高速列车经过双线隧道瞬变压力及压力梯度特征

摘要

隧道壁面瞬变压力是影响高铁隧道衬砌结构安全性的重要因素之一。为加深对高速铁路隧道壁面瞬变压力与压力梯度特征的理解,基于RNG k-ε两方程湍流模型与滑移网格技术,数值模拟了缩尺1:1的8节编组高速列车经过双线隧道诱发的气动特性。通过现场实测结果对数值方法准确性进行验证,在隧道壁面瞬变压力时空特征分析的基础上,进一步研究了列车速度、车隧阻塞比、列车数量以及双车等速交会对隧道纵轴中断面瞬变压力及压力梯度的影响。结果表明,隧道横断面内瞬变压力时程曲线基本重叠,断面内压力分布均匀、差异性低;3个典型压力峰值(最大正峰值、负峰值与峰峰值)与列车速度平方或车隧阻塞比平方分别成线性关系,初始压力梯度正峰值与列车速度3次方成线性关系,压力梯度正负峰值与车隧阻塞比的幂次方(2.51~3.14)成线性关系;3个典型压力峰值与列车数量之间满足指数函数关系,8车对应的压力梯度最大正峰值是其它列车数量(4车~7车)的1.25倍;双车等速交会的最大正负压力峰值分别是单车经过的2.22倍与1.15倍,最大压力梯度正负峰值分别是单车经过的1.87倍与2.03倍。相关研究成果对我国高速列车在隧道内的安全营运具有重要的参考价值。