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，國內(nèi)外對這一問題已經(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)較長隧道內(nèi)單車及會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具有很強(qiáng)的一維流動特性，在對復(fù)雜空氣流動進(jìn)行合理簡化的基礎(chǔ)上，采用一維可壓縮不等熵非定常流體流動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）研究了豎井對單車和會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

3、時車外和隧道內(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隧道內(nèi)各點(diǎn)壓力影響也并不一致；豎井截面積對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10000m時豎井?dāng)?shù)目增多對列車車外和隧道內(nèi)壓力影響并不顯著，但從隧道內(nèi)各測點(diǎn)來看豎井附近壓力變化幅值都有明顯降低。
　?。?）研究了橫通道對單車和會車隧道壓力波的影

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，橫通道截面積對列車過隧道和隧道內(nèi)會車時列車車外和隧道內(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，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。
　　（4）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)牒唵嗡淼罆r列車車外壓力變化超過壓力舒適性要求，而在隧道內(nèi)列車啟動后以120km/h運(yùn)行時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車外壓力波動加劇；研究證明在列車高速運(yùn)行時，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，需同時提高車體密封性。
　　（5）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)識基礎(chǔ)上本文推導(dǎo)出相對于隧道壓力極值的特征隧道長度計(jì)算公式，同時發(fā)展了基于疊加波的單車和會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)果的對比，表明采用波疊加法對簡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)流動割裂開，得到的壓力波比較“有棱有角”，無法反映流動耦合作用下隧道壓力波變形和