06高速铁路的隧道

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1、6高速铁路的隧道6高速铁路的隧道6.1概述伴随着高速铁路的发展，必然出现大量的隧道工程，这主要是与线路的标准有关，如高速铁路最小曲线半径在多数情况下都大于4000m等。日本是个多山的国家，新干线隧道比例较大。山阳新干线隧道延长占线路总长度的50%，北陆新干线更达63%，日本营业新干线中隧道总长度达635km（不包括秋田、山形小型新干线），约占新干线线路总长33%。世界上最长的海底隧道——青函隧道（图6-1）位于本州到北海道的津轻海峡，全长53.6km，跨越海峡全长23.3km，隧道最深处离海平面240m，

2、离海底面100m。青函隧道于1988年建成，使青森—函馆所需时间从以前渡船运输3h50min缩短到2h。青函隧道是按新干线规格设计的，铺设三轨，为北海道新干线预留了运行条件。将来北海道新干线建成后将利用青函隧道通过津轻海峡，东京—函馆只需3h50min即可到达。日本正在建设中的新干线大部分位于山区，因此更多地采用隧道结构。如九州新干线新八代—西鹿儿岛区段，全长127.6km，隧道全长达88km，占69%。东北新干线盛冈—八户区段，全长96.6km，隧道全长达69.2km，占73%，其间的岩手一户隧道（图6

3、-2），全长25.8km，2002年8月开通运营，是目前世界上最长的陆地隧道。东北新干线八户—新青森区段81.8km，隧道全长达49.9km，占61%。其中的八甲田隧道，全长26.455km，建成后将超过岩手一户隧道的长度。图6-1日本青函隧道图6-2日本岩手一户隧道再如，德国于20世纪80年代初期动工修建的，从汉诺威至维尔茨堡高速铁路，135长327km，隧道总长118km，占线路总长的37%，包括长达10.747km的兰德吕肯隧道。另一条从曼海姆到斯图加特线路总长100km，隧道约占30%(30km)

4、。2002年开通的运行速度为300km/h的科隆—法兰克福高速铁路，隧道占线路总长21.3%。我国台湾正在修建的台北到高雄的高速铁路，全长333km，共有总延长39km的50座隧道，最长的隧道约8.4km，隧道比重为11.7%。高速铁路隧道的勘测、设计、施工与维修养护管理与一般铁路隧道有许多共同点，对高速铁路隧道设计参数的特殊要求主要是由于高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应，本章将主要介绍空气动力学对隧道设计的影响。6.2高速铁路的隧道-列车空气动力学效应6.2.1空气动力学效应当列车进入隧道时，原来占

5、据着空间的空气被排开。空气的粘性以及隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流。于是，列车前方的空气受压缩，列车后方则形成一定的负压。这就产生一个压力波动过程，这种压力波动又以声速传播至隧道口，形成反射波——Mach波，回传，叠加，诱发对运营产生一系列负面影响的空气动力学效应。主要是：由于瞬变压力，造成旅客不适，并对铁路员工和车辆产生危害；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；行车阻力加大，引起对列车动力和能耗的特殊

6、要求；列车风加剧，影响在隧道中待避的作业人员；其它，如隧道内热量的积聚，空气动力学噪声等。高速铁路进入隧道的空气动力学效应受多种因素影响，包括：1．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。2．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，道床类型等。3．其它方面。列车在隧道中的交会等。6.2.2列车进入隧道引起的瞬变压力高速列车进入隧道引起的压力变化由两部分叠加，一是列车移动时从挤压

7、、排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化；二是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。当双线隧道1366高速铁路的隧道中同时有不同方向列车相向行驶时，叠加所产生的情况则更为复杂。1．瞬变压力的阈值和舒适性准则高速列车运行时的舒适度与高速列车通过隧道时产生的压力波动有关，这也是高速列车通过隧道时产生的主要效应。当这种压力波动，特别是在极短时间内的压力突变（称为瞬变压力）传到人体时，会产生生理上的不适——即耳膜压感不适，从而大大降低乘车的舒适度。然而人

8、们对这种瞬变压力的舒适感是有值域区分的，超过一定值时，会明显不适。因此，控制压力波动的阀值是以乘客乘车舒适度为基准的。评定压力波动程度一般采用的参数有：①“峰对峰”最大值△Pmax，即最大压力dp变化的绝对值；②压力变化率的最大值。将这两种指标单独使用均不能合理dtmax地同人的生理反应和乘员的舒适度相联系。例如，对于变化缓慢的压力过程，即便变化幅度较大，但由于来得及对耳腔压力进行主动（如做吞咽动作）或被动（外界降