基于实车试验的高速列车隧道压力波影响因素

搭建列车空气动力学在线实车高精测试平台,对列车通过隧道及隧道交会工况下的压力波特性进行实车测试;探究运行速度、隧道长度、阻塞比、编组长度、交会位置等因素对隧道压力波的影响规律;根据隧道内压缩波、膨胀波在隧道内传播、反射、叠加的原理,推导出隧道通过及隧道交会工况下,最不利单线隧道长度、最不利双线隧道长度、最不利交会位置、最不利编组长度等计算公式。研究结果表明:车体表面压力变化幅值与列车速度的平方成正比;车内压力幅值与列车速度的n次方成正比,n的范围为1.3~1.8,n随着隧道长度的变化而变化;研究结果可为高速列车在隧道内运行时的安全性指标提供了压力波评判依据。     

双层集装箱车通过隧道气动性能实车试验研究

在合武(合肥—武汉)铁路上进行250km/h等级隧道空气动力性能实车试验;对货物列车单列过隧道及货物列车与CRH2高速动车组在隧道内交会时,集装箱箱体表面的压力变化历程及所受的气动力进行测试。测试结果表明:当2列车在隧道内交会时,交会压力波与隧道内的压力波叠加,造成隧道内列车交会产生的压力变化幅值远大于明线交会产生的压力变化幅值;车体交会侧压力变化幅值比非交会侧压力变化幅值大16%,使得车辆受到较大侧向力作用;双层集装箱车辆进入隧道口时,空气压差阻力急剧上升,之后又逐渐回落;在隧道内运行的平均阻力约为明线运行时阻力的1.56倍,货物列车120km/h和动车组250km/h在大别山隧道和鹰嘴石隧道内交会时,双层集装箱车由气动力引起的最大2s平均倾覆系数分别为0.063和0.067。     

头部主型线变化对列车隧道交会气动性能的影响

基于三维、可压缩、非定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对不同主型线头部列车隧道交会气动效应进行数值模拟,得到列车在隧道内交会时的侧向力、总阻力以及隧道壁面压力变化。研究结果表明:隧道壁面和列车表面压力测点数值计算结果与动模型实验、实车试验结果较吻合,相对误差均在5%以下;单拱型列车隧道交会气动性能略优于双拱型;纵剖面型线对列车隧道交会气动力影响较大,纵剖面型线从下凹变化到上凸,头车、中间车和尾车侧向力幅值系数分别增加11.2%,14.0%和23.7%,最大总阻力系数增加7.2%;水平剖面型线从最宽外形变化到最窄外形,头车、中间车和尾车侧向力幅值系数分别增加3.4%,2.4%和4.6%,最大总阻力系数减小4.0%;改变头部主型线对隧道壁面压力变化影响较小,最大相对误差为1.7%。     

高速列车隧道内会车时气动舒适性研究

基于N-S方程及k-ε两方程紊流模型,采用有限元法对2列高速列车在隧道内交会时引起的车内压力变化及各参数对乘坐舒适性的影响进行了仿真分析.研究结果表明:2列高速列车在隧道内会车时的瞬变压力值与列车会车的地点、列车长度、列车速度及列车的密封指数均有关系,同车长、车速、密封指数的情况下,会车在隧道中部时瞬变压力变化值最大;同隧长、车速、密封指数的情况下,会车于相同地点时,较长车长的瞬变压力最大变化值要高于较短车长的;当列车的密封指数大于15s时,各种计算工况均能满足列车内瞬变压力容许值1.25kPa/3s的评价标准.     

隧道交会最不利长度下高速动车组转向架气动力变化规律研究

采用动模型试验测试隧道表面和动车组车体表面测点的时程压力,验证雷诺平均方程应用于计算列车通过隧道空气动力学的有效性,结果表明数据误差满足精度要求.基于验证后的仿真算法,建立高速动车组在最不利长度隧道内交会的三维几何模型,计算高速动车组转向架的气动力,进而分析其变化规律.计算结果及分析表明:尾车转向架6的阻力最大,其阻力的最大值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架1和尾车转向架6的侧向力最大,其侧向力极值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架2的升力极值最大;当动车组低速交会时,各转向架的垂向力幅值差别不大,但当动车组运行速度超过250 km/h,转向架位置越靠前其垂向力幅值越大.     

快速集装箱平车在明线和隧道内会车时的气动性能

利用三维、可压、非定常N-S方程,采用滑移网格技术对我国正在研制的160 km/h快速集装箱专用平车与动车组分别在明线和隧道内会车时的气动性能进行数值模拟.研究结果表明:集装箱平车以160 km/h的速度与动车组等速交会时,在隧道内会车时车载集装箱中部压力变化幅值是在明线会车时的3.46倍;在明线和隧道内会车时,集装箱列车受到的侧向力和侧滚力矩均与交会列车运行速度近似成平方关系;因隧道内压力分布一维特性较强,集装箱平车交会侧与非交会侧压力相差并不大,因此,在明线会车时集装箱平车受到的侧向力和侧滚力矩均比隧道会车时的大,大约是其1.1倍.     

高速铁路并联隧道横通道对隧道内压力变化的影响

给出了高速列车穿越横通道高速铁路并联隧道时压力变化的三维非定常黏性流场数值模拟过程,研究了两条并联隧道横通道的面积变化、位置变化和斜交方式对并联隧道及横通道内压力变化的影响规律.计算结果表明:并联隧道横通道的存在,使得隧道内压力变化的最大值降低,隧道横通道断面积越大,则最大压力梯度的降低率越小,当横通道的断面积与隧道断面积之比为0.3左右时,其降低隧道中测点的最大压力及压力梯度的效果最好;横通道对隧道的降压效果与隧道交叉方式有关,横通道与隧道的斜交方式为正交,且正交角度控制在60°左右时,横通道对隧道内的降压效果比较好.对比分析表明,当并联隧道内的横通道、竖井及避洞在隧道内的位置、断面积、长度及与隧道的斜交角度相同时,竖井的降压效果最好,横通道次之,避洞的降压效果最差.     

面向高速列车过隧道气动效应的自调节数值模拟方法

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题，本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略，提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法，开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数，实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析，获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据，还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明，求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度，是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.     

高速列车通过带有套衬结构隧道气动效应分析

采用三维、可压缩、非定常N-S方程的数值计算方法,对8辆编组的高速列车以300 km/h速度通过带有套衬结构隧道时车体表面及隧道壁面的瞬变压力进行分析。研究结果表明:数值计算结果与动模型实验结果较吻合,2种方法得到的压力曲线变化规律一致,幅值误差在5%以内;列车通过隧道时,车体头、尾处测点压力差别较大,中部测点压力差异较小;沿列车车身方向,测点正压幅值逐渐减小,负压幅值逐渐增大;隧道壁面测点压力峰峰值在隧道进、出口附近较小,而在靠近隧道中部时较大;隧道内安装套衬对于高速铁路双线隧道气动效应影响很小,加装套衬前后,测点压力幅值差异在2%以内。因此,建议在对高速铁路隧道病害整治中,考虑使用套衬技术。     

车隧阻塞比对高铁隧道壁面气动压力特征的影响

为进一步研究隧道壁面气动压力特征变化规律,基于RNG k-ε两方程湍流模型与滑移网格技术,数值模拟了高速列车经过双线隧道的全过程;然后,利用现场实测数据对数值方法准确性进行验证;最后,分析了车隧阻塞比对隧道壁面气动压力特征的影响规律。结果表明：随着车隧阻塞比的增大,初始压力波梯度最大值以及正峰值均以指数形式增大,相关系数R²均大于0.998;在列车车尾驶出隧道出口前以及驶出隧道出口后的两个不同阶段,隧道壁面典型气动压力峰值（正峰值、负峰值以及峰峰值）与车隧阻塞比之间满足以e为底的指数函数关系,相关系数R²均大于0.999 5;当列车车尾驶出隧道出口后,随着时间的推移,不同车隧阻塞比下隧道壁面气动压力正负峰值差异性逐渐减小。以距隧道入口500 m测点为例,当车隧阻塞比从0.080 1增大到0.112 2（1.4倍）时,初始压力波梯度最大值增加量为2.92,正峰值增加量为0.30 kPa;列车车尾驶出隧道出口前,气动压力正负峰值增加量分别为0.35与0.60 kPa;列车车尾驶出隧道出口后,气动压力正负峰值增加量分别为0.53与0.46 kPa。     

加设支洞时隧道贯通测量的精度估算

详细推导了加设支洞时的隧道贯通测量的精度估算公式,该公式不仅考虑了测角量边精度对隧道测量的影响,而且还考虑了洞外控制点的精度对隧道测量的影响－ 公式推导严密,最后得出了一些有价值的结论－     

四车道扩挖隧道爆破振动对新建隧道的影响

以泉厦高速公路大帽山隧道为工程背景,应用数值模拟方法从振动速度、振动应力和应力波3个方面分析得出沿扩挖隧道轴向动力特性,同时分析自由面对爆破地震波的影响.结果表明:距掌子面15m处振速衰减达50%,且在离掌子面10m处振速已经低于安全临界值;最大主应力峰值在距掌子面15m的范围内衰减最快,在离掌子面15以上时爆破振动影响逐渐趋于稳定;应力波在0.4ms时应力达到最大值13.3GPa,而在0.6ms时最大应力衰减到771.2MPa,只有0.4ms时的5.80%;自由面对爆破地震波的反射作用使能量损失55.6%,但先建隧道自由面使地震波反射叠加,从而使能量增加.     

某隧道围岩模量和松动圈厚度测试

为了解小相岭隧道围岩变形参数和损伤深度等数据,利用刚性钻孔弹模计和单孔一发双收声波法对隧道掌子面附近围岩开展现场试验,并结合室内单轴压缩试验,分析围岩松动圈厚度和岩体动、静弹性模量值及其随深度分布规律。测试结果表明:钻孔弹模计测得的压力-变形曲线规律性良好,大致分为低压区、中压区和高压区;水平孔沿着洞轴线方向变形模量和弹性模量值为5.00～13.37 GPa、6.45～22.51 GPa,铅直方向变形模量和弹性模量值为5.00～13.37 GPa、6.45～22.51 GPa;铅直孔沿着洞轴线方向变形模量和弹性模量值为5.90～15.92 GPa、6.87～22.43 GPa,垂直洞轴线方向变形模量和弹性模量值为6.66～26.56 GPa、7.63～35.75 GPa;围岩整体有各向异性。围岩松动圈大致呈圆形分布,厚度为5 m。底板松动厚度明显大于洞壁,建议适当调整爆破参数,对松动圈进行加固处理,尽量减小开挖对围岩造成的损伤,本试验成果可为类似工程提供参考。     

新建隧道施工爆破振动对既有隧道影响试验研究

应用DH5938动态信号测试分析系统,对既有隧道衬砌表面迎爆侧动应变进行试验测试,分析动应变与振速的关系;探讨了以动应变来衡量爆破振动对既有隧道影响的可能性,研究了邻近铁路隧道施工爆破振动对既有隧道衬砌结构的影响。     

隧道掘进对近接垂直交叉隧道的三维有限元分析

为研究隧道施工顺序对隧道开挖的影响,采用三维有限元分析方法模拟某垂直穿越隧道的开挖过程.基于砂土的亚塑性本构模型并考虑土体的小应变刚度,分析施工顺序对垂直交叉隧道的影响,研究对既有隧道附近土体的应力传递机制.研究结果表明:与无既有隧道工况相比,既有隧道的存在使得最大沉降量降低14％;新建隧道在既有隧道上方时,地表沉降较大,但影响范围小,当掌子面接近既有隧道中心线时,既有隧道的应力由拱顶传递至拱肩;当掌子面距离既有隧道中心线后方3D和前方6D之间时,应力释放对既有隧道的影响显著;新建隧道在既有隧道下方时,既有隧道产生的变形和弯矩更大;在垂直交叉隧道施工中,应充分考虑施工顺序对地表沉降、既有隧道的影响.     

盾构隧道先隧后井施工技术特点分析

为了明确盾构隧道先隧道施工后工作井开挖(先隧后井)施工法特点,以典型工程实例为依托,通过现场实测与有限元法,分析了该施工法接收井与隧道的变形特性,计算分析了盾构管片张开量的分布规律。结果表明:隧道入接收井时洞内外产生较大的水土压力差,引起与隧道连接处局部围护墙水平位移增大及坑外水位下降。受后续基坑开挖影响,近基坑侧6环管片竖向位移显著增大,近基坑侧4环管片接头处出现了塑性变形,施工中隧道防渗分析可着重考虑近接收井6环管片范围。基于安全考虑,建议对近基坑侧6环管片范围土体进行加固处理。     

隧道施工控制技术

主要介绍世行贷款项目Ⅲ桃花潭至甘棠公路改建工程河西隧道施工方法、工艺流程及施工过程控制技术。     

基于UDP协议的IP隧道的实现

讨论利用 UDP协议来构造 IP隧道的技术及构造原理 ,并将这种隧道与其他方式构造的隧道的效率进行比较 .还讨论了隧道的可靠性 ,以及隧道中数据包的分段和组装等关键的参数和算法 .     

超前预注浆在引黄工程隧洞工程中的应用

通过介绍引黄工程北干线1号隧洞工程1标高外水且涌水量大的地下洞段中超前预注浆施工情况.从超前预注浆施工方案的选择、具体施工工艺和灌浆效果等方面进行了详细的论述,并对超前预注浆施工在节理裂隙发育透水性强洞段的优越性作了阐述.     

隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性研究

为分析隧道爆破对洞口段边坡稳定性影响,以武靖高速第三合同段矮子寨隧道工程为依托,利用FLAC3D软件模拟隧道爆破开挖施工过程,并计算分析爆破施工对邻近边坡稳定性的影响,对存在失稳状态的边坡采取有效的支护措施,确保施工过程中隧道洞口边坡安全稳定.研究结果表明:隧道爆破施工产生的振动效应会极大降低邻近边坡的安全系数,并且会加大边坡地表位移沉降;锚杆支护有助于提高振动荷载作用下处于失稳状态下的边坡稳定性.