復(fù)雜結(jié)構(gòu)鐵路隧道壓力波效應(yīng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、在列車高速化的推進(jìn)過程中，包括隧道壓力波在內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)問題變得十分突出，嚴(yán)重影響著鐵路快速、舒適、可靠、經(jīng)濟(jì)以及安全性。由于多山地貌，我國(guó)高速鐵路隧線比高，隧道壓力波問題變得尤為突出。此外，近年來我國(guó)城市地鐵高速化過程中也出現(xiàn)了明顯的隧道壓力波問題。在過去的很多年，國(guó)內(nèi)外對(duì)這一問題已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但系統(tǒng)研究設(shè)置豎井、橫通道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)隧道內(nèi)單車及會(huì)車壓力波的成果較少。
　　本文主要采用數(shù)值計(jì)算方法，以高速鐵路隧道和地鐵隧

2、道為對(duì)象展開隧道壓力波效應(yīng)問題的研究，主要內(nèi)容具體如下：
　　（1）根據(jù)列車通過隧道過程中引起的空氣流動(dòng)具有很強(qiáng)的一維流動(dòng)特性，在對(duì)復(fù)雜空氣流動(dòng)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，采用一維可壓縮不等熵非定常流體流動(dòng)模型和廣義黎曼變量特征線法分別發(fā)展了（多）豎井、（多）橫通道以及豎井、橫通道和截面變化耦合下的隧道壓力波的數(shù)值計(jì)算方法。
　　（2）研究了豎井對(duì)單車和會(huì)車隧道壓力波的影響。研究發(fā)現(xiàn)豎井合理布置有助于降低列車過隧道以及在隧道內(nèi)交會(huì)

3、時(shí)車外和隧道內(nèi)壓力最大變化幅值，而且發(fā)現(xiàn)在較短隧道時(shí)單列車車外壓力變化幅值更易受豎井布置位置的影響，以及豎井同一布置位置對(duì)隧道內(nèi)各點(diǎn)壓力影響也并不一致；豎井截面積對(duì)車外壓力變化幅值的影響還與豎井布置位置有關(guān)系，但就緩解壓力變化而言選擇較小的豎井截面積更為有利；在隧道長(zhǎng)10000m時(shí)豎井?dāng)?shù)目增多對(duì)列車車外和隧道內(nèi)壓力影響并不顯著，但從隧道內(nèi)各測(cè)點(diǎn)來看豎井附近壓力變化幅值都有明顯降低。
　　（3）研究了橫通道對(duì)單車和會(huì)車隧道壓力波的影

4、響。研究發(fā)現(xiàn)橫通道任意位置布置都有助于降低單列車過隧道時(shí)車外和隧道內(nèi)壓力最大變化幅值，橫通道同一布置位置對(duì)隧道內(nèi)各點(diǎn)壓力影響并不一致；當(dāng)橫通道布置位置小于臨界位置時(shí)，橫通道截面積對(duì)列車過隧道和隧道內(nèi)會(huì)車時(shí)列車車外和隧道內(nèi)壓力變化影響很小，但當(dāng)橫通道布置位置大于臨界位置時(shí)，列車車外和隧道內(nèi)壓力最大變化幅值隨著橫通道截面積的增大而增大；橫通道在隧道內(nèi)布置間距小于特定值有利于降低列車車外和隧道內(nèi)壓力變化幅值。
　?。?）研究了高速地鐵隧

5、道內(nèi)壓力波的特性。研究表明在目前盾構(gòu)直徑6m的情形下，列車以120km/h全速駛?cè)牒?jiǎn)單隧道時(shí)列車車外壓力變化超過壓力舒適性要求，而在隧道內(nèi)列車啟動(dòng)后以120km/h運(yùn)行時(shí)車外壓力變化滿足壓力舒適性要求，并且發(fā)現(xiàn)列車通過豎井和橫通道時(shí)車外壓力波動(dòng)加??；研究證明在列車高速運(yùn)行時(shí)，為了滿足乘坐壓力舒適性的目的，僅采用增大隧道截面積方法在地鐵領(lǐng)域是不經(jīng)濟(jì)的，需同時(shí)提高車體密封性。
　?。?）通過分析列車通過隧道產(chǎn)生的壓力波的特性，得出了壓

6、力波可看出是由一組特征波疊加構(gòu)成的結(jié)論。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上本文推導(dǎo)出相對(duì)于隧道壓力極值的特征隧道長(zhǎng)度計(jì)算公式，同時(shí)發(fā)展了基于疊加波的單車和會(huì)車隧道壓力波的快速預(yù)估方法，并嘗試將該方法用于估算設(shè)置豎井隧道中的壓力波。與試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，表明采用波疊加法對(duì)簡(jiǎn)單隧道壓力波估算計(jì)算是可行的，能較快速和準(zhǔn)確的獲得壓力波峰值，但缺點(diǎn)也是由于其把隧道壓力波問題與隧道內(nèi)流動(dòng)割裂開，得到的壓力波比較“有棱有角”，無法反映流動(dòng)耦合作用下隧道壓力波變形和