CN110107331A

CN110107331A - 一种高速铁路隧道减压方法

Info

Publication number: CN110107331A
Application number: CN201910413057.7A
Authority: CN
Inventors: 骆建军; 李泽瑞
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: CN110107331B

Abstract

本发明提供了一种高速铁路隧道减压方法，包括：在高速铁路隧道内入口60m内设置至少一个横通道；在所述的横通道内安装风机，当列车驶入隧道时开启所述风机，列车驶出隧道时关闭所述风机。本发明方法可以有效减缓形成压缩波的压力峰值及压力梯度，显著的降低了隧道出口处的微压波，减少对环境的影响。

Description

一种高速铁路隧道减压方法

技术领域

本发明涉及高速铁路隧道车隧气动效应控制技术领域，尤其涉及一种高速铁路隧道减压方法。

背景技术

目前我国高速铁路处于快速发展阶段，多条线路时速已达高350km/h。当列车高速进入隧道时，列车前方的空气受到挤压，形成初始压缩波，压缩波以声速沿隧道向前传播。随着列车逐渐驶入隧道，隧道内的压力不断增大，压缩波的峰前压力也不断增大，直到列车全部进入隧道之后的一段时间为止。列车进入隧道产生的压缩波会影响旅客的舒适性，使乘客产生耳鸣的不适感，同时压缩波也会对隧道结构造成一定的影响。当压缩波到达隧道出口后，向进口反射形成膨胀波，同时产生微压波向隧道出口周围地区发散，产生爆破噪音，对周围环境造成较严重的损害。

上述描述的效应即为高速铁路隧道车的隧气动效应，目前用于该隧气动效应的方法有：

(1)在高速铁路隧道中开设竖井或横通道，通过泄压来减小压缩波的压力峰值和压力梯度值(单位时间内的压力差)，但这种在隧道中设置通风竖井及斜井的方法主要目的是为了用来解决施工期间增加施工掌子面，后期运营期间一般通风竖井关闭，且泄压效果并不明显。

(2)扩大隧道断面积，通过减低阻塞比(列车断面积与隧道断面积的比值)来减压。随着高速列车密封性能的提高，目前350km/h的高速铁路隧道断面积采用的净空面积为100m²仍有富余量。采用扩大隧道面积的方式大大的增加了施工的成本，施工难度增加。

(3)提高机车车辆的机密性，此法只能改善车厢内的乘车环境。

(4)将隧道出入口修成斜切式洞门，或者在隧道出入口增修一段过渡明洞，并在过渡明洞的顶部或两侧开口，以减小初始压缩波的压力峰值及压力梯度值。但这种泄压方式受到地形地貌的限制，如艰险困难山区的隧道多是桥隧相连，这些地方的隧道入口前无施作隧道缓冲结构的条件。

因此，需要一种可以缓解高速铁路隧道车的隧气动效应、高速铁路隧道的减压方法。

发明内容

本发明提供了一种高速铁路隧道减压方法，以降低隧道内压缩波和隧道口处的微压波。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明提供了一种高速铁路隧道减压方法，包括：

在高速铁路隧道内入口60m内设置至少一个横通道；

在所述的横通道内安装至少一个风机，当列车驶入隧道前开启所述风机，用于缓解列车冲入隧道后带来的压力变化，列车驶出隧道时关闭所述风机。

优选地，横通道的另一端与隧道外部相通，且不占用所述隧道限界。

优选地，横通道与隧道纵向正交，且分布在隧道单侧或以隧道轴线为中心两侧对称。

优选地，横通道断面积为隧道断面积的20％～30％。

优选地，该方法还包括根据列车速度调节所述风机的风速。

优选地，该方法还包括：设置所述风机在列车驶入隧道前为抽风式，在列车通过所述风机后变换为送风式，在列车通过隧道后停止工作。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的风机为射流风机。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的一种高速铁路隧道减压方法通过在隧道入口处设置开口横通道，并在横通道中设置风机，利用风机加速高速列车刚进入隧道时产生的空气流动，有效减缓形成压缩波的压力峰值及压力梯度，显著的降低了隧道出口处的微压波，减少对环境的影响；并且此种方法不会对隧道限界产生影响；本方法施工容易，建造成本低。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的高速铁路隧道减压方法流程图；

图2为通过实施例1的方法得到的高速铁路隧道布置三维立体图；

图3为通过实施例1的方法得到的高速铁路隧道布置图；

图4为实施例2的试验模拟示意图；

图5为实施例2的测点3处测得的压力曲线示意图；

图6为实施例2的测点3处首波压力梯度曲线图；

图7为实施例2的隧道出口外20m处的微压波曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明。

实施例1

图1为本实施例的高速铁路隧道减压方法流程图，参照图1，该方法包括：

S1在高速铁路隧道内入口60m内设置至少一个横通道。

由于高速列车进入隧道产生的压缩波在隧道入口段较小范围内形成完整的压缩波波形，压力梯度很快达到峰值。因此在隧道入口段设置横通道对压力波的形成具有明显缓解作用，设置风机可加速这一进程。

根据隧道所处山体位置，在隧道入口60m范围内设置不同数目、不同长度的横通道可以降低隧道内的压缩波以及隧道出口的微气压波。

S2在横通道内安装至少一个风机，当列车驶入隧道前开启风机，使隧道入口附近气压产生变化以缓解列车冲入隧道后带来的压力变化，列车驶出隧道时关闭风机。

在横通道中设置通风机可以加速降低隧道入口段60m范围内的压缩波，保证列车中旅客的舒适度。

横通道的另一端与隧道外部相通，且不占用所述隧道限界。

横通道断面积为隧道断面积的20％～30％。

根据列车速度调节所述风机的风速，在列车驶入隧道前设置所述风机为抽风式，在列车通过后所述风机变换为送风式，在列车通过隧道后所述风机停止工作。

示意性地，图2和图3分别为通过本实施例方法得到的高速铁路隧道布置三维立体图和通过本实施例方法得到的高速铁路隧道布置图，参照图2和图3，在隧道的入口段右侧设置一开口横通道，并在横通道中部安装一个轴流风机。横通道与隧道纵向正交，且分布在隧道单侧或以隧道轴线为中心两侧对称。

其中，风机可以为常用于公路、铁路及地铁隧道等通风系统的射流风机，在横通道内射流风机的选择上，为减少安装流程，可以选择大功率风机以及双向可逆式射流风机，在同一横通道截面尽量安装数量较少的风机。当安装单个双向可逆式射流风机无法满足功率需求时，可以分别安装送风风机及排风风机，在列车驶入隧道前设置所述风机为抽风式，在列车通过后所述风机变换为送风式。也可在隧道入口段处设置多个横通道，每个横通道中单独设置风机，但此种方式会造成一定的压力波动。以SDF系列和SDDF系列隧道风机为例，其SDF-15和SDF-16型号风机流量可达2000m³/min，SDDF-14型号风机流量可达4000m³/min，风机长度约为6m，基本可以满足风量需求。

在实际应用中，上述横通道也可以设置在隧道入口段60m范围内的其它位置。本发明实施例并不局限于横通道的具体放置位置，只要在隧道入口段60m范围内都在本发明实施例的保护范围中。

本领域技术人员应能理解，图2仅为简明起见而示出的横通道的数量可能小于一个隧道中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。

需要指出的是，附图仅为本发明专利的一种简单工况，并非是要将本发明专利高速铁路隧道横通道减压方式局限在所示和所述的具体范围内，凡是有可能被利用的相应修改及等同物，均属于本发明专利所申请的专利范围。具体应以前述权利要求的保护范围为准。

实施例2

为验证本发明方法的有效性，使用大型流体仿真软件FLUENT针对工况进行数值模拟，并进行车隧气动效应模型试验，具体如下：

1计算工况

隧道长692m，隧道断面面积为100m²。横通道长度10m，横通道断面面积为20m²。列车速度350km/h。横通道距离隧道入口为10m。

测点位置为隧道洞内距隧道入口处10m(测点1)，20m(测点2)，30m(测点3)，40m(测点4)，50m(测点5)，60m(测点6)；隧道洞外距隧道出口处20m(测点7)，50m(测点8)；列车头部(测点9)及尾部(测点10)；共计10个测点。风机为排风式，风速为10m/s和20m/s。

模型试验相似比为1:20，利用小功率风扇来模拟风机，图4为本实施例的试验模拟示意图。

S2计算分析

图5为测点3处测得的压力曲线示意图，由图5可知，当在横通道中设置风机后，在列车进入隧道前，隧道入口段会先形成一个负压区，风机风速越大，负压区压力越大。列车进入隧道后挤压前方空气形成正压区，与先存在的负压区相互抵消，从而减小了初始压缩波的压力峰值。从图中可以看出，当风速为10m/s时的压力峰值比不设置风机时压力峰值降低了10％左右。但风速提高后，缓解效果不会进一步明显。

图6为测点3处首波压力梯度曲线图，由图6可知，在列车进入隧道前，隧道入口段先形成负压区，随着列车驶入隧道，负压区压力逐渐减小。从而使得设置风机的工况会比没有设置风机的工况多了一个压力梯度的负波峰以及正波峰，该波峰随着风机风速增加而增加，会对人体舒适度造成一定的影响。当列车头部进入隧道完全抵消负压区带来的影响后，压力梯度较无风机时有明显降低。

图7为隧道出口外20m处的微压波曲线图，由图7可知，设置风机比不设置风机时微压波下降约20％。

需要指出的是，本数值模拟的目的为验证隧道入口段横通道内风机对车隧气动效应缓解的有效性，并不要求实际工程中风速也达到模拟数值。

综上所述，本发明实施例通过在隧道入口60m范围内设置横通道在横通道中设置通风机，当列车驶入隧道时开启所述风机，可以有效的降低隧道内的压缩波以及隧道出口的微气压波，保证列车中旅客的舒适度，减少对隧道环境的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种高速铁路隧道减压方法，其特征在于，包括：

在高速铁路隧道内入口60m内设置至少一个横通道；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的横通道的另一端与隧道外部相通，且不占用所述隧道限界。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的横通道与隧道纵向正交，且分布在隧道单侧或以隧道轴线为中心两侧对称。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的横通道断面积为隧道断面积的20％～30％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括根据列车速度调节所述风机的风速。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：设置所述风机在列车驶入隧道前为抽风式，在列车通过所述风机后变换为送风式，在列车通过隧道后停止工作。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的风机为射流风机。