第12卷第4期 交通运输工程学报 Vol 12 No 4 2012年8月 Journal of Traffic and Transportation Engineering Aug. 201 文章编号:1671-1637(2012)04-0025-08 中国高速铁路隧道气动效应研究进展 马伟斌1,张千里1,刘艳青2 (1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;2.铁科院(北京)工程咨询有限公司,北京100081) 摘要:论述了现场实车试验、数值仿真计算和室内模型试验等髙速铁路隧道气动效应的研究方 法,分析了隧道气动效应的影响因素,系统研究了动车组通过隧道及交会条件下车体内和隧道内瞬 变压力与洞口微气压波随速度的变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附加阻力的计算方法、隧道 内辅助设施所承受的气动荷载要求以及长大隧道远程测试控制技术和隧道内精确交会控制方法。 研究结果表明:高速列车通过隧道引起的气动效应直接影响到列车运行的安全性、乘员舒适性以及 隧道周边的环境,是高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术冋题;建议提岀适合中囯囯情的隧道 内复合型舒适度、微气压波标准,开展多孔吸能材料、洞口缓冲结枃、减压竖井、横通道设计等减缓 葹研究。 关键词:高速铁路隧道;气动效应;实车试验;教值计算;模型试验 中图分类号:U459.1 文献标志码:A Study evolvement of high-speed railway tunnel aerodynamic effect in china MA Wei-bin, ZHANG Qian-li, LiU Yan-qing (1. Railway Engineering Research Institue, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China: 2. Beijing Engineering Consulting Co. Ltd. of CARS, Beijing 100081, China) Abstract: The research methods of high-speed railway tunnel aerodynamic effect, such as field test,numerical simulation computation and indoor model test, were dissertated. The influence factors of tunnel aerodynamic effect were analyzed. The variation laws of transient pressures in train and tunnel and micro-pressure waves outside tunnel with different velocities, buffer structure setting conditions, the calculating method of additional air resistance in tunnel, the aerodynamic load requirements of tunnel subsidiary facilities, remote testing and control technology in large-scale tunnel, the accurate control method of train passing in tunnel were systematically studied when high-speed train set went through tunnel and rendezvoused in tunnel Analysis result shows that the aerodynamic effect produced by high-speed train set through tunnel directly affects train security, passenger comfort and tunnel surrounding environment, it is the key technical problem that must be solved in the design of high-speed railway tunnel. omposite comfort and micro-pressure wave standards that are suitable for China are suggested the researches on micro-pressure wave mitigative measures such as porous energy-absorbing materials, the buffer structure of tunnel hole, decompression shaft, cross-channel design should I tab,& figs, 12 ref: Key words: high-speed railway tunnel; aerodynamic effect; real train test; numerical 收稿日期:2012-02-12 基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(Z2009-073,2012(013-D) 作者简介:马伟斌(1977-),男,山东无棣人,中国铁道科学研究院副研究员,工学博土,从事高速铁路隧道气动效应研究
第１２卷 第４期 ２０１２年８月 交 通 运 输 工 程 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．１２ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２ 收稿日期：２０１２０２１２ 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（Ｚ２００９０７３，２０１２Ｇ０１３Ｄ） 作者简介：马伟斌（１９７７），男，山东无棣人，中国铁道科学研究院副研究员，工学博士，从事高速铁路隧道气动效应研究。 文章编号：１６７１１６３７（２０１２）０４００２５０８ 中国高速铁路隧道气动效应研究进展 马伟斌１，张千里１，刘艳青２ （１． 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 １０００８１；２． 铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京 １０００８１） 摘 要：论述了现场实车试验、数值仿真计算和室内模型试验等高速铁路隧道气动效应的研究方 法，分析了隧道气动效应的影响因素，系统研究了动车组通过隧道及交会条件下车体内和隧道内瞬 变压力与洞口微气压波随速度的变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附加阻力的计算方法、隧道 内辅助设施所承受的气动荷载要求以及长大隧道远程测试控制技术和隧道内精确交会控制方法。 研究结果表明：高速列车通过隧道引起的气动效应直接影响到列车运行的安全性、乘员舒适性以及 隧道周边的环境，是高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术问题；建议提出适合中国国情的隧道 内复合型舒适度、微气压波标准，开展多孔吸能材料、洞口缓冲结构、减压竖井、横通道设计等减缓 措施研究。 关键词：高速铁路隧道；气动效应；实车试验；数值计算；模型试验 中图分类号：Ｕ４５９．１ 文献标志码：Ａ 犛狋狌犱狔犲狏狅犾狏犲犿犲狀狋狅犳犺犻犵犺狊狆犲犲犱狉犪犻犾狑犪狔狋狌狀狀犲犾犪犲狉狅犱狔狀犪犿犻犮 犲犳犳犲犮狋犻狀犆犺犻狀犪 ＭＡ Ｗｅｉｂｉｎ１，ＺＨＡＮＧ Ｑｉａｎｌｉ１，ＬＩＵ Ｙａｎｑｉｎｇ２ （１．ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｅ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＣＡＲＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔ，ｓｕｃｈａｓｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎｄｏｏｒｍｏｄｅｌｔｅｓｔ，ｗｅｒｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｕｎｎｅｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｎ ｔｒａｉｎａｎｄｔｕｎｎｅｌａｎｄ ｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｖｅｓ ｏｕｔｓｉｄｅｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ，ｂｕｆｆｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｔｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｏｆａｄｄｉｔｉｏｎａｌａｉｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆｔｕｎｎｅｌｓｕｂｓｉｄｉａｒｙ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｌａｒｇｅｓｃａｌｅｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｔｒａｉｎｐａｓｓｉｎｇｉｎｔｕｎｎｅｌｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄｗｈｅｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｓｅｔｗｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈｔｕｎｎｅｌａｎｄｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓｅｄｉｎｔｕｎｎｅｌ． Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｓｅｔｔｈｒｏｕｇｈ ｔｕｎｎｅｌｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｒａｉｎｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｐａｓｓｅｎｇｅｒｃｏｍｆｏｒｔａｎｄｔｕｎｎｅｌｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔｉｓ ｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｍｕｓｔｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎ ｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌ． ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｍｆｏｒｔａｎｄｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｓｔａｎｄａｒｄｓｔｈａｔａｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＣｈｉｎａａｒｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄ， ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎ ｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｖｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓｓｕｃｈａｓｐｏｒｏｕｓｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅｂｕｆｆｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｕｎｎｅｌｈｏｌｅ，ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｈａｆｔ，ｃｒｏｓｓｃｈａｎｎｅｌｄｅｓｉｇｎｓｈｏｕｌｄ ｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．１ｔａｂ，８ｆｉｇｓ，１２ｒｅｆｓ． 犓犲狔 狑狅狉犱狊： ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ； ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ； ｒｅａｌ ｔｒａｉｎ ｔｅｓｔ； ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
交通运输工程学报 2012年 computation; model test Author resume: Ma Wei-bin(1977-), male, associate researcher, PhD, +86-10-51874379 dwangfei@163.com. 0引言 微气压波随隧道长度的变化规律和不同速度下的关 系曲线,指出存在一个导致微气压波显著增长的隧 高速铁路是世界铁路客运发展的方向,随着列车道长度范围,得到了不同车速下需要采取缓冲措施 运行速度的提高以及线路中隧道比例的增加,高速列的隧道临界长度、特定车辆密封条件下隧道内与车 车通过隧道引起的气动效应(压力波、空气阻力、列车内瞬变压力的相关关系及其随隧道长度的变化规 风、微气压波等)将直接影响到列车运行的安全性、经律,提出了不同长度隧道内瞬变压力的临界限值,获 济性、乘员舒适性以及隧道周边的环境等,是高速铁得了隧道内辅助设施受到的气动力与列车速度的关 路隧道设计中必须解决的关键技术问题[叮。 系,得到了横通道防护门、水沟盖板升力及其他辅助 自20世纪60年代日本新干线投入运行后,日设施受到的气动力口。 本和欧洲一些国家相继围绕高速铁路隧道气动效应 本文通过理论分析、数值仿真计算以及现场实 问题开展了一系列研究,其研究范围主要集中在压车试验等方法,研究了高速动车组380km·hˉ速 力波的变化梯度及乘客的舒适度、压力波和微压波度通过及350km·h-速度交会条件下动车组车体 的传播和形成机理及其计算方法、削减压缩波和微内外和隧道内瞬变压力的变化规律、洞口微气压波 压波的各种方案以及相关试验方法等方面的研究。影响因素和变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附 其中日本由于对列车空气动力影响行车安全问题估加阻力的试验方法和具体增量、隧道内辅助设施需 计不足,复线间距和隧道断面面积较小(可节约工程要承受的气动荷载要求以及长大隧道远程监测控制 投资),导致只能从改善列车头型和密封性等角度进技术等。 行大量研究,但隧道气动效应仍是影响日本铁路运 行速度提高的主要问题,另外日本对洞口微压波的1隧道气动效应研究方法 测试与研究相对较深人,而英法等国家由于隧道净1.I数值仿真计算 空断面积大于日本且大多采用有砟轨道,因此,对洞 目前国内外通常采用商业和自主开发的软件进 口微气压波的研究较少,相对来说对乘车舒适度以行数值仿真计算,商业软件有CFD、 FLUENT 及海底隧道气动效应方面研究较多[20 STARCD等。在国外,英国、韩国等国家编制了 中国从20世纪90年代开始高速铁路隧道空气维和三维数值模拟程序,对高速列车通过隧道进行 动力学技术的研究。2008年11月至2009年4月,中了数值仿真计算。在国内,中南大学对列车空气 国铁道科学研究院结合合武铁路和石太铁路联调联阻力、表面压力分布及列车交会、列车过隧道和尾流 试,开展了200~250km·h1车速下隧道气动效应等方面的动力学问题进行了研究[7;西南交通大学 的试验研究,是中国铁路首次进行较为系统的隧道气采用一维可压流,编制了计算隧道内瞬变压力的一 动效应试验研究,涉及不同列车通过隧道和隧道内交维数值模拟程序。 会的车内压力变化、车体承受气动荷载、瞬变压力、列 中国铁道科学研究院采用CFX进行仿真计算, 车风、微气压波、辅助设施气动力、隧道附加阻力和货CFX采用了基于有限元的有限体积法,在保证有限体 物列车运行安全等;2009年5月至2011年5月,中国积法守恒特性的基础上,吸收了有限元的数值精确 铁道科学研究院结合武广、郑西、沪宁与京沪高速铁性。隧道与列车模型取实际尺寸的模型,见图 路联调联试,系统地开展了300~380km·h-1车速 设置好速度边界、固定壁面边界、开放出口边 下隧道气动效应的试验研究,主要验证了动车组以界、连接边界,然后进行计算。图2为列车驶入隧道 380km·h-速度通过隧道和隧道内交会时列车运时隧道区域瞬变压力云图。 行安全性、乘坐舒适性以及车内压力的3s变化量 动车组通过隧道时瞬变压力实测与计算对比见 随隧道长度、隧道内位置和速度的变化规律,得到了图3。由图3可知,计算波形与实测波形基本相同 300~380km·h-1速度下隧道内瞬变压力、洞口微测试数据与计算结果误差在6%以内,由此可知计 气压波和列车风随车速的变化规律和经验关系以及算模型合理,能满足隧道内气动效应计算精度要求
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ 犃狌狋犺狅狉狉犲狊狌犿犲： ＭＡ Ｗｅｉｂｉｎ（１９７７），ｍａｌｅ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ，ＰｈＤ， ＋８６１０５１８７４３７９， ｄｗａｎｇｆｅｉ＠１６３．ｃｏｍ． ０ 引 言 高速铁路是世界铁路客运发展的方向，随着列车 运行速度的提高以及线路中隧道比例的增加，高速列 车通过隧道引起的气动效应（压力波、空气阻力、列车 风、微气压波等）将直接影响到列车运行的安全性、经 济性、乘员舒适性以及隧道周边的环境等，是高速铁 路隧道设计中必须解决的关键技术问题［１］。 自２０世纪６０年代日本新干线投入运行后，日 本和欧洲一些国家相继围绕高速铁路隧道气动效应 问题开展了一系列研究，其研究范围主要集中在压 力波的变化梯度及乘客的舒适度、压力波和微压波 的传播和形成机理及其计算方法、削减压缩波和微 压波的各种方案以及相关试验方法等方面的研究。 其中日本由于对列车空气动力影响行车安全问题估 计不足，复线间距和隧道断面面积较小（可节约工程 投资），导致只能从改善列车头型和密封性等角度进 行大量研究，但隧道气动效应仍是影响日本铁路运 行速度提高的主要问题，另外日本对洞口微压波的 测试与研究相对较深入，而英法等国家由于隧道净 空断面积大于日本且大多采用有砟轨道，因此，对洞 口微气压波的研究较少，相对来说对乘车舒适度以 及海底隧道气动效应方面研究较多［２４］。 中国从２０世纪９０年代开始高速铁路隧道空气 动力学技术的研究。２００８年１１月至２００９年４月，中 国铁道科学研究院结合合武铁路和石太铁路联调联 试，开展了２００～２５０ｋｍ·ｈ－１车速下隧道气动效应 的试验研究，是中国铁路首次进行较为系统的隧道气 动效应试验研究，涉及不同列车通过隧道和隧道内交 会的车内压力变化、车体承受气动荷载、瞬变压力、列 车风、微气压波、辅助设施气动力、隧道附加阻力和货 物列车运行安全等；２００９年５月至２０１１年５月，中国 铁道科学研究院结合武广、郑西、沪宁与京沪高速铁 路联调联试，系统地开展了３００～３８０ｋｍ·ｈ－１车速 下隧道气动效应的试验研究，主要验证了动车组以 ３８０ｋｍ·ｈ－１速度通过隧道和隧道内交会时列车运 行安全性、乘坐舒适性以及车内压力的３ｓ变化量 随隧道长度、隧道内位置和速度的变化规律，得到了 ３００～３８０ｋｍ·ｈ－１速度下隧道内瞬变压力、洞口微 气压波和列车风随车速的变化规律和经验关系以及 微气压波随隧道长度的变化规律和不同速度下的关 系曲线，指出存在一个导致微气压波显著增长的隧 道长度范围，得到了不同车速下需要采取缓冲措施 的隧道临界长度、特定车辆密封条件下隧道内与车 内瞬变压力的相关关系及其随隧道长度的变化规 律，提出了不同长度隧道内瞬变压力的临界限值，获 得了隧道内辅助设施受到的气动力与列车速度的关 系，得到了横通道防护门、水沟盖板升力及其他辅助 设施受到的气动力［１］。 本文通过理论分析、数值仿真计算以及现场实 车试验等方法，研究了高速动车组３８０ｋｍ·ｈ－１速 度通过及３５０ｋｍ·ｈ－１速度交会条件下动车组车体 内外和隧道内瞬变压力的变化规律、洞口微气压波 影响因素和变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附 加阻力的试验方法和具体增量、隧道内辅助设施需 要承受的气动荷载要求以及长大隧道远程监测控制 技术等。 １ 隧道气动效应研究方法 １．１ 数值仿真计算 目前国内外通常采用商业和自主开发的软件进 行数 值 仿 真 计 算，商 业 软 件 有 ＣＦＤ、ＦＬＵＥＮＴ、 ＳＴＡＲＣＤ等。在国外，英国、韩国等国家编制了一 维和三维数值模拟程序，对高速列车通过隧道进行 了数值仿真计算［５］。在国内，中南大学对列车空气 阻力、表面压力分布及列车交会、列车过隧道和尾流 等方面的动力学问题进行了研究［６７］；西南交通大学 采用一维可压流，编制了计算隧道内瞬变压力的一 维数值模拟程序。 中国铁道科学研究院采用 ＣＦＸ进行仿真计算， ＣＦＸ采用了基于有限元的有限体积法，在保证有限体 积法守恒特性的基础上，吸收了有限元的数值精确 性。隧道与列车模型取实际尺寸的模型，见图１［１，８］。 设置好速度边界、固定壁面边界、开放出口边 界、连接边界，然后进行计算。图２为列车驶入隧道 时隧道区域瞬变压力云图。 动车组通过隧道时瞬变压力实测与计算对比见 图３。由图３可知，计算波形与实测波形基本相同， 测试数据与计算结果误差在６％以内，由此可知计 算模型合理，能满足隧道内气动效应计算精度要求。 ２６ 交 通 运 输 工 程 学 报 ２０１２年
第2期 马伟斌,等:中国高速铁路隧道气动效应研究进展 隧道外围 试系统主要由传感器、IMC集成测控数采系统、无 线远程监控系统、无线远程数据传输系统和接收终 隧道 隧道外围 端等部分组成,见图4 气压传感器 无线远程传输系 图1隧道计算模型网格 无线远程控制终端 无线远程控制系统 图4测试系统 Fig 4 Test system 长大隧道内无GSMR、GPS信号,地形与环境 等条件恶劣,要求同步测试时间精确,测试难度较 大。基于先进的数据采集技术、无线传输技术、远程 控制技术以及线号同步技术,中国铁道科学研究院 自主研制成功高速铁路隧道气动效应集成测控系 统。该系统采用全功能的数采模块,可满足数据采 图2列车驶入隧道瞬变压力 集多路信号全面监测的需要,并可分散可集中,系统 Fig 2 Transient pressure when train enters tunnel 组合灵活多变,在分布式系统中,可将多台数采仪置 计算 实测 于铁路线路不同位置,满足多点采集的需要,同时接 210 入多种信号,也可将多台数采仪分开使用,同时拥有 多套独立的通用信号数采系统,满足多个测量任务 的需要。系统大幅度减少了信号长距离传输以及外 来干扰产生的影响,通过无线网络通讯突破距离、地 形等空间条件的限制,为特殊应用环境下的测量工 作提供便利。不同系统间可实现同步连接,保证所有 图3瞬变压力对比 数采仪的所有通道实时同步,同步精度达到ns级 Fig 3 Comparison of transient pressures 计算表明,隧道内各压力波的传递与叠加时刻与隧此外,系统有较好地适应高低温、高湿、强振动和冲 道长度、列车速度紧密相关 击等恶劣环境的能力,可广泛用于无信号的野外无 1.2现场实车试验 线采集、传输及控制中。为获得长大隧道内瞬变压 中国铁道科学研究院结合多条高速铁路的联调力随长度方向变化规律,本文在武广线大瑶山1号 联式,进行了隧道气动效应现场实车试验。通过测隧道(10081m)内分别距洞口230.700.8001000 试动车组高速通过隧道或隧道内交会时的瞬变压00050007500,9850m布置了8个断面,成功 力、微气压波、列车风以及行车阻力的特性及变化规实现了数据同步采集、传输与远程监控 律,验证了数值模拟计算结果,得到了气动荷载交变1.2.2动车组隧道内高速交会试验 作用对车体强度、车内舒适度、隧道内辅助设施以及 通过现场试验,本文提出了基于标尺试验与交 周围环境的影响及规律,为系统开展高速铁路车隧会时间差计算的高速动车组交会试验方法,成功进 耦合空气动力效应研究奠定基础。 行了高速铁路动车组350km·h-隧道内交会试 1.2.1高速铁路隧道气动效应测试系统 验,并在京沪线成功实现了动车组380km·h-隧 中国铁道科学研究院创造性地建立了高速铁路道中点位置交会试验,交会误差小于50m。 隧道空气动力学测试系统,解决了长大隧道全长范1.2.3惰行试验方法 围内空气动力学测试难点,实现车上车下与隧道各 在理论分析的基础上,本文提出采用在隧道内 个测点同步、无线、远程测试技术的突破,其采用了进行惰行试验时的“特定有限区间”采样方法。试验 自行研发的无线远程控制与集中监控技术,试验测数据的采样选择列车进入隧道后的一个特定区间
图１ 隧道计算模型网格 Ｆｉｇ．１ Ｍｅｓｈｏｆｔｕｎｎｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅｌ 图２ 列车驶入隧道瞬变压力 Ｆｉｇ．２ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｗｈｅｎｔｒａｉｎｅｎｔｅｒｓｔｕｎｎｅｌ 图３ 瞬变压力对比 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓ 计算表明，隧道内各压力波的传递与叠加时刻与隧 道长度、列车速度紧密相关。 １．２ 现场实车试验 中国铁道科学研究院结合多条高速铁路的联调 联式，进行了隧道气动效应现场实车试验。通过测 试动车组高速通过隧道或隧道内交会时的瞬变压 力、微气压波、列车风以及行车阻力的特性及变化规 律，验证了数值模拟计算结果，得到了气动荷载交变 作用对车体强度、车内舒适度、隧道内辅助设施以及 周围环境的影响及规律，为系统开展高速铁路车隧 耦合空气动力效应研究奠定基础。 １．２．１ 高速铁路隧道气动效应测试系统 中国铁道科学研究院创造性地建立了高速铁路 隧道空气动力学测试系统，解决了长大隧道全长范 围内空气动力学测试难点，实现车上车下与隧道各 个测点同步、无线、远程测试技术的突破，其采用了 自行研发的无线远程控制与集中监控技术，试验测 试系统主要由传感器、ＩＭＣ 集成测控数采系统、无 线远程监控系统、无线远程数据传输系统和接收终 端等部分组成，见图４。 图４ 测试系统 Ｆｉｇ．４ Ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ 长大隧道内无 ＧＳＭＲ、ＧＰＳ信号，地形与环境 等条件恶劣，要求同步测试时间精确，测试难度较 大。基于先进的数据采集技术、无线传输技术、远程 控制技术以及线号同步技术，中国铁道科学研究院 自主研制成功高速铁路隧道气动效应集成测控系 统。该系统采用全功能的数采模块，可满足数据采 集多路信号全面监测的需要，并可分散可集中，系统 组合灵活多变，在分布式系统中，可将多台数采仪置 于铁路线路不同位置，满足多点采集的需要，同时接 入多种信号，也可将多台数采仪分开使用，同时拥有 多套独立的通用信号数采系统，满足多个测量任务 的需要。系统大幅度减少了信号长距离传输以及外 来干扰产生的影响，通过无线网络通讯突破距离、地 形等空间条件的限制，为特殊应用环境下的测量工 作提供便利。不同系统间可实现同步连接，保证所有 数采仪的所有通道实时同步，同步精度达到 ｎｓ级。 此外，系统有较好地适应高低温、高湿、强振动和冲 击等恶劣环境的能力，可广泛用于无信号的野外无 线采集、传输及控制中。为获得长大隧道内瞬变压 力随长度方向变化规律，本文在武广线大瑶山１号 隧道（１００８１ｍ）内分别距洞口２３０、７００、８００、１０００、 ３０００、５０００、７５００、９８５０ｍ 布置了８个断面，成功 实现了数据同步采集、传输与远程监控。 １．２．２ 动车组隧道内高速交会试验 通过现场试验，本文提出了基于标尺试验与交 会时间差计算的高速动车组交会试验方法，成功进 行了高速铁路动车组３５０ｋｍ·ｈ－１ 隧道内交会试 验，并在京沪线成功实现了动车组３８０ｋｍ·ｈ－１ 隧 道中点位置交会试验，交会误差小于５０ｍ。 １．２．３ 惰行试验方法 在理论分析的基础上，本文提出采用在隧道内 进行惰行试验时的“特定有限区间”采样方法。试验 数据的采样选择列车进入隧道后的一个特定区间， 第２期 马伟斌，等：中国高速铁路隧道气动效应研究进展 ２７
交通运输工程学报 2012年 使得V≈V≈V,V为进洞速度,V为采样起点杂,但测试数据相对可靠。 车速,Vm为采样终点车速。忽略机械阻力在隧道和2隧道气动效应影响因素及涉及的科 明线的差别,可得检验式为 F:-F。=D-D 学问题 式中:F为隧道内运行总阻力,由“特定有限区间”2.1影响因素分析 惰行试验得出;F。为明线运行总阻力;D4为隧道内 高速动车组通过隧道时,隧道气动效应的影响 运行空气阻力,由非恒定流模型计算得出;Do为明因素主要从3个方面考虑:列车方面,列车的运行速 线运行空气阻力,由计算得出。通过非恒定流模型度、横截面积、车头和车尾形状、编组长度及车辆的 得到长度10.8km隧道在相应位置附加阻力计算气密性等;隧道方面,隧道有效净空面积、隧道断面 值同试验值基本一致 形状、隧道长度、复线间距、隧道坡度、线路曲线半 1.3室内模型试验 径、隧道壁面粗糙度及辅助结构物形式(隧道口缓冲 模型试验主要有浅水槽和发射式列车模型两结构、通风通道、隔墙、道床类型)等;其他方面,如列 种。水槽法是根据流体力学的性质,采用相同马赫车在复线隧道中交会及相对运行列车各自进入隧道 数的流体来模拟空气,通过改变浅水波的传播速度,口的时间差等。多种因素交织在一起,使隧道气动 模型以较低的列车速度得到与实际运行列车相同的效应的研究远比明线空气动力问题复杂 马赫数,从而达到模拟实际运行高速列车的目的。2.2涉及的科学问题 发射式列车模型可模拟高速列车进出隧道的运行状 列车高速运行条件下,进出隧道的瞬间以及在隧 态,以便测定不同工况下的压力波动、低频噪音及其道中会车和运行过程中,列车气动效应较低速时剧烈 他空气动力学现象。进行模型试验时,根据相似原得多,会带来新的空气动力学和环境学问题。如列车 理来确定模拟系统,主要是马赫数和雷诺数,增加了在进人隧道时会引起车内的压力波动,给乘客的听觉 测试数据的可比性和使用性,模型列车与实际列车造成不适;隧道出口处会形成微气压波,产生爆炸声 速度相同时可保证马赫数相同。 和门窗的震动等不良效果,影响周围的环境。高速铁 水槽法试验装置简单,易操作,但测试数据及试路隧道气动效应主要涉及的科学问题见表1。表1 验效果不理想。发射式列车模型试验装置相对复中,pmx、pm为正负峰值;Pmx为洞口微气压波 表1高速铁路隧道空气动力学效应涉及的科学问题 Tab. 1 Scientific issues involved in aerodynamic effect of high-speed railway tunnel 待征值 意 研究方法 车内气压变化特定时间内的气压单调变化 乘车舒适性 3s瞬变压力变化率为1.25kPa 遂道内压力 衬砌和设施气动荷载 车内外压差 密封性有关 车辆结构气动荷载 洞口外20m时P=x≤50Pa, 微气压波 P 隧道洞口环境 有建筑物时P=≤20Pa 隧道空气阻力与 行车平均阻力T 牵引计算 明线空气阻力之比 计算 阻力 阻力过程 空气阻力最大值 隧道内活塞风 最大风速 14m·s 隧道内人员与设施安全性 附属设施气动力 pmx→pm 《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621—2009 3理论研究成果 3.1动车组车外最大负压出现位置及其与隧道长 度的关系 中国铁道科学研究院通过合武、石太、武广、郑西 本文根据动车组通过隧道时车外压力波动及叠 等高速铁路隧道气动效应的研究,在列车内外瞬变压加原理,提出动车组以速度v通过隧道的过程中,列 力、隧道内瞬变压力与洞口微气压波关系以及实现隧车表面与车头纵向距离为x的任意一点在隧道内 道内精确交会控制方法等方面取得重大进展。 出现最大负压位置s以及动车组车外最大负压与隧
使得犞０≈犞ｓｔ≈犞ｅｎ，犞０ 为进洞速度，犞ｓｔ为采样起点 车速，犞ｅｎ为采样终点车速。忽略机械阻力在隧道和 明线的差别，可得检验式为 犉ｔ －犉０ ＝ 犇ｔ －犇０ 式中：犉ｔ 为隧道内运行总阻力，由“特定有限区间” 惰行试验得出；犉０ 为明线运行总阻力；犇ｔ 为隧道内 运行空气阻力，由非恒定流模型计算得出；犇０ 为明 线运行空气阻力，由计算得出。通过非恒定流模型 得到长度１０．８ｋｍ 隧道在相应位置附加阻力计算 值同试验值基本一致。 １．３ 室内模型试验 模型试验主要有浅水槽和发射式列车模型两 种。水槽法是根据流体力学的性质，采用相同马赫 数的流体来模拟空气，通过改变浅水波的传播速度， 模型以较低的列车速度得到与实际运行列车相同的 马赫数，从而达到模拟实际运行高速列车的目的［９］。 发射式列车模型可模拟高速列车进出隧道的运行状 态，以便测定不同工况下的压力波动、低频噪音及其 他空气动力学现象。进行模型试验时，根据相似原 理来确定模拟系统，主要是马赫数和雷诺数，增加了 测试数据的可比性和使用性，模型列车与实际列车 速度相同时可保证马赫数相同。 水槽法试验装置简单，易操作，但测试数据及试 验效果不理 想 。发 射 式 列 车 模 型 试 验 装 置 相 对 复 杂，但测试数据相对可靠。 ２ 隧道气动效应影响因素及涉及的科 学问题 ２．１ 影响因素分析 高速动车组通过隧道时，隧道气动效应的影响 因素主要从３个方面考虑：列车方面，列车的运行速 度、横截面积、车头和车尾形状、编组长度及车辆的 气密性等；隧道方面，隧道有效净空面积、隧道断面 形状、隧道长度、复线间距、隧道坡度、线路曲线半 径、隧道壁面粗糙度及辅助结构物形式（隧道口缓冲 结构、通风通道、隔墙、道床类型）等；其他方面，如列 车在复线隧道中交会及相对运行列车各自进入隧道 口的时间差等。多种因素交织在一起，使隧道气动 效应的研究远比明线空气动力问题复杂。 ２．２ 涉及的科学问题 列车高速运行条件下，进出隧道的瞬间以及在隧 道中会车和运行过程中，列车气动效应较低速时剧烈 得多，会带来新的空气动力学和环境学问题。如列车 在进入隧道时会引起车内的压力波动，给乘客的听觉 造成不适；隧道出口处会形成微气压波，产生爆炸声 和门窗的震动等不良效果，影响周围的环境。高速铁 路隧道气动效应主要涉及的科学问题见表１。表１ 中，狆ｍａｘ、狆ｍｉｎ为正负峰值；犘ｍａｘ为洞口微气压波。 表１ 高速铁路隧道空气动力学效应涉及的科学问题 犜犪犫．１ 犛犮犻犲狀狋犻犳犻犮犻狊狊狌犲狊犻狀狏狅犾狏犲犱犻狀犪犲狉狅犱狔狀犪犿犻犮犲犳犳犲犮狋狅犳犺犻犵犺狊狆犲犲犱狉犪犻犾狑犪狔狋狌狀狀犲犾 项目 特征值 意义 阀值 研究方法 瞬变 压力 车内气压变化 隧道内压力 车内外压差 微气压波 行车 阻力 平均阻力犜ｆ 阻力过程 隧道内活塞风 附属设施气动力 特定时间内的气压单调变化 狆ｍａｘ，狆ｍｉｎ 密封性有关 犘ｍａｘ 隧道空气阻力与 明线空气阻力之比 空气阻力最大值 最大风速 狆ｍａｘ，狆ｍｉｎ 乘车舒适性 衬砌和设施气动荷载 车辆结构气动荷载 隧道洞口环境 牵引计算 限坡 隧道内人员与设施安全性 ３ｓ瞬变压力变化率为１．２５ｋＰａ ４０００，６０００Ｐａ 洞口外２０ｍ 时犘ｍａｘ≤５０Ｐａ， 有建筑物时犘ｍａｘ≤２０Ｐａ １４ｍ·ｓ－１ 《高速铁路设计规范（试行）》（ＴＢ１０６２１—２００９） 现场 试验 数值 计算 ３ 理论研究成果 中国铁道科学研究院通过合武、石太、武广、郑西 等高速铁路隧道气动效应的研究，在列车内外瞬变压 力、隧道内瞬变压力与洞口微气压波关系以及实现隧 道内精确交会控制方法等方面取得重大进展。 ３．１ 动车组车外最大负压出现位置及其与隧道长 度的关系 本文根据动车组通过隧道时车外压力波动及叠 加原理，提出动车组以速度狏通过隧道的过程中，列 车表面与车头纵向距离为狓 的任意一点在隧道内 出现最大负压位置狊以及动车组车外最大负压与隧 ２８ 交 通 运 输 工 程 学 报 ２０１２年
第2期 马伟斌,等:中国高速铁路隧道气动效应研究进展 道长度关系的理论计算式为 xtc'lr/v-cl -c+(2n+x+)+x 当l<2cx+c2ln/-cl2 0 (2l-x)+ L/km a)a与L关系 (1+M)l 式中:Lc为车外最大负压临界隧道长度;l为隧道 长度;l为列车长度;c为当地声速;M为马赫数 通过现场实测数据的验证分析,指导动车组采 取保护机制以保证动车组风冷设备以及需要风冷的 设备的正常运行。车外最大负压临界隧道长度与车 速关系见图5。 )b与L关系 图6a、b与L的关系 h and l 的隧道,车内舒适度评价指标(压力3s变化极值小 于1.25kPa)对应的隧道内瞬变压力3s变化极值 的临界限值分别为6.8、5.9、5.3、4.8、4.2kPa 3.4动车组隧道内交会试验理论计算方法 通过理论计算与分析,本文提出了动车组隧道 内交会理论计算方法,为实现隧道内精确交会试验 提供了理论基础。通过标尺试验精确记录动车组A Lcm与v关系 Fig 5 Relationship between Lertu and 与B加速至350km·h-时,下行线动车组里程 3.2隧道内瞬变压力与洞口微气压波的关系 KxA350、KxBo及相应时间TxAs、Txs5,列车速度达到 通过现场海量数据的统计与归一化分析,本文 0km·h-后,恒速运行,记录动车组通过交会点 提出了隧道内瞬变压力(P)与洞口微气压波(Psx) 时的时刻TxA、T。然后动车组A与B同向 关系的理论式为 分别经下行线、上行线行驶,加速至350km·h-1。 精确记录动车组A与B加速至350km·h1时 0.9963ln(L)+9.1699 上行线动车组里程Ks30、Ks350及相应的时间 b=1.5475e TsA50、Tss0,列车速度达到350km·h-1后,恒速 式中:L为隧道长度;a、b为相关参数,a与L成对数运行,记录动车组通过交会点K时的时刻TsN 关系,b与L成指数关系。车速高于310km·h-1Ts。动车组A与B上下行方向运行交会时间差 时,a、b与L关系见图6 分别为 3.3车内和隧道内瞬变压力3s变化极值比例因 TxA35o+ 3600(K1-KxA50) A350 子与隧道长度的关系 350 通过统计分析隧道内瞬变压力与车内压力变 3600(K K 化,本文提出了特定密封条件下,车内和隧道内瞬变 压力3s变化极值比例因子(k)与隧道长度(L)理论 △TB50=T 600(K1-K 式为 3600(KsA5o-K1) k=0.0392ln(L)-0.062 SA350 并推出了长度分别为0.5、1.0、2.0、4.0、10.0km 交会位置产生偏差,调整时间为
道长度关系的理论计算式为 当犾ｔｕ≥２犮狓＋犮２ 犾ｔｒ／狏－犮犾ｔｒ ４狏 时 狊＝ 狏 犮＋狏２犾ｔｕ ＋狓＋犮 狏 （ 犾ｔｒ）＋狓 当犾ｔｕ＜ ２犮狓＋犮２ 犾ｔｒ ／狏－犮犾ｔｒ ４狏 时 狊＝ 狏 犮－狏 （２犾ｔｕ －狓）＋狓 犔ｃｒｔｕ ＝ （１＋犕）犾ｔｒ ４犕２ 式中：犔ｃｒｔｕ为车外最大负压临界隧道长度；犾ｔｕ为隧道 长度；犾ｔｒ为列车长度；犮为当地声速；犕 为马赫数。 通过现场实测数据的验证分析，指导动车组采 取保护机制以保证动车组风冷设备以及需要风冷的 设备的正常运行。车外最大负压临界隧道长度与车 速关系见图５。 图５ 犔ｃｒｔｕ与狏关系 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ犔ｃｒｔｕａｎｄ狏 ３．２ 隧道内瞬变压力与洞口微气压波的关系 通过现场海量数据的统计与归一化分析，本文 提出了隧道内瞬变压力（犘）与洞口微气压波（犘ＥＸ） 关系的理论式为 犘ＥＸ ＝犪犘犫 犪 ＝－０．９９６３ｌｎ（犔）＋９．１６９９ 犫＝１．５４７５ｅ０．０００２犔 式中：犔 为隧道长度；犪、犫为相关参数，犪与犔 成对数 关系，犫与犔 成指数关系。车速高于３１０ｋｍ·ｈ－１ 时，犪、犫与犔 关系见图６。 ３．３ 车内和隧道内瞬变压力３狊变化极值比例因 子与隧道长度的关系 通过统计分析隧道内瞬变压力与车内压力变 化，本文提出了特定密封条件下，车内和隧道内瞬变 压力３ｓ变化极值比例因子（犽）与隧道长度（犔）理论 式为 犽＝０．０３９２ｌｎ（犔）－０．０６２３ 并推出了长度分别为 ０．５、１．０、２．０、４．０、１０．０ｋｍ 图６ 犪、犫与犔 的关系 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇ犪，犫ａｎｄ犔 的隧道，车内舒适度评价指标（压力３ｓ变化极值小 于１．２５ｋＰａ）对应的隧道内瞬变压力３ｓ变化极值 的临界限值分别为６．８、５．９、５．３、４．８、４．２ｋＰａ。 ３．４ 动车组隧道内交会试验理论计算方法 通过理论计算与分析，本文提出了动车组隧道 内交会理论计算方法，为实现隧道内精确交会试验 提供了理论基础。通过标尺试验精确记录动车组 Ａ 与 Ｂ 加速至 ３５０ｋｍ·ｈ－１ 时，下行线动车组 里 程 犓ＸＡ３５０、犓ＸＢ３５０及相应时间犜ＸＡ３５０、犜ＸＢ３５０，列车速度达到 ３５０ｋｍ·ｈ－１后，恒速运行，记录动车组通过交会点 犓Ｊ 时的时刻 犜ＸＡＪ、犜ＸＢＪ。然后动车组 Ａ 与 Ｂ同向 分别经下行线、上行线行驶，加速至３５０ｋｍ·ｈ－１。 精确记录动车 组 Ａ 与 Ｂ 加 速 至 ３５０ｋｍ·ｈ－１ 时， 上行 线 动 车 组 里 程 犓ＳＡ３５０、犓ＳＢ３５０ 及 相 应 的 时 间 犜ＳＡ３５０、犜ＳＢ３５０，列车速度达到３５０ｋｍ·ｈ－１后，恒速 运行，记录 动 车 组 通 过 交 会 点 犓Ｊ 时 的 时 刻 犜ＳＡＪ、 犜ＳＢＪ。动车组 Ａ 与 Ｂ上下行方向运行交会时间差 分别为 Δ犜Ａ３５０ ＝犜ＸＡ３５０ ＋３６００（犓Ｊ －犓ＸＡ３５０） ３５０ － 犜ＳＢ３５０ ＋３６００（犓ＳＢ３５０ －犓Ｊ） ３５０ Δ犜Ｂ３５０ ＝犜ＸＢ３５０ ＋３６００（犓Ｊ －犓ＸＢ３５０） ３５０ － 犜ＳＡ３５０ ＋３６００（犓ＳＡ３５０ －犓Ｊ） ３５０ 交会位置产生偏差，调整时间为 第２期 马伟斌，等：中国高速铁路隧道气动效应研究进展 ２９
交通运输工程学报 2012年 ATTZ=3. 6(LP/vA +LP/vB) (5)获得了动车组以300~350km·h-在隧道 式中:△Tmz为调整时间;L为偏差距离;vA为动车内运行及交会时动车组车内外空气压力变化规律和 组A的速度;c为动车组B的速度。 变化范围,以及隧道气动效应对动车组动力学性能 3.5车外压力变化最大幅值的隧道临界交会理论的影响程度,为高速铁路隧道设计和确定动车组隧 根据低速空气动力学中马赫波的传播规律和叠道内最高通过速度提供了参考 加原理,本文提出了隧道内交会工况下车外气压变 (6)当动车组通过短隧道时,对车内压力变化的 化最大幅值的临界交会快速算法,即 影响较小,而对隧道本身及其辅助设施的影响则不 容忽视;对于长隧道,因列车在隧道中的时间较长, 隧道内相对较小的瞬变压力变化就会引起车内压力 的变化,因此,长隧道应更关注车内压力的变化情 况,短隧道应更关注隧道内压力的变化和这种变化 式中:△为两动车组进出隧道时差;m为动车组A对隧道本身及其辅助设施的影响 车长,m为对面来动车组B车长;m为临界交会隧4.2洞口微气压波 通过现场实车试验研究,得出了高速铁路隧道 通过车外气压变化最大幅值临界交会理论的研洞口微气压波不同速度下的关系曲线,揭示了300 究,可为动车组车体强度和密封性能优化设计以及350km·h-速度下洞口微气压波随隧道长度变化规 线路与隧道结构优化设计、隧道内附属设施的布置律,提出了需要采取减缓措施的临界隧道长度。 方面提供理论支撑。 1.2.1洞口微气压波规律 4试验研究成果 合武、石太高速铁路隧道气动效应测试数据表 明,列车250km·h-及以下速度通过隧道时,洞 4.1隧道内与车内瞬变压力 微气压波基本与车速的3次方成正比。本文测试结 通过现场实车试验研究,揭示了动车组300 果表明,当动车组高速通过隧道时,洞口微气压波具 350km·h高速通过隧道和在隧道内交会时隧道有与低速时不同的规律,即当动车组通过隧道时,洞 内与车内压力(3s变化极值)随隧道长度、车型和车口20m处微气压波值基本与车速的3~5次方成正 速变化规律,具体如下 比;当速度在310km·h-1以上,隧道长度超过 (1)不同动车组通过不同长度隧道时,隧道内瞬3km时,微气压波增长显著,与车速的6~15次方 变压力3s变化极值基本与车速平方成正比。动车成正比,不同长度隧道微气压波与速度关系见图7。 组通过不同断面积的隧道时瞬变压力值不同,但其 随车速变化及叠加规律一致 2728m(低于310kmh 2)车长、头型与断面积相接近动车组进入隧道 10081m(低于310km·h) 产生的压力波动基本一致。车体长度不同的动车组 2728m(高于310km·h2) 进入隧道产生的气压增加和尾波发生时间各有差 6857m(高于310km·h 异,导致隧道内瞬变压力测试数据与叠加规律不同。 (3)隧道长度不同时,造成的气压增加和尾波发 80200220240260280300320340360 生的时间各有差异,导致隧道内瞬变压力叠加规律 图7微气压波与速度关系曲线 不同,从而引起瞬变压力值不同。不同速度级时,隧 Fig 7 Relationship curves between velocities 道内瞬变压力(3s变化极值)在隧道长度接近1km and micropressure waves 时有极值点,但随着隧道长度的进一步增加,隧道内4.2.2洞口微气压波与隧道长度的关系 瞬变压力(3s变化极值)变化不大,基本趋于稳定。 对于有砟轨道,较短隧道(小于1km)的微气压 (4)当动车组在隧道内同一位置附近交会时,隧波受隧道长度影响不显著,较长隧道的微气压波最 道内瞬变压力3s极值和峰峰值随车速的增大而增大值随隧道长度的增大而减小;对于无砟轨道隧道 大。当动车组在隧道内交会时,由于两列动车组进洞口微气压波随隧道长度的增大而增大,当隧道长 入隧道的时间不同,产生气压波的时间存在差异,导度达到4km时增大明显,在7km左右达到最大 致隧道内瞬变压力叠加规律不同。 值,其后随长度增大逐渐减小
Δ犜ＴＺ ＝３．６（犔ＰＪ／狏Ａ ＋犔ＰＪ／狏Ｂ） 式中：Δ犜ＴＺ为调整时间；犔ＰＪ为偏差距离；狏Ａ 为动车 组 Ａ 的速度；狏Ｂ 为动车组 Ｂ的速度。 ３．５ 车外压力变化最大幅值的隧道临界交会理论 根据低速空气动力学中马赫波的传播规律和叠 加原理，本文提出了隧道内交会工况下车外气压变 化最大幅值的临界交会快速算法，即 Δ狋＝犾ｃｒｔｕ 犮 －犾ｔｒＡ 狏Ａ 犾ｃｒｔｕ ＝ 犮 ２ 犾ＴＲＡ 狏Ａ ＋犾ｔｒＢ （ 狏Ｂ ） 式中：Δ狋为两动车组进出隧道时差；犾ｔｒＡ 为动车组 Ａ 车长；犾ｔｒＢ为对面来动车组Ｂ车长；犾ｃｒｔｕ为临界交会隧 道长度。 通过车外气压变化最大幅值临界交会理论的研 究，可为动车组车体强度和密封性能优化设计以及 线路与隧道结构优化设计、隧道内附属设施的布置 方面提供理论支撑。 ４ 试验研究成果 ４．１ 隧道内与车内瞬变压力 通过现场实车试验研究，揭示了动车组３００～ ３５０ｋｍ·ｈ－１高速通过隧道和在隧道内交会时隧道 内与车内压力（３ｓ变化极值）随隧道长度、车型和车 速变化规律，具体如下。 （１）不同动车组通过不同长度隧道时，隧道内瞬 变压力３ｓ变化极值基本与车速平方成正比。动车 组通过不同断面积的隧道时瞬变压力值不同，但其 随车速变化及叠加规律一致。 （２）车长、头型与断面积相接近动车组进入隧道 产生的压力波动基本一致。车体长度不同的动车组 进入隧道产生的气压增加和尾波发生时间各有差 异，导致隧道内瞬变压力测试数据与叠加规律不同。 （３）隧道长度不同时，造成的气压增加和尾波发 生的时间各有差异，导致隧道内瞬变压力叠加规律 不同，从而引起瞬变压力值不同。不同速度级时，隧 道内瞬变压力（３ｓ变化极值）在隧道长度接近１ｋｍ 时有极值点，但随着隧道长度的进一步增加，隧道内 瞬变压力（３ｓ变化极值）变化不大，基本趋于稳定。 （４）当动车组在隧道内同一位置附近交会时，隧 道内瞬变压力３ｓ极值和峰峰值随车速的增大而增 大。当动车组在隧道内交会时，由于两列动车组进 入隧道的时间不同，产生气压波的时间存在差异，导 致隧道内瞬变压力叠加规律不同。 （５）获得了动车组以３００～３５０ｋｍ·ｈ－１在隧道 内运行及交会时动车组车内外空气压力变化规律和 变化范围，以及隧道气动效应对动车组动力学性能 的影响程度，为高速铁路隧道设计和确定动车组隧 道内最高通过速度提供了参考。 （６）当动车组通过短隧道时，对车内压力变化的 影响较小，而对隧道本身及其辅助设施的影响则不 容忽视；对于长隧道，因列车在隧道中的时间较长， 隧道内相对较小的瞬变压力变化就会引起车内压力 的变化，因此，长隧道应更关注车内压力的变化情 况，短隧道应更关注隧道内压力的变化和这种变化 对隧道本身及其辅助设施的影响。 ４．２ 洞口微气压波 通过现场实车试验研究，得出了高速铁路隧道 洞口微气压波不同速度下的关系曲线，揭示了３００～ ３５０ｋｍ·ｈ－１速度下洞口微气压波随隧道长度变化规 律，提出了需要采取减缓措施的临界隧道长度［１０］。 ４．２．１ 洞口微气压波规律 合武、石太高速铁路隧道气动效应测试数据表 明，列车２５０ｋｍ·ｈ－１及以下速度通过隧道时，洞口 微气压波基本与车速的３次方成正比。本文测试结 果表明，当动车组高速通过隧道时，洞口微气压波具 有与低速时不同的规律，即当动车组通过隧道时，洞 口２０ｍ 处微气压波值基本与车速的３～５次方成正 比；当速 度 在 ３１０ｋｍ·ｈ－１ 以 上，隧 道 长 度 超 过 ３ｋｍ 时，微气压波增长显著，与车速的６～１５次方 成正比，不同长度隧道微气压波与速度关系见图７。 图７ 微气压波与速度关系曲线 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｎｄｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｓ ４．２．２ 洞口微气压波与隧道长度的关系 对于有砟轨道，较短隧道（小于１ｋｍ）的微气压 波受隧道长度影响不显著，较长隧道的微气压波最 大值随隧道长度的增大而减小；对于无砟轨道，隧道 洞口微气压波随隧道长度的增大而增大，当隧道长 度达到４ｋｍ 时增大明显，在 ７ｋｍ 左右达到最大 值，其后随长度增大逐渐减小。 ３０ 交 通 运 输 工 程 学 报 ２０１２年
第2期 马伟斌,等:中国高速铁路隧道气动效应研究进展 在洞口空间立体角为3π/2,隧道断面积为行了测量,分析了列车运行速度、列车外形、运行工 lo0m2,阻塞比为0.l1的情况下,当动车组分别以况、附属设施位置等对附属设施气动力的影响规律 350、380km·hˉ通过时,洞口外20m处微气压波并对横通道、水沟盖板、下锚坠砣、照明灯具、指示灯 值小于50Pa(标准限值)的隧道临界长度分别为等附属设施在350km·hˉ速度等级下的安全性进 1.6、1.0km,见图8 行了评价,这对高速铁路隧道内附属设施的设计和 00km·h 评价方法的制定具有重要的指导意义。 多条高铁线路测试数据表明,动车组在300 钟3 380km·h-速度单列与交会通过隧道时,隧道内 330 活塞风风速超过20m·s-1。动车组单列或重联通 过隧道时,隧道内活塞风风速与列车运行速度成线 性关系。同等速度下,重联动车组通过隧道时的列 隧道长度/km 车风风速比单列动车组大,即列车编组越长,列车风 图8隧道长度与洞口微气压波关系曲线 风速越大 ig. 8 Relationship between tunnel lengths 单列动车组通过隧道时,附属设施受到的气动 力近似与车速的平方成正比,交会时隧道内附属设 4.2.3缓冲结构与辅助坑道对洞口微气压波的减施受到的气动力比单列通过时大5%~10%,动车 缓作用 组重联时隧道内附属设施受到的气动力比单列通过 通过测试有无缓冲结构的隧道洞口微气压波值,时大20%~25% 并按同一空间立体角进行换算,分析了缓冲结构对洞4.4隧道附加阻力 口微气压波的减缓作用。根据微气压波与隧道长度 与明线情况不同,隧道空气阻力的边界条件为 的关系,无缓冲结构条件下,350km·h-速度时,有限空间,增加了一处摩擦界面,导致隧道空气阻力 1.7km隧道对应的洞口微气压波值大于53.1Pa,而问题较复杂。隧道空气附加阻力主要包含压差阻力 有缓冲结构的相近长度隧道洞口微气压波实测值为与摩擦阻力,其与隧道断面面积、长度、表面摩擦系 15.3Pa,换算同一空间立体角后为25.5Pa,隧道缓数、隧道内风速和列车车速、外形、长度、表面摩擦系 冲结构对洞口微气压波削减幅度约为52% 数、阻力系数以及在隧道内的位置等因素有关[1。 通过测试辅助坑道开启与关闭时洞口微气压波 隧道附加阻力的绝对值随着车速的增大而增 值,分析了辅助坑道对洞口微气压波的消减作用。大,随着隧道断面面积的增大而减小;隧道附加阻力 实测辅助坑道开启时长度为6.8km与10.8km隧与明线总阻力的比值随着隧道断面面积的增大而减 道分别削减了约54%、26%。微气压波激化作用越小,但车速变化对其影响不大,隧道附加阻力与明线 大的隧道,辅助坑道对微气压波的消减作用越明显。总阻力的比值主要由隧道断面面积控制。 辅助坑道对隧道洞口微气压波有显著消减作用 动车组分别以300、350km·h-速度通过长度 4.3隧道内活塞风与附属设施气动力 为2.7km隧道时,惰行试验和数值计算分析得到 目前,国内外学者对高速铁路隧道空气动力对隧道附加阻力分别为4.99、7.95kN,隧道总阻力比 隧道内附属设施的疲劳耐久性和安全性所产生的不明线增加9%、11%,总阻力D1为 利影响尚没有进行深入研究,各国高速铁路规范中 D1=0.55+0.0045v+0.000143x2 关于附属设施的设计也没有全面和系统地考虑隧道通过长度为10.8km隧道时,惰行试验和数值计 空气动力特性的影响。随着列车运行速度的提高,算分析得到隧道附加阻力分别为8.71、10.24kN 高速列车进入隧道后的活塞风与反复冲击力对隧道隧道总阻力比明线总阻力均约增加15%,总阻力 附属设施的影响将会加剧,并主要取决于列车行驶D2为 速度、离列车侧面的距离以及列车的外形等,该作用 D2=0.55+0.0045+0.00015z2 力较大时可能危及到附属设施的安全, 本文采用现场试验的方法,对不同动车组、不同5结语 运行速度下单列通过隧道、在隧道内交会以及重联 经过多年的努力,中国高速铁路隧道气动效应 过隧道时隧道内活塞风与附属设施受到的气动力进研究取得了一系列世界领先的创新科研成果,丰富
在洞 口 空 间 立 体 角 为 ３π／２，隧 道 断 面 积 为 １００ｍ２，阻塞比为０．１１的情况下，当动车组分别以 ３５０、３８０ｋｍ·ｈ－１通过时，洞口外２０ｍ 处微气压波 值小于５０Ｐａ（标准限值）的隧道临 界 长 度 分 别 为 １．６、１．０ｋｍ，见图８。 图８ 隧道长度与洞口微气压波关系曲线 Ｆｉｇ．８ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｕｎｎｅｌｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｓ ４．２．３ 缓冲结构与辅助坑道对洞口微气压波的减 缓作用 通过测试有无缓冲结构的隧道洞口微气压波值， 并按同一空间立体角进行换算，分析了缓冲结构对洞 口微气压波的减缓作用。根据微气压波与隧道长度 的关系，无缓冲结构条件下，３５０ｋｍ·ｈ－１ 速度时， １．７ｋｍ隧道对应的洞口微气压波值大于５３．１Ｐａ，而 有缓冲结构的相近长度隧道洞口微气压波实测值为 １５．３Ｐａ，换算同一空间立体角后为２５．５Ｐａ，隧道缓 冲结构对洞口微气压波削减幅度约为５２％。 通过测试辅助坑道开启与关闭时洞口微气压波 值，分析了辅助坑道对洞口微气压波的消减作用。 实测辅助坑道开启时长度为６．８ｋｍ 与１０．８ｋｍ 隧 道分别削减了约５４％、２６％。微气压波激化作用越 大的隧道，辅助坑道对微气压波的消减作用越明显。 辅助坑道对隧道洞口微气压波有显著消减作用。 ４．３ 隧道内活塞风与附属设施气动力 目前，国内外学者对高速铁路隧道空气动力对 隧道内附属设施的疲劳耐久性和安全性所产生的不 利影响尚没有进行深入研究，各国高速铁路规范中 关于附属设施的设计也没有全面和系统地考虑隧道 空气动力特性的影响。随着列车运行速度的提高， 高速列车进入隧道后的活塞风与反复冲击力对隧道 附属设施的影响将会加剧，并主要取决于列车行驶 速度、离列车侧面的距离以及列车的外形等，该作用 力较大时可能危及到附属设施的安全。 本文采用现场试验的方法，对不同动车组、不同 运行速度下单列通过隧道、在隧道内交会以及重联 过隧道时隧道内活塞风与附属设施受到的气动力进 行了测量，分析了列车运行速度、列车外形、运行工 况、附属设施位置等对附属设施气动力的影响规律， 并对横通道、水沟盖板、下锚坠砣、照明灯具、指示灯 等附属设施在３５０ｋｍ·ｈ－１速度等级下的安全性进 行了评价，这对高速铁路隧道内附属设施的设计和 评价方法的制定具有重要的指导意义。 多条高铁线路测试数据表明，动车组在３００～ ３８０ｋｍ·ｈ－１速度单列与交会通过隧道时，隧道内 活塞风风速超过２０ｍ·ｓ－１。动车组单列或重联通 过隧道时，隧道内活塞风风速与列车运行速度成线 性关系。同等速度下，重联动车组通过隧道时的列 车风风速比单列动车组大，即列车编组越长，列车风 风速越大。 单列动车组通过隧道时，附属设施受到的气动 力近似与车速的平方成正比，交会时隧道内附属设 施受到的气动力比单列通过时大５％～１０％，动车 组重联时隧道内附属设施受到的气动力比单列通过 时大２０％～２５％。 ４．４ 隧道附加阻力 与明线情况不同，隧道空气阻力的边界条件为 有限空间，增加了一处摩擦界面，导致隧道空气阻力 问题较复杂。隧道空气附加阻力主要包含压差阻力 与摩擦阻力，其与隧道断面面积、长度、表面摩擦系 数、隧道内风速和列车车速、外形、长度、表面摩擦系 数、阻力系数以及在隧道内的位置等因素有关［１１］。 隧道附加阻力的绝对值随着车速的增大而增 大，随着隧道断面面积的增大而减小；隧道附加阻力 与明线总阻力的比值随着隧道断面面积的增大而减 小，但车速变化对其影响不大，隧道附加阻力与明线 总阻力的比值主要由隧道断面面积控制。 动车组分别以３００、３５０ｋｍ·ｈ－１速度通过长度 为２．７ｋｍ 隧道时，惰行试验和数值计算分析得到 隧道附加阻力分别为４．９９、７．９５ｋＮ，隧道总阻力比 明线增加９％、１１％，总阻力 犇１ 为 犇１ ＝０．５５＋０．００４５狏＋０．０００１４３狏２ 通过长度 为 １０．８ｋｍ 隧 道 时，惰 行 试 验 和 数 值 计 算分析得到隧道附加阻力分别为８．７１、１０．２４ｋＮ， 隧道总阻力比明线总阻力均约增加１５％，总阻力 犇２ 为 犇２ ＝０．５５＋０．００４５狏＋０．０００１５狏２ ５ 结 语 经过多年的努力，中国高速铁路隧道气动效应 研究取得了一系列世界领先的创新科研成果，丰富 第２期 马伟斌，等：中国高速铁路隧道气动效应研究进展 ３１
32 交通运输工程学报 2012年 和发展了中国高速铁路机车车辆及隧道的设计理论 2001,44(3):890-899 和方法,对确定动车组隧道内最高交会速度具有重 4]田红旗.中国列车空气动力学研究进展[J].交通运输工程学 报,2006,6(1):1-9 要的参考意义与指导作用,对相关学科的发展起到 TIAN Hong-qi. Study evolvement of train aerodynamics in 了积极的促进作用。针对中国高速铁路隧道气动效 Chinalj]. Journal of Traffic and Transportation Engineering 应研究中存在的问题,本文提出如下建议[。 006,6(1):1-9.( in Chinese) 1)实测表明,动车组通过有些长大隧道尤其是5 SHIN C H, PARK WG. Numerical study of flow character- 隧道群时,车内气压3s变化值虽然小于舒适度标 of the high speed train entering into a Mechanics Research Communications, 2003, 30(4):287-296 准的要求,但是车上乘员反映有耳鸣与不舒适感,因 6]田红旗,梁习锋,许平.列车空气动力性能研究及外形、结构 此,建议参考欧洲铁路联盟、德国、荷兰等复合型舒 设计方法[J].中国铁道科学,2002,23(5):138-14 适度标准,提出适合中国国情的隧道内复合型耳膜 TIAN Hong-qi, LIANG Xi-feng, XU Ping. Research on the 舒适度标准,即分别对车内5、10、30、50s内的气压 aerodynamic per and its configuration 变化提出控制标准。 structure design method[J]. China Railway Science, 20 23(5):138-141.( in Chinese) 2)日本、德国、中国等均制定了微气压波控制[7余南阳,梅元爽高速铁路隧道压力波动主要影响参数研究 标准,目前中国隧道洞口微气压波执行的标准是参 中国铁道科学,2003,24(6):67-69. 照日本标准制定的,由于国情不同,建(构)筑物的要 YU Nanyang, MEI Yuanrgui. Study on main parameters 求也不同,需要针对中国的实际情况制定适合本地 ffecting pressure transients while train passing through 特点的微气压波标准。 tunnelLJI. China Railway Science, 2003, 24(6):67-69.(in (3)高速铁路特殊隧道结构尤其是特长水下隧[8]武青海列车空气动力学数值仿真研究[门.中国铁道科学 道结构设计时,应充分考虑缓冲结构、横通道、减压 002,23(4):132-135 竖井、联络通道、中隔墙以及洞口空间立体角等空气 wU Qing-hai. A study on numerical simulation of train aero- 动力学因素的影响,结合仿真计算确定合理的隧道 dynamicsLJI. China Railway Science, 2002, 23(4): 132- 净空断面尺寸与减压结构设计方案 35. (in Chine 9]高品贤,余南阳,雷波.隧道空气压力波浅水槽拖动模型试 (4)针对动车组通过隧道时存在的耳膜不适,微 验的实时检测[].铁道学报,2000,22(3):43-46. 气压波超标等问题,鉴于隧道结构已经成型,应开展 GAO Pin-xian, YU Nan-yang, LEI Bo. Real-time test on air 多孔吸能材料以及洞口缓冲结构设计等衰减压力波 pressure wave in tunnel by w water-table modeling 传播能量的措施研究,从而达到提高乘车舒适性与 experiment[J]. Journal of the Railway Society, 2000 22(3):43-46.( in Chinese) 减小微气压波的目的。 10]李新霞,宋雷鸣,张新华微气压波的产生机理与防治措施[刀 参考文献: 噪声与振动控制,2006,26(4):70-72 References LI Xin-xia, SONG Lei-ming, ZHANG Xin-hua. The gener- ation theory and control of the micro-pressure wave[J]. Noise 1]中国铁道科学研究院.京沪高速铁路综合试验研究分报告之 and Vibration Control, 2006, 26(4):70-72. (in Chinese) 八——高速铁路气动效应试验研究[R.北京:中国铁道科学[11]王英学,高波高速列车进出隧道空气动力学研究的新进展U 研究院,2011 中国铁道科学,2003,24(2):83-88 China Academy of Railway Sciences. Study on comprehensive WANG Yingxue, GAO Bo. New development of the aerody test study on Beijing-Shanghai High-speed Railway, report 8- namics of high-speed trains passing in and out tunnels[J] experimental research on China railway Science, 2003, 24(2):83-88.(in Chinese) speed railway[R]. Beijing: China Academy of Railway[2]中铁西南科学研究院有限公司.客运专线隧道空气动力学及 Sciences, 2011. (in Chinese) 合理断面形式研究分析报告之2—列车内、外的空气压力 21 BELLENOUE MORINIERE V, KAGEYAMA T 传递[R].成都:中铁西南科学研究院有限公司,2007 Experiment 3-D simulation of the compression wave, due to hina Sout hwest Research Institute of China Railway Engin ain-tunnel entry [J]. Journal of Fluids and Structures eering Company Limited. Study on determination of high 2002,16(5):581-59 ection on the basis of aerodynamic [3] KWON H B, JANG K H, KIM Y S, et al. Nose shape considerations, report 2--penetrability of air pressure into ptimization of high-speed train for minimization of tunnel sealed train[]. Chengdu: China Southwest Research Insti- nic boom [J]. JSME International Journal Series ute of China Railway Engineering Company Limited, 2 Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing (in Chinese)
和发展了中国高速铁路机车车辆及隧道的设计理论 和方法，对确定动车组隧道内最高交会速度具有重 要的参考意义与指导作用，对相关学科的发展起到 了积极的促进作用。针对中国高速铁路隧道气动效 应研究中存在的问题，本文提出如下建议［１２］。 （１）实测表明，动车组通过有些长大隧道尤其是 隧道群时，车内气压３ｓ变化值虽然小于舒适度标 准的要求，但是车上乘员反映有耳鸣与不舒适感，因 此，建议参考欧洲铁路联盟、德国、荷兰等复合型舒 适度标准，提出适合中国国情的隧道内复合型耳膜 舒适度标准，即分别对车内５、１０、３０、５０ｓ内的气压 变化提出控制标准。 （２）日本、德国、中国等均制定了微气压波控制 标准，目前中国隧道洞口微气压波执行的标准是参 照日本标准制定的，由于国情不同，建（构）筑物的要 求也不同，需要针对中国的实际情况制定适合本地 特点的微气压波标准。 （３）高速铁路特殊隧道结构尤其是特长水下隧 道结构设计时，应充分考虑缓冲结构、横通道、减压 竖井、联络通道、中隔墙以及洞口空间立体角等空气 动力学因素的影响，结合仿真计算确定合理的隧道 净空断面尺寸与减压结构设计方案。 （４）针对动车组通过隧道时存在的耳膜不适，微 气压波超标等问题，鉴于隧道结构已经成型，应开展 多孔吸能材料以及洞口缓冲结构设计等衰减压力波 传播能量的措施研究，从而达到提高乘车舒适性与 减小微气压波的目的。 参 考 文 献 ： 犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊 ： ［１］ 中国铁道科学研究院．京沪高速铁路综合试验研究分报告之 八———高速铁路气动效应试验研究［Ｒ］．北京：中国铁道科学 研究院，２０１１． ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｎＢｅｉｊｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉＨｉｇｈｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ，ｒｅｐｏｒｔ８— ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｅｆｆｅｃｔｏｎ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［２］ ＢＥＬＬＥＮＯＵＥ Ｍ， ＭＯＲＩＮＩＥＲＥ Ｖ， ＫＡＧＥＹＡＭＡ Ｔ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｗａｖｅ，ｄｕｅｔｏ ｔｒａｉｎｔｕｎｎｅｌｅｎｔｒｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｆｌｕｉｄｓａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ２００２，１６（５）：５８１５９５． ［３］ ＫＷＯＮ Ｈ Ｂ，ＪＡＮＧ Ｋ Ｈ，ＫＩＭ Ｙ Ｓ，ｅｔａｌ．Ｎｏｓｅｓｈａｐｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｆｏｒ ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌ ｓｏｎｉｃｂｏｏｍ ［Ｊ］．ＪＳＭＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｓｅｒｉｅｓ Ｃ： ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，ＭａｃｈｉｎｅＥｌｅｍｅｎｔｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， ２００１，４４（３）：８９０８９９． ［４］ 田红旗．中国列车空气动力学研究进展［Ｊ］．交通运输工程学 报，２００６，６（１）：１９． ＴＩＡＮ Ｈｏｎｇｑｉ．Ｓｔｕｄｙｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔｏｆｔｒａｉｎａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００６，６（１）：１９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［５］ ＳＨＩＮＣＨ，ＰＡＲＫ Ｗ Ｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎ ｅｎｔｅｒｉｎｇｉｎｔｏａｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］． ＭｅｃｈａｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００３，３０（４）：２８７２９６． ［６］ 田红旗，梁习锋，许 平．列车空气动力性能研究及外形、结构 设计方法［Ｊ］．中国铁道科学，２００２，２３（５）：１３８１４１． ＴＩＡＮ Ｈｏｎｇｑｉ，ＬＩＡＮＧＸｉｆｅｎｇ，ＸＵＰｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｉｎａｎｄｉｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，２００２， ２３（５）：１３８１４１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 余南阳，梅元贵．高速铁路隧道压力波动主要影响参数研究［Ｊ］． 中国铁道科学，２００３，２４（６）：６７６９． ＹＵ Ｎａｎｙａｎｇ，ＭＥＩ Ｙｕａｎｇｕｉ．Ｓｔｕｄｙｏｎ ｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ ｗｈｉｌｅ ｔｒａｉｎ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，２００３，２４（６）：６７６９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］ 武青海．列车空气动力学数值仿真研究［Ｊ］．中国铁道科学， ２００２，２３（４）：１３２１３５． ＷＵ Ｑｉｎｇｈａｉ．Ａｓｔｕｄｙｏｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒａｉｎａｅｒｏ ｄｙｎａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ ＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，２３（４）：１３２ １３５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［９］ 高品贤，余南阳，雷 波．隧道空气压力波浅水槽拖动模型试 验的实时检测［Ｊ］．铁道学报，２０００，２２（３）：４３４６． ＧＡＯＰｉｎｘｉａｎ，ＹＵ Ｎａｎｙａｎｇ，ＬＥＩＢｏ．Ｒｅａｌｔｉｍｅｔｅｓｔｏｎａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｖｅｉｎｔｕｎｎｅｌｂｙ ｓｈａｌｌｏｗ ｗａｔｅｒｔａｂｌｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｏｃｉｅｔｙ，２０００， ２２（３）：４３４６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［１０］ 李新霞，宋雷鸣，张新华．微气压波的产生机理与防治措施［Ｊ］． 噪声与振动控制，２００６，２６（４）：７０７２． ＬＩＸｉｎｘｉａ，ＳＯＮＧ Ｌｅｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｈｕａ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒ ａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅ［Ｊ］．Ｎｏｉｓｅ ａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，２００６，２６（４）：７０７２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［１１］ 王英学，高 波．高速列车进出隧道空气动力学研究的新进展［Ｊ］． 中国铁道科学，２００３，２４（２）：８３８８． ＷＡＮＧＹｉｎｇｘｕｅ，ＧＡＯＢｏ．Ｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙ ｎａｍｉｃｓｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｓｐａｓｓｉｎｇｉｎａｎｄｏｕｔｔｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］． ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅ，２００３，２４（２）：８３８８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ［１２］ 中铁西南科学研究院有限公司．客运专线隧道空气动力学及 合理断面形式研究分析报告之２———列车内、外的空气压力 传递［Ｒ］．成都：中铁西南科学研究院有限公司，２００７． ＣｈｉｎａＳｏｕｔｈｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎ ｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ，ｒｅｐｏｒｔ２—ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙｏｆａｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｏ ｓｅａｌｅｄｔｒａｉｎ［Ｒ］．Ｃｈｅｎｇｄｕ：ＣｈｉｎａＳｏｕｔｈｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉ ｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，２００７． （ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） ３２ 交 通 运 输 工 程 学 报 ２０１２年