京沪高铁隧道洞门对隧道空气动力效应影响的研究

摘要

高铁线路中新型隧道洞门使用广泛，在当前动车组车速较高的情况下，如何利用隧道洞门结构较好的缓解隧道空气动力效应己成为高速铁路隧道设计和既有线隧道为适应列车提速必须考虑并解决的关键问题。
　　 本文通过求解三维、可压缩、非定常N-S方程，采用滑移网格技术真实模拟隧道内空气的复杂流动，并结合动模型试验，对高铁线路中新型隧道洞门形式下的隧道空气动力效应进行了系统研究，得到了以下重要结论：
　　 隧道入口洞门护坡结构的面积及其斜切斜率基本不影响隧道空气动力效应，隧道出口洞门护坡面积增至9倍隧道净空面积过程中，微气压波幅值明显增大，之后其不随着护坡面积的增大而改变，当出口护坡由竖直变化至斜率1:1.125时，微气压波幅值随着斜切斜率的减小线性降低，之后其基本不随斜率变化而变化。
　　 在隧道的入口端，相比传统的端墙式隧道洞门，新型隧道洞门对车体表面、隧道壁面最大压力幅值基本无影响，但其可缓解初始压缩波的压力梯度和隧道出口微气压波，其中帽檐斜切式隧道洞门的缓解效果最好，另外隧道出口微气压波随隧道洞门斜切斜率的减小近似成线性关系降低。
　　 明确了断面扩大无开孔缓冲结构最佳长度和断面扩大率，得出帽檐斜切式隧道洞门与缓冲结构组合后，隧道出口微气压波相比仅有缓冲结构时的变化规律，在本文研究的开孔式组合洞门中，确定了对隧道气动效应缓解效果最好时的洞门开口率及开孔方式。