CN107386135A - 一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，主要适用于山梁靠近挡风墙的区域，包括步骤S1和步骤S2，其中，步骤S1为将靠近所述挡风墙的山梁的一部分挖掉，形成过渡区；步骤S2为将被挖掉一部分的所述山梁靠近挡风墙的面设置为与所述过渡区底面呈钝角的斜面，相比现有挡风墙的防风效果，采用通用优化方法后，能够有效减小远方来流的流场突变和风速增加，提高挡风墙的防风效果和风区铁路行车安全，使得列车可以按照行车标准正常行车，减少降速停车次数，提高运输效率。

Description

一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种在大风环境下、当山梁靠近铁路挡风墙时的风区铁路防风设施优化方法。

背景技术

新建兰州至乌鲁木齐第二通道(简称兰新第二双线)为客运专线铁路，全长1776.9km，是世界上已建成的最长高速铁路，也是世界首条穿越大风区的高速铁路。该地区有长距离的大风区，风期长，局部地段一年之中风速大于17.2m/s的天数超过100天，最大瞬时风速可达60m/s。风区局部地区风速高，且风向与线路近乎垂直，列车主要受横风影响，大风对列车的行车安全造成严重影响，成为世界上内陆风速最高、风灾最严重的地区之一。据统计，自1960年至今，由风引起的行车安全事故总计38起，因大风造成的列车的停运更是数不胜数，严重影响了铁路运输安全和运输效率。我国铁路科技工作者，经过多年的探索、研究、实践，提出了恶劣风环境下的铁路安全行车措施：实施限速或停轮、设计合理的列车外形、设置挡风墙、建立大风预警系统等。兰新客运专线重要的防风措施之一就是修建挡风墙，其中有挡风墙的路段占到线路总长65%。部分大风区段位于地势起伏的戈壁荒漠，线路穿过这些地方形成了众多路堑和路堤。有研究表明，路堑具有一定的防风能力，当路堑达到一定的高度时，路堑上不需要修建挡风墙，列车可以安全通过路堑。在路堤段，必须修建挡风墙，保证列车在大风环境运行时不发生倾覆。其中兰新二线挡风墙的普遍高度为3.5m或4m，本专利中所提的均为4m高的挡风墙，且不可以增加高度，因为如果增加高度的话只能采用透风式钢板，而接触网等电线在大风下摆动的时候容易碰到加高的透风式钢板，就会发生触电，危及行车安全。在正常情况下，即挡风墙外地形平坦，挡风墙型式顺着线路方向前后统一，则根据相关标准，当环境风速不大于20m/s时，可以正常速度运行；环境风速在20-25（含）m/s时，运行速度不大于200km/h；环境风速在25-30（含）m/s时，运行速度不大于160km/h；环境风速在30-35（含）m/s时，运行速度不大于80km/h；环境风速在35m/s以上时，禁止旅客列车进入风区。

然而通过实车试验和现场考察，发现列车空气动力学性能和动力学指标较大的位置大多出现在山梁高度与挡风墙同高或高于挡风墙的某些特殊地段，风会直接越过山梁和挡风墙直接作用在通过的列车上，挡风墙防风作用失效，造成防风能力下降。以上问题使得列车经过该处产生“晃车”现象，动力学指标如脱轨系数、横向加速度等较大，严重影响运行安全性和乘员舒适性，导致列车在大风环境下频繁减速停车，安全风速和车速均小于标准所规定的内容。因此，本发明针对上述问题，提出一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，优化挡风墙和局部地形，提高列车运行稳定性和安全性。

发明内容

本发明目的在于提供一种铁路防风设施优化方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，在山梁靠近铁路挡风墙的区域，采用包括以下的步骤：

步骤S1：将靠近所述挡风墙的山梁的一部分挖掉，形成过渡区；

步骤S2：将被挖掉一部分的所述山梁靠近挡风墙的面设置为与所述过渡区底面呈钝角的斜面。

进一步的，加固所述斜面与过渡区的底面。

进一步的，所述过渡区的底面与所述铁路的路基面齐平或低于所述铁路的路基面。

进一步的，所述过渡区底面的宽度为20m-30m。

进一步的，所述过渡区底面的宽度为25m。

进一步的，所述斜面与所述过渡区的底面的斜度为1:1.4-1:1.8。

进一步的，所述斜面与所述过渡区的底面的斜度为1:1.5。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

当来流顺着山梁吹过来的时候，山梁的斜面能够起到一定的导流作用，气流顺着山体斜面顺流而下，突变加速效应减小，且来流风场的高度大幅降低；之后来流顺着山梁与挡风墙之间的平地到达挡风墙迎风侧，此时，来流风速一方面因地面摩擦效应而减小，另一方面来流风场可被挡风墙有效拦截，线路内风速就会很小，行车安全得以保障，列车也就可以按照标准正常行车。

即相比现有挡风墙的防风效果，采用本发明的通用优化方法后，能够有效减小远方来流的流场突变和风速增加，提高挡风墙的防风效果和风区铁路行车安全，使得列车可以按照行车标准正常行车，减少降速停车次数，提高运输效率。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是原始山梁靠近铁路挡风墙时的铁路防风设施主视示意图；

图2是原始山梁靠近铁路挡风墙时的铁路防风设施俯视示意图；

图3是本发明优选实施例公开的铁路防风设施优化方法后的铁路防风设施主视示意图；

图4是本发明优选实施例公开的铁路防风设施优化方法后的铁路防风设施俯视示意图；

图5是优化前后75°风向角下二线中心3m高位置风速值的对比示意图；

图6是优化前后90°风向角下二线中心3m高位置风速值的对比示意图；

图7是优化前后105°风向角下二线中心3m高位置风速值的对比示意图。

图例说明：

1、山梁；2、挡风墙；3、铁路；4、过渡区；5、路基面； 6、底面；7、斜面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-图3所示，本发明实施例公开了一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，该种方法应用在山梁靠近铁路挡风墙的区域，包括以下步骤：

步骤S1：将靠近挡风墙2的山梁1的一部分挖掉，形成过渡区4；

步骤S2：将被挖掉一部分的山梁1靠近挡风墙2的面设置为与过渡区4的底面6呈钝角的斜面7，通过过渡区与斜面的配合，削弱风速。

在本实施例中，为了保证斜面7的强度，防止滑坡，同时避免底面6过大的扬尘或水土流失，该斜面7与过渡区4的底面6采用混凝土加固。

为了进一步保证过渡区4与挡风墙2之间的协同削弱风速的作用，过渡区4的底面6与铁路3的路基面5齐平或低于铁路3的路基面5。

同时，在本实施例中，为了让从斜面7下来的风能够在通过底面6时起到摩擦削弱作用，过渡区4的底面6的宽度为20m-30m，优选25m，如此即可兼顾施工的经济性和削弱风速的作用。进一步，在本实施例中，为了实现来风的平滑过渡到过渡区4，斜面7与过渡区4的底面6的斜度为采用1:1.4-1:1.8，优选1:1.5，这样能同时能兼顾经济性能和施工标准。

如图4-7所示，为多个风向角度下二线（双线或多线铁路远离挡风墙的第二条铁路线）中心3m高位置风速值的优化前后对比。横坐标“距离”表示沿铁路线路方向的一段连续区域，优化前，位于280m和360m左右的两个位置的风速突变处即为存在山梁靠近挡风墙的区域，其中，风速的正方向为从挡风墙指向铁路线路（在其他没有山梁靠近挡风墙的区域，由于挡风墙的挡风作用，二线中心3m高位置会形成较小的负压，产生回流，即风速为负值），本发明的优化方法完全消除了风速的突变，保证了列车的安全通过性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，在山梁靠近铁路挡风墙的区域，采用包括以下的步骤：

步骤S1：将靠近所述挡风墙的山梁的一部分挖掉，形成过渡区；

步骤S2：将被挖掉一部分的所述山梁靠近挡风墙的面设置为与所述过渡区底面呈钝角的斜面。

2.根据权利要求1所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，加固所述斜面与过渡区的底面。

3.根据权利要求2所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，所述过渡区的底面与所述铁路的路基面齐平或低于所述铁路的路基面。

4.根据权利要求3所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，所述过渡区底面的宽度为20m-30m。

5.根据权利要求4所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，所述过渡区底面的宽度为25m。

6.根据权利要求5所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，所述斜面与所述过渡区的底面的斜度为1:1.4-1:1.8。

7.根据权利要求6所述的大风环境下风区铁路防风设施通用优化方法，其特征在于，所述斜面与所述过渡区的底面的斜度为1:1.5。