[PPT]高速铁路隧道讲义.ppt

各位好 高速铁路隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 3 高速铁路的隧道设计是由限界 构造尺寸 使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的 研究表明 以上两方面要求中 后者起控制作用 2020年2月22日 机车车辆研究所 4 第一节空气动力学效应问题综述 2020年2月22日 机车车辆研究所 5 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 当列车进入隧道时 原来占据着空间的空气被排开 空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时 顺畅地沿列车两侧和上部流动 形成绕流 于是 列车前方的空气受压缩 随之产生特定的压力变化过程 引起相应的空气动力学效应并随着行车速度的提高而加剧 2020年2月22日 机车车辆研究所 6 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 2020年2月22日 机车车辆研究所 7 一 空气动力学效应对高速铁路运营的影响1 由于瞬变压力造成旅客耳朵不适 乘车舒适度降低 并对铁路员工和车辆产生危害 2 当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 3 行车阻力加大 引起对列车动力和总能量消耗的特殊要求 4 空气动力学噪声 5 列车风加剧 影响隧道内人员作业 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 2020年2月22日 机车车辆研究所 8 二 高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素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 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 2020年2月22日 机车车辆研究所 9 二 高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素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 整体 板式还是碎石道床 等 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 2020年2月22日 机车车辆研究所 10 第一节高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 二 高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素其它方面列车在隧道中的交会等 2020年2月22日 机车车辆研究所 11 第二节瞬变压力问题 2020年2月22日 机车车辆研究所 12 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加 列车移动时从挤压 排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化 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 2020年2月22日 机车车辆研究所 13 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 当双线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 列车在隧道中运行时 无相向行驶列车 车上测得的最大压力波动发生在第一个反射波到达列车时 2020年2月22日 机车车辆研究所 14 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 一 隧道长度的影响压力波以声速传播 对于长隧道 来回反射的周期相应较长 同时 在反射的过程中能量有所衰减 对于短隧道 压力波反射的周期大为缩短 同时 在反射过程中能量损失也较少 致使压力波动程度加剧 试验表明 压力波动绝对值 并不随隧道长度的减小而减小 2020年2月22日 机车车辆研究所 15 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 一 隧道长度的影响因此 对高速铁路中的隧道 有的虽然不长 例如长度在 km左右 其可能引起的行车时的压力波动仍然不能忽视 但是 当隧道长度短到使列车首尾不能同时在其中时 则Math波的叠加不可能发生 压力波动程度当然随之缓解 2020年2月22日 机车车辆研究所 16 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 一 隧道长度的影响当隧道长度为 km时 压力波动明显加剧 而当隧道长度进一步增大到 km时 压力波动则并无显著加剧 反而有缓解趋向 列车交会的双线隧道 最不利情况发生在列车交会在隧道中点时 2020年2月22日 机车车辆研究所 17 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 二 列车速度的影响ORE的研究报告提出压力波动同列车速度平方成正比 2020年2月22日 机车车辆研究所 18 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 三 隧道净空断面面积的影响对于压力波动 诸因素中隧道横截面积的影响是最大的 ORE曾经系统地研究了各种因素对压力波动的影响 结果也表明 隧道净空断面面积 或者说 隧道阻塞比是最主要的因素 2020年2月22日 机车车辆研究所 19 三 隧道净空断面面积的影响压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 单一列车在隧道中运行时 N 1 30 25 考虑列车交会时 N 2 160 06 2020年2月22日 机车车辆研究所 20 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 四 竖井的影响竖井 斜井 横洞 的存在会缓解压力波动的程度 竖井位置对减压效果的影响很大 并不是处于任何位置的竖井都能有较好的效果 竖井断面积 m2即可 加大竖井的横断面积 并不能收到好的效果 根据Mach波叠加情况可以理论地得到竖井的最佳位置 2020年2月22日 机车车辆研究所 21 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 五 列车交会的影响双线隧道列车在隧道中交会引起压力波动的叠加 情况十分复杂 ORE研究报告说 列车交会时 压力波动最大值是单一列车运行情况的2 8倍 实际上 列车交会时所产生的压力波动同列车长度 隧道长度 会车位置 车速等多种因素有关 2020年2月22日 机车车辆研究所 22 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 六 列车密封条件对车内压力波动的影响在车辆密封的情况下 假定车外压力为常数 车内压力随时间的变化可以表为 式中称为 密封指数 用于衡量车辆的密封程度 2020年2月22日 机车车辆研究所 23 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 六 列车密封条件对车内压力波动的影响 2020年2月22日 机车车辆研究所 24 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 六 列车密封条件对车内压力波动的影响计算结果表明 车辆的密封对车内压力波动的影响可以归结为 缓解 和 滞后 两种效应 值得指出的是 在考虑到列车交会的情况下 就车外压力而言 洞口会车有时会成为最不利情况 然而在列车密封的条件下 洞口会车并非为最不利情况 由于 滞后 效应 车内压力来不及 响应 列车就出洞了 2020年2月22日 机车车辆研究所 25 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 七 压力波动程度阈值的确定高速铁路隧道设计应通过正确地选择隧道设计参数 将压力波动控制到 允许 范围内 评定压力波动程度一般采用的参数有 峰对峰 最大值 即最大压力变化的绝对值 压力变化率的最大值 2020年2月22日 机车车辆研究所 26 第二节列车进入隧道引起的瞬变压力 七 压力波动程度阈值的确定将这两种指标单独使用均不能合理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 即使变化幅度较大 但由于来得及对耳腔压力进行主动 如做吞咽动作 或被动 外界降压时中耳通道将自动开启 调节 不会造成很大不适 当然 对于变化急剧的情况 尽管变化率较大 但只要变化幅度不大 也不会有多大问题 2020年2月22日 机车车辆研究所 27 第三节行车阻力问题 2020年2月22日 机车车辆研究所 28 第三节列车进入隧道引起的行车阻力 一 行车阻力的组成 2020年2月22日 机车车辆研究所 29 第三节列车进入隧道引起的行车阻力 一 行车阻力的组成 2020年2月22日 机车车辆研究所 30 第三节列车进入隧道引起的行车阻力 二 隧道条件对空气阻力的影响 隧道长度的影响 2020年2月22日 机车车辆研究所 31 第三节列车进入隧道引起的行车阻力 二 隧道条件对空气阻力的影响 2020年2月22日 机车车辆研究所 32 第三节列车进入隧道引起的行车阻力 二 隧道条件对空气阻力的影响 列车在隧道中交会的影响 2020年2月22日 机车车辆研究所 33 第四节微压波问题 2020年2月22日 机车车辆研究所 34 第四节列车进入隧道引起的微压波 微压波是隧道出口微气压波的简称 是高速铁路隧道运营过程中产生的空气动力学问题之一 微压波使得列车高速进入隧道时 在另一侧出口产生突然爆炸声响 对隧道出口附近的环境构成危害 2020年2月22日 机车车辆研究所 35 第四节列车进入隧道引起的微压波 2020年2月22日 机车车辆研究所 36 第四节列车进入隧道引起的微压波 研究认为 隧道出口的爆炸声响是由列车高速进入隧道产生的压缩波在隧道内传播到达出口时 由出口向外部放射脉冲状压力波而引起的 微压波的大小与列车进洞速度 隧道长度 道床类型及隧道入口形式等有关 2020年2月22日 机车车辆研究所 37 第四节列车进入隧道引起的微压波 降低隧道微压波的工程措施有以下几种 采用特殊隧道入口形式 称为洞口缓冲结构 采用道碴道床或具有相同效果的贴附有吸音材料的洞壁 连接相邻隧道并在连接部分适当开口 对单一隧道可在埋深浅的地方设窗孔 利用斜井 竖井 平行导坑等辅助坑道 2020年2月22日 机车车辆研究所 38 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态1 微压波问题的提出 年 Hammitt通过对有关列车隧道空气动力学问题的理论研究 提出了微压波问题的预见 1975年 在日本新干线冈山以西段的试运营过程中首次观察到 此后 随着新干线投入运营和列车速度的提高 在日本的其它地方也相继出现了由微压波产生的洞口气压噪声现象 2020年2月22日 机车车辆研究所 39 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波的产生隧道微压波是列车高速进入隧道产生的压缩波在隧道内以音速传播 当到达隧道的出口时 向外放射的脉冲状压力波 其大小与到达出口的压缩波形态密切相关 在靠近低频段与压缩波波前的压力梯度成正比 2020年2月22日 机车车辆研究所 40 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波波形典型的洞口微压波波形见图 其中U为列车的进洞速度 r为测点到洞口中心的距离 隧道短时 可能出现多个波峰 而对于长隧道来说 由于压缩波的反射波 即稀疏波 亦称膨胀波 波前较为模糊 使得第一个波峰最为显著 2020年2月22日 机车车辆研究所 41 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波波形 2020年2月22日 机车车辆研究所 42 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波的大小和道床种类及列车进洞速度的关系当隧道较短 如小于1km 时 道碴道床和板式道床几乎没什么差别 微压波的大小基本上与U3 列车进洞速度 成正比 即Pmax KU3 r 其中 K为隧道出口地形影响系数 对于长隧道来说 道碴道床隧道的微压波较短隧道要小 基本上也符合U3关系 2020年2月22日 机车车辆研究所 43 第四节列车进入隧道引起的微压波 2020年2月22日 机车车辆研究所 44 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波和隧道长度的关系比较短的隧道 小于1km 微压波的大小不受隧道长度的影响 较长的道碴道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加减少 相反 板式道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加而增加 到某一隧道长度时达最大值 其后随隧道长度的增加而减小 2020年2月22日 机车车辆研究所 45 第四节列车进入隧道引起的微压波 2020年2月22日 机车车辆研究所 46 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波最大值的距离衰减根据日本南乡山隧道东口的测量结果 微压波最大值大体上与到隧道出口中心的距离r成反比 2020年2月22日 机车车辆研究所 47 第四节列车进入隧道引起的微压波 2020年2月22日 机车车辆研究所 48 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波频谱分析日本对米神 大仓山 南乡山 加登 尾道 备后 新关门等隧道进行了实际量测分析 分析认为 微压波的幅值随频率值的增加而下降 下降梯度大体上与列车速度U成正比 2020年2月22日 机车车辆研究所 49 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波频谱分析对于短隧道来说 道碴道床和板式道床的差别不大 微压波的幅值随频率的增加而呈线性减小 2020年2月22日 机车车辆研究所 50 第四节列车进入隧道引起的微压波 一 高速铁路隧道微压波问题的提出及实态2 微压波的实态分析 微压波频谱分析对于板式道床隧道 U 200km h时的微压波幅值在0 13Hz范围图内呈线性减小 并在13Hz处骤减 且隧道越长 其减小的梯度越小 这一13Hz的频率与微压波主脉冲后产生的压力变动频率是一致的 2020年2月22日 机车车辆研究所 51 第四节列车进入隧道引起的微压波 2020年2月22日 机车车辆研究所 52 第四节列车进入隧道引起的微压波 二 隧道洞口缓冲结构的研究日本的研究人员对微气压波进行了理论分析 并结合经验得出了压缩波 微气压波的计算公式 2020年2月22日 机车车辆研究所 53 第四节列车进入隧道引起的微压波 二 隧道洞口缓冲结构的研究列车进洞时产生的压缩波波形列车进洞时产生的压缩波最大波前梯度 2020年2月22日 机车车辆研究所 54 第四节列车进入隧道引起的微压波 二 隧道洞口缓冲结构的研究出口微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系洞外点微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系 2020年2月22日 机车车辆研究所 55 第四节列车进入隧道引起的微压波 二 隧道洞口缓冲结构的研究对于短隧道 可忽视在隧道内传播的压缩波的变形 并可忽略洞口外微压波的指向性 由上式可知 微压波最大值Pmax与到达隧道出口的压缩波压力对时间微分的最大值成正比 因此 通过减小到达隧道出口的压缩波波前的压力梯度可以降低隧道出口微压波大小 2020年2月22日 机车车辆研究所 56 第四节列车进入隧道引起的微压波 二 隧道洞口缓冲结构的研究实际上 在长5 10Km的板式道床隧道中 列车以200Km h速度进洞的情况下 其微压波是很大的 也会产生气压噪声 但列车速度若降低到某一速度时 其微压波压力将变小 较同速度下的短隧道微压波略大 气压噪声也很小或没有 隧道洞口缓冲结构的目的就是将高速列车进入隧道而产生的压缩波波前的压力梯度在传播的最初阶段就降低下来 以产生与降低列车进洞速度相同的效果 2020年2月22日 机车车辆研究所 57 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析l 无开口的全封闭缓冲结构 微压波最大值与缓冲结构长度的关系仅就全封闭缓冲结构来说 若长度大于隧道水力直径 其效果基本上为一定值 2020年2月22日 机车车辆研究所 58 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 59 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析l 无开口的全封闭缓冲结构 微压波最大值与缓冲结构断面积的关系缓冲结构的截面积约为隧道的1 55倍时 便可使微压波的第一波和第二波均呈较小值 因此 对于没有开口的全封闭缓冲结构 取其截面积为隧道截面积的l 55倍 长度大于隧道直径即可 2020年2月22日 机车车辆研究所 60 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 61 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析2 有开口的缓冲结构开口部分设在缓冲结构的侧面 为长方形 对于全长开口 随着开口面积的增加 微压波第一波减小而第二波增加 2020年2月22日 机车车辆研究所 62 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析2 有开口的缓冲结构如果对不同开口长度条件下的微压波最大值进行比较 则当其断面比 1 62时 几乎没什么差别 但当断面比 1 04时 1 2长开口较全长开口为小 显示出其具有良好的降低微压波效果 在某一试验条件下 微压波最大值比在缓冲结构开口率为0时约为0 5 而在开口面积 隧道断面积 0 2且1 2长开口时为0 3 0 35左右 2020年2月22日 机车车辆研究所 63 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 64 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 65 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析3 开槽式缓冲结构开槽式缓冲结构是指断面与隧道断面相同而在其侧面沿全长设置一定宽度的开口 槽 开槽式缓冲结构的开口率不是指面积比 而是指开口弧长和缓冲结构周长之比 缓冲结构的长度一定时 必然存在着与之相应的最佳开口率 2020年2月22日 机车车辆研究所 66 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 67 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 68 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 69 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析4 喇叭口型缓冲结构以上的缓冲结构均是在主体隧道基础上的附加结构 而喇叭口型的缓冲结构则是靠改变主体隧道的入口形式来直接降低微压波的大小 直线型和曲线型多少有些差别 但具有共同的趋势 圆形断面条件下 缓冲结构长度 隧道直径 3 33 缓冲结构开口直径 隧道直径 2 5时的微压波最大值为无缓冲结构时的0 2 0 3倍 2020年2月22日 机车车辆研究所 70 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 71 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 72 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 73 第四节列车进入隧道引起的微压波 三 隧道洞口缓冲结构的试验分析 2020年2月22日 机车车辆研究所 74 第四节列车进入隧道引起的微压波 四 隧道洞口缓冲结构的应用山阳新干线隧道标准洞口缓冲结构之一 整个框架为钢结构 其上安装盖板 断面积比为1 55 长11 l2m 在沿纵向中央部位的侧面设置窗口 在靠近进洞列车侧窗口宽 高 4m 1 8m 另一侧窗口宽x高 4m 2 4m 该洞口缓冲结构使列车进洞时压缩波波前的压力梯度降为原来的0 5倍左右 相当于列车进洞速度降低为原速度0 8 0 51 3 倍左右的效果 2020年2月22日 机车车辆研究所 75 第四节列车进入隧道引起的微压波 四 隧道洞口缓冲结构的应用 2020年2月22日 机车车辆研究所 76 第四节列车进入隧道引起的微压波 缓冲结构长15m 侧面开口面积约15m2 大部分为左右各7 5m2 2020年2月22日 机车车辆研究所 77 第四节列车进入隧道引起的微压波 缓冲结构长12m 侧面开口面积约10m2 大部分为左右各5m2 2020年2月22日 机车车辆研究所 78 第四节列车进入隧道引起的微压波 采用与隧道同一断面的洞口缓冲结构形式 断面比 1 长20m 顶部开口 隧道长750m 开口位置任选 微压波最大值比约为0 45 相当于列车进洞速度降为0 77倍的效 0 451 3 果 2020年2月22日 机车车辆研究所 79 第四节列车进入隧道引起的微压波 隧道长97OOm 缓冲结构与隧道的断面比 1 4 缓冲结构长15m 侧面开口面积为l5m2 2020年2月22日 机车车辆研究所 80 第四节列车进入隧道引起的微压波 长17m的标准洞口缓冲结构 隧道长775m 断面比1 4 微压波最大值比约为O 42 相当于列车进洞速度降为0 75 0 421 3 倍的效果 2020年2月22日 机车车辆研究所 81 第四节列车进入隧道引起的微压波 韩国高速铁路隧道喇叭型出入口 隧道断面为107m2 2020年2月22日 机车车辆研究所 82 第四节列车进入隧道引起的微压波 四 隧道洞口缓冲结构的应用隧道洞口缓冲结构并不能解决列车在隧道内高速行走产生的压力变化给乘员带来的不适和压力过大而带来的耳鸣问题 但却可以通过降低列车进洞后第一阶段压缩波的波前梯度而有效地降低出口微压波的大小 消除洞口的爆炸声响 减少微压波给洞口带来的环境危害 2020年2月22日 机车车辆研究所 83 第四节列车进入隧道引起的微压波 四 隧道洞口缓冲结构的应用缓冲结构的应用应将微压波的大小 隧道的具体长度 断面尺寸 道床类型 辅助坑道的设置 洞口附近房屋等建筑物的性质及其它环境要求 地质地形地貌条件 工程难易程度 造价等进行综合考虑 在有条件的隧道 还应考虑利用其它降低微压波的措施 如采用贴有吸音材料的洞壁等措施 2020年2月22日 机车车辆研究所 84 第五节隧道断面尺寸 2020年2月22日 机车车辆研究所 85 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 一 降低隧道空气动力效应的结构工程措施增大隧道有效净空面积其效果显著 但因增加工程数量 从而提高了造价 在洞口增设缓冲结构 将隧道出入口作成喇叭型 增设混凝土明洞或钢结构的棚洞等 并且在其洞壁上开设通气孔洞或窗口 既可降低洞内瞬变压力 又可减弱微压波产生洞口附近的 爆炸 声 在复线线路上还要确定是修建成单孔双线隧道 还是修建双孔单线隧道 下面给出单孔双线及双孔单线隧道优缺点的比较 2020年2月22日 机车车辆研究所 86 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 一 降低隧道空气动力效应的结构工程措施单孔双线及双孔单线隧道的比较 2020年2月22日 机车车辆研究所 87 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 一 降低隧道空气动力效应的结构工程措施理论及试验研究表明 影响隧道中压力变化的因素有 列车的速度 头部及尾部形式 横断面面积 长度 车辆外表型式及粗糙度 隧道的有效净空面积大小及突变 长度及洞壁的粗糙度等 而在这些影响因素中列车的速度和阻塞比二者是至关重要的 2020年2月22日 机车车辆研究所 88 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 二 隧道横断面有效净空尺寸的选择影响隧道横断面尺寸的因素有 建筑限界 电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围 线路数量 是双线单洞还是单线双洞 线间距 线路轨道横断面 需要保留的空间如安全空间 施工作业工作空间等 空气动力学影响 与线路设备的结构相适应 2020年2月22日 机车车辆研究所 89 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国隧道有效净空断面根据德国有关规范隧道线路危险区在列车速度为300km h 160km h 时 距线路中心线应为3m 此时工作人员不能在隧道内停留 在线路危险区处要设立安全空间 多线隧道安全空间设于两侧 安全空间的尺寸至少为高2 2m 宽0 8m 这是为了铁路员工而设计的 2020年2月22日 机车车辆研究所 90 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国直线段隧道断面图 2020年2月22日 机车车辆研究所 91 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 德国规范 2020年2月22日 机车车辆研究所 92 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国隧道有效净空断面安全空间设在隧道侧墙一侧 容许宽度受以下因素的影响 为保证乘客及工作人员安全 暂时或长期安装的设施 防护通道 把手或防护栏杆 专业部门安装建筑设施 无线电和信号系统配电柜和电气开关操纵机构 安全空间地面应在轨面规定高度上 必需平坦 只容许有较小的横向坡度 安全空间的地面与接触网设备的带电部分之间的距离至少为3 95m 2020年2月22日 机车车辆研究所 93 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国隧道有效净空断面在所有隧道内 必须为每条线路设置直通的救援道路 它设置在安全空间一侧 距线路中心线至少2 2m 此空间高度至少为2 2m 宽度至少为1 6m 后者可保证满足施工作业空间后 还有1 25m的最小宽度 根据安全方案规定配备救援列车时 救援道路的长度为1000m 而无救援列车时其长度不超过500m 2020年2月22日 机车车辆研究所 94 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国隧道有效净空断面隧道中还应设一个施工作业工作空间 在暗挖双线隧道内沿隧道环形衬砌的最小厚度为0 30m 此空间应符合下列要求 工程辅助设施 隧道衬砌预留的补充加强设施 根据要求可转换为施工作业工作空间的建筑设施 2020年2月22日 机车车辆研究所 95 第五节高速铁路隧道横断面内净空尺寸 三 国外隧道横断面尺寸德国隧道有效净空断面具体地说施工作业工作空间可用来安装将来需要的设备或加强衬砌以及安装降低噪声的护墙板 也可用来满足衬砌未预料的少量的静态长期变形 但不得利用施工作业工作空间来满足隧道建设的工程误差 2020年2月22日 机车车辆研究所 96 第六节京沪高速隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 97 第六节京沪高速铁路隧道 一 隧道断面单洞双线隧道断面有效面积100m2 单线隧道断面有效面积70m2 限速地段当检算行车速度小于等于200km h时 单洞双线隧道断面有效面积不应小于80m2 单线隧道断面有效面积不应小52m2 不考虑曲线加宽 2020年2月22日 机车车辆研究所 98 第六节京沪高速铁路隧道 二 隧道缓冲结构设置基准 距洞门50m范围内的建筑物有环境要求时按要求设置 无要求时建筑物处微压波应小于20Pa 距洞门50m范围内无建筑物时 推算距洞口20m处的微压波应小于50Pa 有条件的隧道应预留缓冲结构设置条件 设路基挡墙的洞口应将挡墙设置在预留缓冲结构位置之外 2020年2月22日 机车车辆研究所 99 第六节京沪高速铁路隧道 二 隧道缓冲结构缓冲结构设置参数 断面形式应采用与隧道内轮廓形状相似的断面 断面有效面积应为隧道断面有效面积的1 4 1 5倍 在缓冲结构纵向中心附近沿两侧对称布置开孔 开孔面积应为隧道断面有效面积的0 2 0 3倍 开口长宽比为2 4 长度应大于等于隧道水力直径而小于等于50m 2020年2月22日 机车车辆研究所 100 第六节京沪高速铁路隧道 二 隧道缓冲结构缓冲结构长度估算公式 L d U U 3 1 L 缓冲结构长 D 隧道的换算直径 U U 3 列车进洞时压缩波压力梯度降低值的倒数 U 列车实际进洞速度 U 列车视在速度 2020年2月22日 机车车辆研究所 101 第六节京沪高速铁路隧道 km以下的板式道床隧道洞口外一倍水力直径处微压波推算图 远于该点的推算按线性递减 2020年2月22日 机车车辆研究所 102 第六节京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例 2020年2月22日 机车车辆研究所 103 第六节京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例 2020年2月22日 机车车辆研究所 104 第六节京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例 2020年2月22日 机车车辆研究所 105 第六节京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例 2020年2月22日 机车车辆研究所 106 第六节京沪高速铁路隧道 隧道缓冲结构示例 2020年2月22日 机车车辆研究所 107 第六节京沪高速铁路隧道 由镀锌波纹钢板和H Beam组成的隧道形状结构物 可以用于衰减高速铁路隧道末端爆发音 2020年2月22日 机车车辆研究所 108 增节新建时速200公里客货共线铁路隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 109 新建时速200公里客货共线铁路隧道 隧道断面内轮廓单线隧道内轨顶面以上净空面积应不小于50m2 双线隧道内轨顶面以上净空面积应不小于80m2 2020年2月22日 机车车辆研究所 110 防灾长度在500m以上的隧道应设贯通整个隧道的救援通道 双线隧道在两侧设置 单线隧道在单侧设置 救援通道宽1 6m 高2 2m 外侧距线路中线不得小于2 2m 有条件时 应在两单线隧道间设置联络通道 间距不宜小于500m 新建时速200公里客货共线铁路隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 111 紧急呼叫电话隧道内两侧应设紧急呼叫电话 单侧两部电话的距离为500m 隧道两侧错开设置 电话应安装在器材洞内 并设标志牌 新建时速200公里客货共线铁路隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 112 辅助洞室隧道内应设置存放维修 防灾工具及其它业务部门的专用洞室 器材洞 主要用于长隧道维修养护人员避车 放置维修养护材料及设备 灭火设备等 洞室间距一侧为500m 深5 0m 沿隧道两侧错开布置 其它尺寸参照现行 铁路隧道设计规范 中大避车洞尺寸或按有关专业要求设计 新建时速200公里客货共线铁路隧道 新建时速200公里客货共线铁路隧道 2020年2月22日 机车车辆研究所 113 第七节高速铁路隧道防灾 2020年2月22日 机车车辆研究所 114 第七节高速铁路隧道防灾 高速铁路条件下的隧道灾害 主要表现为火灾 水灾 空气动力学问题 隧道内掉块 侵限和结构失稳 2020年2月22日 机车车辆研究所 115 第七节高速铁路隧道防灾 隧道内掉块 侵限和结构失稳问题是铁路隧道的共有问题 即隧道病害问题 在非特大灾害条件下 如爆炸 地震 山体滑坡等 一般来说发展较为缓慢 有一定的时间发现和整治 且可通过提高设计标准和施工工程质量来相应提高其抗灾能力 有关隧道病害的监测 检测 状态评估和整治能够独立进行操作 2020年2月22日 机车车辆研究所 116 第七节高速铁路隧道防灾 空气动力学问题可以通过对隧道断面和隧道洞口形式等采取一系列构造技术措施来解决 水灾问题在水底隧道中最为突出 危害也大 火灾具有突发性 常常造成灾难性后果 2020年2月22日 机车车辆研究所 117 第七节高速铁路隧道防灾 一 铁路山岭隧道内火灾的特点1 隧道内乘客避难和救援困难 2 固定灭火设备和排烟设备综合配置难度大 3 火势也比非隧道区段发展迅猛 4 火灾后灭火 恢复整治时间长 间接损失大 5 很难保证固定的防灾设施在火灾发生时能完好工作 6 在隧道短且较分散的情况下 在全线隧道上维持有效的全自动化监测和消防设施投入大 难度高 7 客运列车火灾规模小于货运列车 8 整个安全系统从发现 通报 判断确认 停车到启动消防及救援系统的时间较长 2020年2月22日 机车车辆研究所 118 第七节高速铁路隧道防灾 一 铁路山岭隧道内火灾的特点根据隧道内列车火灾特点 综合分析国外高速铁路隧道列车火灾发生条件及防治措施 高速铁路的隧道安全系统的火灾防治问题应与线路 机车车辆 运输组织 供电及通信信号 车站安全监测 列车工作人员素质等几方面共同解决 最大限度地防止列车在隧道内发生火灾和火灾列车进入隧道 并建立起完善的火灾防止和火灾处置程序和行之有效的管理体制 2020年2月22日 机车车辆研究所 119 第七节高速铁路隧道防灾 二 隧道内列车消防设施1 辅助洞室避车洞主要用于长隧道维修养护人员避车 放置维修养护材料及设备 灭火设备等 不论高速铁路采用何种维修养护体制 都不能完全避开运营时间内进行一些必要的维修养护作业 而避车洞是永久性建筑物 是作业人员和设备的安全待避所 可以为作业人员和行车提供可靠的安全保障 2020年2月22日 机车车辆研究所 120 第七节高速铁路隧道防灾 二 隧道内列车消防设施2 给排水设施给水主要用于消火栓用水 可照有关消防法设置 排水应综合考虑隧道渗漏排水和消防排水的要求设计 洞口应考虑有能满足消防用水要求的水源或专用蓄水池或水井 并保持有足够的水量 2020年2月22日 机车车辆研究所 121 第七节高速铁路隧道防灾 二 隧道内列车消防设施3 通讯联络设备为保证养护维修人员的联络 或与最近车站及控制中心等的联络应沿全线分布设置 并应充分利用车载无线通讯设备 4 照明设施5 灭火设施6 标志牌及报警装置 2020年2月22日 机车车辆研究所 122 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施1 列车火灾检知设备对于列车上的火灾检知 可以通过列车工作人员及乘客发现并报告 但对车厢外的火灾却难以发现 高速铁路隧道消防措施应以火灾 包括隐患 列车不进入隧道为首要目标 应在隧道集中区段的相临车站设置主要由红外摄象机 高速工业电视 辆数检测器等构成的固定式单向列车火灾检知设备 通过红外线摄象机实时检测列车厢体外表温度 配合辆数检测等确定温度异常点 并通过高速工业电视进行目视确认 2020年2月22日 机车车辆研究所 123 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施1 列车火灾检知设备所有检测数据传送到通讯检测室 进行车次 部位 基准温度及发热范围等处理 以判断火灾是否发生 一旦检测出火灾 通过判定处理装置确定火灾列车车次 车厢号等并传送到指挥中心 并显示在指挥中心的显示屏上 此外 高速摄象结果也以静止画面传到指挥中心 以目视进行进一步确认 2020年2月22日 机车车辆研究所 124 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施2 火灾判定指挥为了尽早地发现火情 必须准确地掌握通常条件下的列车温度 并以此为基准尽可能低地设定火灾判定基准温度 2020年2月22日 机车车辆研究所 125 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施2 火灾判定指挥 紧急警报 紧急警报 与车次及发热异常位置无关 当检测出列车表面温度有异常升高时立即发出警报 列车在通过火灾检测点时 当检测装置连续三次扫描都检测出列车前进方向上连续三个点的数据都超过基准温度 即时发出警报 2020年2月22日 机车车辆研究所 126 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施2 火灾判定指挥 判定警报 判定警报 是低于 紧急警报 的基准温度的警报 尽可能在列车表面温度在加热状态处于较低温度时而且早期地判定出火灾是非常重要的 2020年2月22日 机车车辆研究所 127 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施2 火灾判定指挥为此 应确定出列车在常规状态下的发热部位 如车下电阻器 闸瓦等位置 和非发热部位各自的温度管理限界 经综合分析后在低于紧急警报温度下进行火灾判定 在一般可能的发热部位内 储存其预定的发热点 发热范围及最高温度值等 将之与检测出的温度分布进行比较 一旦超出此范围 即判定为异常并发出警报 2020年2月22日 机车车辆研究所 128 第七节高速铁路隧道防灾 三 隧道外消防设施2 火灾判定指挥此外 检测出通常发热点最高温度以上的发热超过一定面积或者是检测出虽然低于最高温度的某一温度值超过某一程度的面积值时 都应判断为火灾 对于一般情况下不发