高速铁路隧道特点揭秘

高速铁路隧道与普速铁路隧道最大的区别就是高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，如压力波动、出口处微气压波、洞内行车阻力增大等。当列车高速通过隧道时，原来占据隧道空间的空气将被迅速排开，空气的黏性以及隧道、列车表面的摩擦阻力使排开的空气不能像隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流，造成列车运行前方空气受到压缩，而尾部形成负压，产生压力波动，这种压力波动又以声速传播到隧道口，形成反射波，回传、叠加，诱发一系列对运营产生负面影响的空气动力效应。

隧道的微气压波是列车突入隧道时形成的压缩波，在隧道内传播，到达出口时向外放射脉冲状的压力波。微气压波的发生实态和大小与许多因素有关，其中主要有：列车速度、列车横断面积、列车长度、列车头部形状、隧道横断面积、隧道长度、隧道内道床的类型等，如图2-6-1所示。

图2-6-1　微气压波作用原理图

高速铁路隧道工程必须考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车、旅客乘坐舒适度、车辆结构强度和环境等方面的不利影响。虽然改变列车形状、改善车辆密封性能等均可以缓解和减少隧道空气动力效应对运营的影响，但最根本的还是改变隧道结构。缓解空气动力学效应可采用放大隧道断面有效面积，减少阻塞比β（列车横断面面积/隧道横断面有效面积）、改善洞口形状、在隧道洞口修建缓冲结构改善洞口形状、及增设辅助坑道等工程措施。

（一）加大隧道横断面积

克服空气动力学效应采取的一个有效手段是加大有效净空面积。确定隧道断面内轮廓应考虑线间距与建筑接近限界、隧道断面有效面积要求、养护维修、救援和其他使用要求所需空间等因素，在满足以上条件的基础上，从结构受力等方面对断面进行优化，并使盈余空间最小。

建筑限界一般应符合动态的标准建筑限界和扩大标准建筑限界。我国高速铁路隧道建筑限界基本尺寸如图2-6-2所示。线间距与列车速度和车辆型式等有关，一般情况下都应大于4.0 m。我国京沪高速铁路线间距，在列车速度为350 km/h的条件下采用5.0 m，位于曲线上的隧道原则上不考虑曲线加宽。

图2-6-2　我国高速铁路隧道建筑限界基本尺寸

隧道长度小于10 km时，一般采用单洞双线隧道方案。

隧道长度为10～20 km时，采用双线隧道加贯通平导方案进行比较。

隧道长度大于20 km时，一般采用双洞单线隧道方案，以利防灾救援。

（二）在隧道洞口修建缓冲结构

减小微气压波影响的主要措施是设置隧道入口缓冲段，如图2-6-3所示。入口缓冲段的结构形式主要有：横断面积不变，具有一定长度的缓冲段；横断面积扩大，具有一定长度的及侧面开口的缓冲段等。缓冲段的结构形式主要视洞口地形、地质、周边环境、洞内设施安装条件等而定。要处理好列车速度和缓冲段长度的关系。(www.xing528.com)

隧道洞口缓冲结构应符合下列规定：

（1）隧道洞口设置缓冲结构应考虑的因素：列车类型及长度、隧道长度及横断面净空面积、隧道内轨道类型、隧道洞口附近地形和洞口附近居民情况。

图2-6-3　隧道洞口缓冲结构现场图

（2）隧道洞口缓冲结构形式应从实用美观的角度出发，结合洞口附近的地理环境确定。

（3）隧道洞口缓冲结构侧面或顶面应开减压孔，开孔面积根据实际情况确定，一般开孔面积为隧道断面有效面积的0.2～0.3倍。

（4）隧道洞口缓冲结构宜采用钢筋混凝土。

（5）对于预留缓冲结构条件的洞口，若有路基挡墙，其挡墙位置应在缓冲结构之外。

（三）其他降低微气压波的措施

（1）利用斜井、竖井，可在埋深小的洞口段开挖竖井来降低压缩波的坡度，在比较长的隧道中，多采用斜井或竖井，可把此作为压缩波的传播通路来降低压缩波的坡度。

（2）做带有开口的防护棚。

（3）隧道壁面的措施，洞内设施尽量隐蔽设置，使隧道表面平整光滑，减少列车运行时的阻力对设施的破坏。

（4）改善轨道结构，提高洞内列车运行的稳定性和舒适度，列车在高速运行的条件下，轨道基础的良好状态是至关重要的。为此，在多数情况下隧道衬砌都要设置仰拱。并加强对轨道基础施工质量的控制。

（5）车辆方面的措施，如：采用密闭车辆，使动车组或机车的外形具有良好的空气动力学特性的形状。为了减少隧道横断面积和列车运行时的阻力，必须改进现行机车车辆的车体横断面积和机车头部形状。