王田天，吳小梅，張雷，錢博森，陸意斌

(1.中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，軌道交通安全教育部重點實驗室，湖南 長沙，410075；2.湖南大學(xué) 機械與運載工程學(xué)院，湖南 長沙，410082)

近年來，中國高鐵蓬勃發(fā)展，目前最高運營速度已達(dá)350 km/h[1]。為滿足人們對更高出行速度的需求，國內(nèi)正在積極開展400 km/h 速度等級的高速鐵路研發(fā)工作[2-3]，其中一項重要研究是確定該運行速度下的隧道凈空面積。確定鐵路隧道凈空面積時，不僅應(yīng)考慮隧道建筑限界和機車車輛界限，而且要考慮列車通過隧道時誘發(fā)的空氣動力學(xué)效應(yīng)[4-5]。隨著運行速度提升，列車隧道交會時瞬間氣動載荷呈指數(shù)增大，不僅會對列車結(jié)構(gòu)和隧道附屬設(shè)施造成損壞，而且車外的劇烈壓力波動會傳入車內(nèi)，沖擊乘客的耳膜，引起車內(nèi)人員壓力舒適性的問題[6]。列車內(nèi)瞬變壓力的變化能否符合乘客舒適度標(biāo)準(zhǔn)是確定高速鐵路隧道斷面尺寸時最重要的考量因素[7]。冉騰飛等[8]對速度為140 km/h的高速地鐵隧道凈空面積進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)隧道凈空面積采用現(xiàn)有速度為120 km/h、地鐵常用凈空面積26 m2時，所需地鐵列車密封指數(shù)為6 s；當(dāng)?shù)罔F列車密封指數(shù)取4 s和3 s時，所需地鐵隧道凈空面積分別為30.5 m2和35.7 m2。吳劍等[9]結(jié)合我國列車的實際密封條件和現(xiàn)行舒適度標(biāo)準(zhǔn)，對車速分別為120，160 和200 km/h 的城際鐵路隧道凈空面積予以論證，為我國城際鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制訂提供了參考依據(jù)。韓運動等[10]研究了車內(nèi)壓力幅值與列車速度的關(guān)系，構(gòu)建了車內(nèi)壓力幅值與列車速度的表達(dá)式，為高速列車在隧道內(nèi)運行時的安全性指標(biāo)提供了壓力評判依據(jù)。馬瑤等[11]對速度為350 km/h 的高速列車在不同時間間隔下高速列車通過不同長度隧道時車輛自身的動態(tài)時間常數(shù)進(jìn)行了探討。研究者對列車內(nèi)外壓力傳播機理和影響因素等也開展了研究，并基于舒適度標(biāo)準(zhǔn)對實際工程應(yīng)用提出了建議。史憲明等[12]基于舒適性標(biāo)準(zhǔn)，探討了400 km/h 高鐵維持現(xiàn)有隧道凈空斷面運行的可能性。

上述對于隧道凈空面積的研究大多集中于速度在350 km/h 及以下，對于速度為400 km/h 的高鐵研究缺乏具體的計算方法和過程展示。本文以16 車編組高速列車為研究對象，采用數(shù)值模擬和動模型試驗方法研究速度為400 km/h 的高速列車在不同凈空面積隧道交會時的氣動載荷，并基于現(xiàn)有列車氣密性和壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)對速度為400 km/h的長編組高速鐵路雙線隧道凈空面積提出建議。

1 數(shù)值計算模型

1.1 數(shù)值模型

本研究選用16 車編組的高速列車，總長為413.2 m，模型如圖1所示，不同凈空面積雙線隧道模型橫截面如圖2所示。其中，凈空面積為100 m2的標(biāo)準(zhǔn)雙線隧道斷面高度為8.78 m，線間距為5 m[13]。凈空面積分別為90，95，105 和110 m2的隧道斷面參數(shù)則是由100 m2標(biāo)準(zhǔn)雙線隧道斷面乘以相應(yīng)的系數(shù)得到。為了模擬列車隧道交會時壓力波動的極端情形，本文隧道長度采用最不利隧道長度Lcritical[14]，其表達(dá)式為

圖1 16車編組高速列車模型Fig.1 16-car unit high-speed train model

圖2 不同凈空面積雙線隧道橫截面Fig.2 Cross section of double track tunnel with different clearance area

其中：Ltr為列車長度；Mtr為列車運行速度的馬赫數(shù)。由式(1)可得本研究對應(yīng)的最不利隧道長度為

1 265 m。

1.2 計算區(qū)域及邊界條件

圖3所示為本研究的計算區(qū)域尺寸及邊界設(shè)置示意圖。為了保證列車進(jìn)入隧道時計算域初始流場趨于穩(wěn)定，開始計算時，列車均距離隧道口50 m 處[15]。采用滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬列車與列車以及列車與隧道之間的相互運動[16]，整個計算區(qū)域被劃分為3 個不重疊的區(qū)域。其中，2 個區(qū)域為滑移域，分別包裹著列車A和列車B以速度400 km/h相向運動，其余域為靜止域?；朴蚺c靜止域的交界面定義為交換面、列車和隧道壁面，外部空氣區(qū)域靠近隧道2個側(cè)面(山體面)以及地面設(shè)置為無滑移壁面。其他區(qū)域面設(shè)置為壓力出口。

圖3 計算區(qū)域和邊界條件Fig.3 Computational area and boundary conditions

1.3 計算網(wǎng)格

計算網(wǎng)格如圖4所示。本研究的高速列車帶有轉(zhuǎn)向架等復(fù)雜部件，因此，選擇混合網(wǎng)格對計算域進(jìn)行離散。將列車周圍區(qū)域離散為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其余部分離散為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，列車表面上的最小網(wǎng)格邊長為0.05 m，隧道壁上最小網(wǎng)格邊長為0.2 m。在隧道凈空面積分別為90，95，100，105和110 m2工況下，網(wǎng)格總數(shù)分別為6 790萬、6 798萬、6 888萬、6 984萬和7 088萬個。

圖4 計算網(wǎng)格Fig.4 Computational grid

1.4 求解設(shè)置

本研究選用的求解軟件為FLUENT，這是一款基于有限體積法的商用求解器。列車在隧道內(nèi)運行時，由于空氣受到隧道和車體壁面的影響，空氣應(yīng)視為可壓縮氣體[17]?？紤]到列車與隧道間的空氣受到摩擦和傳熱等影響，氣流為不等熵流動，因此，采用非定常、黏性、可壓縮流的N-S方程來求解列車過隧道的流場。k-ε湍流模型目前廣泛應(yīng)用于列車通過隧道時的數(shù)值模擬[18]，其中，RNGk-ε湍流模型引入了時均應(yīng)變率，從而能提高列車流場求解的準(zhǔn)確性和可靠性，且與試驗結(jié)果有更高的吻合度[19]，因此，本文選用RNGk-ε湍流模型求解。求解速度和壓力的耦合方式選用SIMPLE算法，基于格林高斯的單元法用來控制梯度變化，二階迎風(fēng)格式用于離散對流相[20]。為了保證滑移網(wǎng)格每步移動的距離不會影響計算速度和可靠性，設(shè)置每步的時間為0.007 5 s，內(nèi)迭代50次[21]。

1.5 測點布置

列車模型部分測點布置如圖5所示，頭車分布12個測點，分別記為分別H1，H2，…，H12。中間車每節(jié)車外表面分布8個測點，14節(jié)中間車外表面共112 個測點，分別記為M13，M14，…，M124。尾車與頭車前10 個測點分布一致，后2 個測點分別距離尾車鼻端點3.3 m和5.1 m，并位于列車中心面上，分別記為T125，T126，…，T136，16節(jié)車共布置136個測點。

圖5 列車表面測點Fig.5 Train surface measuring points

2 數(shù)值驗證

2.1 動模型試驗

中南大學(xué)軌道交通安全教育部重點實驗室的動模型試驗平臺可使橡膠彈射使模型動車組在模型線路上無動力高速運行，能準(zhǔn)確模擬兩動車組在隧道中的交會過程。為了對本文采用的16 車編組隧道交會的數(shù)值方法可靠性進(jìn)行評估，在此平臺上展開速度為400 km/h 的高速列車隧道交會的動模型試驗。在進(jìn)行模型實驗時，為了有效模擬實車在線路上運行的實際情況，使測試數(shù)據(jù)具有真實性，應(yīng)確保一些重要的相似性參數(shù)在模擬試驗和實車試驗中一致。對于動模型實驗，重要的相似性參數(shù)包括幾何相似、馬赫數(shù)相似、雷諾數(shù)相似[22]。在本次動模型試驗中，前2個參數(shù)保持一致，對于后1個參數(shù)，只需保持試驗中模型列車?yán)字Z數(shù)大于等于臨界雷諾數(shù)(研究表明，臨界雷諾數(shù)約為3.6×105[23])，就可保證動模型試驗中列車模型周圍流場和產(chǎn)生的壓力滿足相似性原理和流動現(xiàn)象的自模性。本動模型試驗選用的模型縮比為1:20，當(dāng)模型列車以400 km/h 運行時，雷諾數(shù)為1.45×106，超過臨界雷諾數(shù)3.6×105，模型列車已進(jìn)入自模擬區(qū)。故本試驗選擇縮比為1:20 的三車編組列車與隧道模型較合適。本次試驗共進(jìn)行15 次彈射，其中，發(fā)射速度不在目標(biāo)速度1%以內(nèi)的工況不被選用，并采用所有選用工況的平均值為最終的試驗結(jié)果。

試驗選用的三車編組的高速列車模型，對應(yīng)總長為82 m的實際列車。頭車外表面分布12個測點，對應(yīng)數(shù)值模擬的測點H1，H2，…，H12，中間車外表面分布8 個測點，對應(yīng)數(shù)值模擬的M13，M14，…，M20，尾車外表面分布12 個測點，對應(yīng)為T125，T126，…，T136。隧道模型對應(yīng)的實際凈空面積為100 m2，長度為164 m，如圖6(a)所示。對比驗證的數(shù)值方法采用的計算網(wǎng)格和求解設(shè)置分別與本文1.3 和1.4 節(jié)中的一致，數(shù)值模型為全尺寸模型。本次試驗采用的Honeywell DC030NDC4壓力傳感器如圖6(b)所示，記錄高速列車通過隧道時壓力隨時間的變化。傳感器采樣頻率設(shè)置10 kHz，在重復(fù)性試驗中所測量的壓力幅值誤差在±1%以內(nèi)。凈空面積為100 m2的隧道壁面上的測點布置如圖7所示。試驗中，在隧道壁面上共布置8個測點，圖7中可見的(即隧道長度的一半)隧道交會側(cè)壁面測點數(shù)為6個，非交會側(cè)壁面測點數(shù)(圖7(a)中括號內(nèi)測點)為2個，分別記為S1，S2，…，S8。

圖6 試驗?zāi)Ｐ图皦毫鞲衅鱂ig.6 The models and pressure sensor

圖7 隧道壁面測點分布Fig.7 Distribution of measuring points on tunnel wall

2.2 結(jié)果比較

3車編組動車組以400 km/h于隧道交會，車體表面測點M13與隧道壁面測點S4的壓力時程曲線分別如圖8(a)和圖8(b)所示。由于數(shù)值模擬的隧道長度是動模型試驗長度的20 倍，因此，將試驗的時間進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換。同時，由于雷諾數(shù)大于3.6×105，模型尺寸對列車周圍的流場影響很小，因此，試驗測點的壓力可以代表全尺寸模型的壓力[15]。從圖8可見：除了隧道壁面測點S4在1.2 s后動模型曲線比數(shù)值模擬曲線有所延后外，其余時間的數(shù)值計算曲線與動模型曲線都較吻合；曲線的正負(fù)壓幅值之差為壓力峰峰值，表1所示為列車頭車測點H2、中間車測點M18、尾車測點T134以及隧道壁面測點S3。S5和S6的壓力峰峰值，最大壓力的數(shù)值計算結(jié)果與動模型試驗結(jié)果的峰峰值之差在±3.2%之內(nèi)，證明本文采用的數(shù)值方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

圖8 數(shù)值模擬與動模型試驗壓力曲線對比Fig.8 Comparison of pressure curves between numerical simulation and dynamic model test

表1 數(shù)值模擬與動模型試驗壓力峰峰值比較Table 1 Comparison of pressure amplitude between numerical simulation and moving model test

3 結(jié)果分析

3.1 隧道壓力波分析

高速列車在凈空面積為100 m2標(biāo)準(zhǔn)雙線隧道等速交會時的壓力波動傳播和隧道中間測點的壓力變化如圖9所示。規(guī)定列車車頭駛?cè)胨淼罆r(t=0 s)，到車尾駛出隧道整個過程持續(xù)15 s。取隧道中點處豎直方向為3 m的測點進(jìn)行隧道壓力波傳播分析，壓力波動經(jīng)歷了2 次上升和上次下降過程。從圖9可見：列車A和列車B進(jìn)入隧道時，初始壓縮波在隧道中點相遇疊加導(dǎo)致C處壓力上升；壓縮波以聲速沿隧道傳播到隧道出口時反射成膨脹波并向隧道內(nèi)傳播，當(dāng)該膨脹波傳播至隧道中點時，與此同時，2列列車車尾進(jìn)入隧道引起的膨脹波到達(dá)此處并疊加導(dǎo)致D處壓力急劇下降，這些膨脹波以聲速傳播到隧道終點反射成壓縮波在隧道中點疊加導(dǎo)致E處壓力上升，這些波又反射回來導(dǎo)致F處壓力下降。隧道長度的改變將使壓力波在隧道內(nèi)疊加情況發(fā)生變化，進(jìn)而改變壓力波的最大幅值與出現(xiàn)位置。本文隧道模型采用列車隧道交會時的最不利隧道長度，車頭和車尾進(jìn)入隧道的時間間隔恰好等于波沿隧道單程傳播的時間，進(jìn)而導(dǎo)致車頭進(jìn)入隧道的初始壓縮波反射的膨脹波和車尾進(jìn)入隧道引起膨脹波在隧道兩側(cè)同時產(chǎn)生且恰好在隧道中點處疊加，在隧道中點處產(chǎn)生最大負(fù)壓，使得隧道內(nèi)的氣動效應(yīng)最大，壓力波動情況也最劇烈。

圖9 隧道中部測點的壓力傳播圖以及點壓力曲線Fig.9 Pressure propagation diagram and pressure curve of measuring points in the middle of tunnel

3.2 車內(nèi)外壓力傳遞

為反映列車氣密性能，常常使用密封指數(shù)進(jìn)行量化[24]。密封指數(shù)分為靜態(tài)密封指數(shù)與動態(tài)密封指數(shù)。靜態(tài)密封指數(shù)在數(shù)值上等于車內(nèi)外壓差由初始值減少到初始值的37%所用的時間[24]。在試驗過程中，車外的壓力保持恒定，而列車在隧道運行過程中，車身經(jīng)歷的壓力是瞬態(tài)且劇烈變化的，因此，靜態(tài)密封指數(shù)無法很好地評估車內(nèi)的壓力波動情況。而動態(tài)密封指數(shù)能表征車外瞬變壓力傳遞至車內(nèi)的能力，可反映列車通過隧道時室內(nèi)壓力的變化，因此，本文選用的是動態(tài)密封指數(shù)τ。國內(nèi)現(xiàn)無針對400 km/h列車密封性能的標(biāo)準(zhǔn)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，350 km/h列車的靜態(tài)密封指數(shù)要求不小于50 s[25]，國際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定車輛動態(tài)密封指數(shù)通常僅為車輛靜態(tài)密封指數(shù)的1/3～1/2[25]，這樣可得出350 km/h 列車的估算動態(tài)密封指數(shù)為18～25 s。由于長隧道使傳遞過程壓力波能量產(chǎn)生更大衰減，隧道長度增加，列車的密封性能更好，動態(tài)密封指數(shù)升高，可達(dá)到20 s。經(jīng)綜合考慮，本文采用動態(tài)密封指數(shù)τ=20 s進(jìn)行研究。車內(nèi)部壓力變化率與內(nèi)外壓差呈正比，與密封指數(shù)呈反比，表達(dá)式為

其中：Pi為車內(nèi)部壓力；Pe為外部壓力；τ為動態(tài)密封指數(shù)。當(dāng)列車密封指數(shù)為0即列車內(nèi)外壓力相等時，車內(nèi)壓力與車外壓力同步變化。列車密封性能越好，則車內(nèi)外壓力平衡的速率越小，即車內(nèi)的壓力波動越滯后于車外的壓力波動。由于2列列車速度相等，在隧道交會過程中壓力波動完全對稱，因此，只需分析列車A 壓力波動情況。將每節(jié)車廂的測點車內(nèi)外壓力峰峰值取平均值得到車內(nèi)和車外表面平均壓力峰峰值，分別如圖10(a)和圖(b)所示。從圖10 可以看出：隨著隧道凈空面積增大，車內(nèi)和車外表面的平均壓力峰峰值都不斷減小；從頭車到尾車，車外表面的平均壓力峰峰值不斷減小，尤其尾車處壓力減小得很快；車內(nèi)的平均壓力峰峰值則呈現(xiàn)相反的趨勢，尾車部位增大的較快；車內(nèi)外平均壓力峰峰值在從頭車向尾車呈現(xiàn)相反的趨勢，說明車內(nèi)的壓力波動情況不僅與車外表面壓力峰峰值有關(guān)，而且與車外表面壓力峰峰值的形成、持續(xù)時間以及衰減的時間有關(guān)。

圖10 從頭車到尾車方向列車平均壓力峰峰值變化Fig.10 Peak to peak variation of train average pressure from head to tail

為了進(jìn)一步探究列車內(nèi)外壓力傳遞關(guān)系，選取列車在凈空面積為100 m2的雙線隧道交會的情況下進(jìn)行分析。以列車剛駛?cè)胨淼罆r刻為時間零點，到車尾駛離隧道整個過程持續(xù)15 s。分別取頭車交會側(cè)測點H3，中間車交會側(cè)測點M40和M104以及尾車交會側(cè)測點T134車內(nèi)外壓力進(jìn)行對比，如圖11所示。從圖11 可見：車內(nèi)的壓力振動情況較車外平緩，壓力幅值比車外約小1個數(shù)量級；列車各車廂外表面經(jīng)歷的壓力波動有很大差異，測點H3，M40和M104都有第一個波峰，測點T134缺少第一個波峰。這是由于列車在隧道交會過程中，當(dāng)列車A的尾車駛?cè)胨淼廊肟跁r，對向列車駛?cè)胨淼酪鸬某跏級嚎s波已經(jīng)在隧道入口反射為膨脹波反向傳播，測點T134沒有經(jīng)歷初始壓縮波帶來的第一次壓力上升。隨后，測點H3，M104，M42和T134的壓力依次經(jīng)歷了車尾進(jìn)入隧道的膨脹波引起的下降，10 s以后，車內(nèi)外壓力趨于平穩(wěn)。

圖11 列車在凈空面積為100 m2隧道的交會壓力曲線Fig.11 Pressure curves of train crossing in 100 m2 tunnel

3.3 隧道凈空面積的影響

在不同隧道凈空面積下，頭車測點H3、中間車測點M64和尾車測點T134車內(nèi)外壓力波動曲線分別如圖12～14所示。以列車剛進(jìn)入隧道的時刻為零點，到車尾離開隧道整個過程持續(xù)15 s。在列車駛?cè)氩煌瑑艨彰娣e隧道過程中，測點H3，M64和T134的車內(nèi)外壓力峰峰值都隨著隧道凈空面積增加而減小。由于隧道長度不變，不同隧道凈空面積下車內(nèi)外壓力波動趨勢一致，車內(nèi)的壓力波動滯后于車外的壓力波動。12 s后，頭車在離開隧道，測點H3車外表面壓力趨近于零，車內(nèi)壓力穩(wěn)定在-700 Pa左右。對于測點H3車外表面的第一個波峰和波谷，車內(nèi)的壓力都有所響應(yīng)。當(dāng)車外表面壓力穩(wěn)定即車內(nèi)外壓差保持不變時，車內(nèi)的壓力以極小的速率和車外表面壓力平衡。測點M64車外表面壓力經(jīng)歷了波峰和波谷后趨于平穩(wěn)，車內(nèi)壓力變化趨勢和車外表面的相同。測點T134車外表面壓力缺少第一個波峰，在8 s 左右達(dá)到第一個波谷后迅速回升到初始值，之后又開始小幅度下降，車內(nèi)壓力對于第一個波谷有很好的響應(yīng)，對于之后的壓力迅速回升幾乎沒有響應(yīng)，12 s后又開始穩(wěn)步下降。

圖12 測點H3壓力波動曲線Fig.12 Pressure fluctuation curves of measuring point H3

圖13 測點M64壓力波動曲線Fig.13 Pressure fluctuation curves of measuring point M64

表2所示為測點H3，M64和T134車內(nèi)外壓力峰峰值。從表2可見：相較于90 m2凈空面積的隧道，列車在110 m2凈空面積的隧道交會時，測點H3車外表面壓力降低了29%，車內(nèi)壓力下降了22%；測點M64車外表面壓力降低了28%，車內(nèi)壓力降低了16%；測點T134車外表面壓力降低了25%，車內(nèi)壓力下降了28%。可見，頭車的車外表面壓力峰峰值和尾車的車內(nèi)壓力峰峰值受隧道凈空面積影響較大。在同一個隧道凈空面積下，測點H3車外壓力峰峰值都大于測點T134車外壓力峰峰值，而車內(nèi)壓力峰峰值則相反。測點H3車內(nèi)壓力峰峰值都小于測點T134車內(nèi)壓力峰峰值。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是頭車車外壓力2個峰值之間的幅值大，但持續(xù)的時間很短，車內(nèi)壓力對車外的壓力波動響應(yīng)不完整。而尾車車外壓力未經(jīng)歷第一個峰值，正峰值幾乎為零，因此，車外壓力峰峰值比頭車的小。尾車壓力負(fù)峰值形成以及持續(xù)的時間很長，車內(nèi)的壓力響應(yīng)很完整，尾車車內(nèi)的壓力峰峰值比頭車的大。

3 s 內(nèi)最大的壓力波動是車內(nèi)人員出現(xiàn)耳感不適的主要原因[26]。根據(jù)“鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)補充規(guī)定”[27]，當(dāng)線路中隧道所占比例大于25%或通過隧道大于4座/h時，單、雙線隧道對應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)分別為800 Pa/(3 s)和1 250 Pa/(3 s)。本文研究的是16 車編組以速度400 km/h 在隧道中交會的情況，因此，選用車內(nèi)壓力波動幅值不超過1 250 Pa/(3 s)為基準(zhǔn)對速度為400 km/h的高速鐵路隧道凈空面積進(jìn)行研究。

圖14 測點T134壓力波動曲線Fig.14 Pressure fluctuation curves of measuring point T134

表2 不同測點車內(nèi)外壓力峰峰值Table 2 Comparison of pressure amplitude inside and outside the train of different measuring points Pa

圖15所示為列車交會側(cè)測點對應(yīng)的3 s內(nèi)車內(nèi)最大壓力波動幅值。從圖15可見：從頭車到尾車，列車車內(nèi)3 s 壓力波動幅值先逐漸增大又緩慢下降，在中間車測點M104達(dá)到最大值；當(dāng)隧道凈空面積從90 m2增加到110 m2時，各測點的壓力波動幅值呈現(xiàn)穩(wěn)步下降的趨勢，測點M104的壓力波動幅值從1 393 Pa 下降到1 102 Pa，下降20.9%；尾車的附近車外表面壓力波動幅度較大，對氣密性能要求較高。由于車體總的氣密性受氣密性最差的部件影響最大，可局部加強車內(nèi)壓力波動幅度較大、氣密性較差部位的密封性能來提升車輛總體氣密性。參考車內(nèi)壓力波動的舒適性標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)隧道凈空面積為90 m2和95 m2時，分別有15 節(jié)、10 節(jié)車廂的車內(nèi)壓力波動幅值超過規(guī)定舒適值，對于凈空面積為100，105 和110 m2的隧道，車內(nèi)壓力波動都滿足規(guī)定舒適值，并且對于凈空面積為105 m2和110 m2的隧道，車內(nèi)的壓力波動幅值離舒適度標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距。增加隧道凈空面積，可以有效減少列車內(nèi)壓力波動，但同時也會增加隧道土建部分的建造成本。基于現(xiàn)有列車能達(dá)到的氣密性標(biāo)準(zhǔn)，在保證車內(nèi)壓力舒適度的前提下，400 km/h速度等級的長編組列車推薦的隧道凈空面積為100 m2。

圖15 不同凈空面積隧道3 s內(nèi)車內(nèi)壓力波動幅值Fig.15 Amplitude of pressure fluctuation in vehicle within 3 s in tunnels with different clearance areas

4 結(jié)論

1)16 車編組的高速列車以速度400 km/h 在凈空面積為100 m2的標(biāo)準(zhǔn)雙線隧道內(nèi)交會時，從頭車到尾車上，車外表面的平均壓力峰峰值不斷減小，車內(nèi)的平均壓力峰峰值不斷增大。

2)列車在凈空面積為90 m2和95 m2的隧道交會時，分別有15 節(jié)、10 節(jié)車廂的車內(nèi)壓力波動幅值超過規(guī)定舒適值。凈空面積為100，105 和110 m2的隧道車內(nèi)壓力波動都滿足舒適性標(biāo)準(zhǔn)，并且凈空面積為105 m2和110 m2的隧道車內(nèi)的壓力波動幅值離舒適性標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距。綜合考慮現(xiàn)有高速列車氣密性與舒適度標(biāo)準(zhǔn)，運行速度為400 km/h的長編組高速列車雙線隧道凈空面積推薦采用100 m2。