调研分析表明：竖井断面积的不同对隧道内压缩波和隧道出口微压波的影响都很大，随着竖井断面积的不断增大，初始压缩波经过竖井所形成的微压波在逐渐减小；但是由于竖井断面积的不断扩大，列车经过竖井下方时所形成的新的压缩波传播到隧道出口时所产生的微压波也在逐渐增大。当竖井断面积扩大到一定情况的时候，后者产生的微压波峰值会超过初始压缩波传播到洞口所产生的微压波峰值，这样也会对隧道出口的环境造成很大的危害。所以竖井断面积并不是越大越好，在列车速度和隧道长度一定的情况下，存在一个最佳的竖井断面积，这种断面积的竖井降压效果最明显。下面将通过模型试验对竖井的开口面积进行分析比较，然后再通过数值分析进行检验。
3.3.2.1 模型试验内容
为了得到列车通过车站隧道过程中，减压竖井缓解气动效应的效果，对不同竖井开口面积的情况进行试验测试。模型试验内容如表3.3-1所示：
表3.3-1 模型试验内容
注：竖井开口率为竖井横断面积与隧道净空面积的比值。
模型试验竖井尺寸见表 3.3-2。竖井设置在喇叭口扩大段前端，位置如图3.3-3 所示。通过调整 L 来改变隧道上部竖井的参数，确定其影响。在车站两侧避车道位置各停靠一辆车，一列车停靠，另一列车以高速通过车站，测试隧道及车站内压力变化。测点设置在模型隧道壁，模型隧道及车站全长 9.23 m（不含两端U形槽），上面设置3个测点，具体位置如图 3.3-3、图3.3-4 所示。其中，A、B压力测点布置在侧面，C压力测点布置在车站顶部。
表3.3-2 模型试验竖井尺寸
图3.3-3 车站隧道模型试验尺寸示意（俯视图）（单位：cm）
图3.3-4 列车模型试验测点布置（侧视图）（单位：cm）
3.3.2.2 试验结果分析
1.工况Ⅰ结果分析
通过对工况Ⅰ设置竖井后，在竖井开口率不同的情况下，从隧道及车站隧道内压力波动的模型试验可以看出：
（1）竖井前测点A的负压峰值随竖井开口率的增大而增加。
这主要是由于：列车进入隧道所引起的压缩波首波，经过竖井后，部分能量转换成膨胀波，向隧道入口方向传播，与列车车尾形成的膨胀波在测点 A 附近相重叠，从而引起很大的负压。竖井开口率越大，压缩波首波经过竖井时所引起的膨胀波越大，因此出现竖井前测点的负压峰值随竖井开口率的增大而增加的现象，如表3.3-3与图3.3-5所示。
表3.3-3 竖井前测点A负压峰值（工况Ⅰ）
图3.3-5 竖井前测点A负压峰值与车速关系曲线（工况Ⅰ）
（2）竖井后测点（测点 B）所测得的压缩波首波正压峰值随竖井开口率的增大而减小。
这主要由于：竖井开口率的增加，使首波压力在经过竖井时得到降低，开口率越大，压缩波经过竖井压力降低越多，如表3.3-4与图3.3-6所示。
表3.3-4 竖井后测点B首波正压峰值（工况Ⅰ）
图3.3-6 竖井后测点B首波正压峰值与车速关系曲线（工况Ⅰ）
（3）竖井后测点（测点 B）处所测得的二次波正压力峰值随竖井开口率的增大而增加。
这主要由于：列车经过竖井会形成二次波，二次波峰值随竖井开口率增大而增加，开口率越小，形成的二次波峰值越小，如表3.3-5与图3.3-7所示。
表3.3-5 竖井后测点B二次波正压峰值（工况Ⅰ）
图3.3-7 竖井后测点B二次波正压峰值与车速关系曲线（工况Ⅰ）
（4）对设置竖井后站内压力峰值的比较表明：竖井开口率较小工况下的站内压力峰值较小。竖井开口率为 6.7% 时，站内压力峰值最小；竖井开口率为15% 和21% 时，站内压力峰值较大，其压力峰值较接近。如表3.3-6与图3.3-8所示。
表3.3-6 站内测点C正压峰值（工况Ⅰ）
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续表
图3.3-8 站内测点C正压峰值与车速关系曲线（工况Ⅰ）
2.工况Ⅰ、工况Ⅱ综合分析
通过对不同的竖井开口率、不同列车停靠方式和速度的情况下，隧道及车站隧道内压力波动的模型试验，可以看出：
（1）设置竖井后，会对测点处的压力波动造成一定影响。
① 列车经过竖井后会形成二次波，如图3.3-9所示。
设置竖井后波动曲线的第一个波峰峰值明显小于无竖井波动曲线的第一个波峰峰值，压力梯度也明显减小；列车经过竖井时，会在竖井后形成二次波，在B测点处出现二次压力峰值，所以设置竖井产生的二次压力峰值要大于无竖井时的第二个波峰峰值。
图3.3-9 250 km/h速度下设竖井（开口率6.7%、工况Ⅰ）与无竖井B测点压力波动曲线比较
② 设置减压井后，竖井后B测点的压力峰值有明显降低。
竖井开口率为 6.7% 时，竖井前测点测试到的压力峰值与竖井后测点的压力峰值如图3.3-10和表 3.3-7 所示。从图中可以看出设置减压井后，竖井后测点的压力峰值可以降低20%～40%。
图3.3-10 竖井前后测点压力对照曲线（开口率6.7%、工况Ⅰ）
表3.3-7 竖井前后测点压力值（开口率6.7%、工况Ⅰ）
③ 设置竖井后，可以降低站内测点 C 的压力峰值，如图 3.3-11、表 3.3-8所示。
表3.3-8 站内测点压峰值（工况Ⅰ）
图3.3-11 有无竖井站内测点C压力峰值对照曲线（开口率6.7%、工况Ⅰ）
（2）合理选择减压竖井面积，可以使竖井后测点处的首波压力峰值与列车经过竖井所引起的二次波峰值基本一致，从而取得良好的降压效果。
设置竖井后压力峰值降低率定义为：
对开口率为 6.7%、15%、21% 三种模型试验的测试结果分析表明：开口率为6.7% 的降压效果最好，对比效果如图3.3-12所示。
图3.3-12 不同竖井开口率降压效果对照
从图中可以看出，开口率为6.7% 的竖井较之开口率为15% 和21% 的竖井，前者降压效果更为明显，可以将压力降低30%～50%。
（3）工况Ⅰ和工况Ⅱ测得的站内测点 C 压力峰值有一定的差别，但竖井降低压力的效果基本一致。利用试验得到数据进行曲线拟合，得到目标速度下压力峰值，如图3.3-13、表3.3-9所示。
图3.3-13 模型试验压力峰值曲线
表3.3-9 模型试验各工况不同目标速度下站内压力峰值（竖井开口率6.7%）
（4）对设置竖井后工况Ⅰ和工况Ⅱ测得的站内测点C压力峰值分析表明：在单车通过隧道时，车站内所出现的最大压力主要由列车经过竖井所形成的二次波和列车经过测点时的压力波动引起，首波到达车站内所形成的压力波峰值不会成为最大压力值。
（5）结合模型试验，试验结果表明：竖井开口面积在 6.7%～15% 左右缓解气动效应效果均较为理想。数值计算中选取竖井开口面积为 10% 进行计算。
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