設(shè)計風(fēng)井尺寸時應(yīng)特別注意。加大隧道斷面面積亦是一可行但昂貴的方法。在一些情況下，將列車在特殊位置時對車速作出局部調(diào)整也能有效減低壓力舒適度的問題。圖1顯示了各種普遍減低壓力波的方法。參考文獻(xiàn)1劉堂紅，田紅旗，金學(xué)松.隧道空氣動力學(xué)實車試驗研究J.空氣動力學(xué)學(xué)報，20213：42.2梅元貴，周朝暉，許建林.高速鐵路隧道空氣動力學(xué)M.北京：科學(xué)出版社