基于车外压力波动400 km/h高速铁路最不利交会位置和最不利隧道长度  

The Most Unfavorable Intersection Position and the Most Unfavorable Tunnel of the 400 km/h High-Speed Railway Based on External Pressure Fluctuation

作　　者：张泽东 

机构地区：[1]兰州交通大学机电工程学院,甘肃 兰州

出　　处：《力学研究》2025年第1期52-65,共14页International Journal of Mechanics Research

摘　　要：随着高速铁路运行速度提升至400 km/h,列车在隧道内交会引发的车外压力波动对车体结构安全、隧道稳定性及乘客舒适性产生显著影响。本文基于一维流动模型特征线法,系统研究了两列车在不同隧道长度、交会位置及运行速度下的车外压力波动特性,旨在确定最不利交会位置与最不利隧道长度,为高速铁路设计与运营提供理论支撑。研究通过建立连续性方程、动量方程及能量方程,构建了一维可压缩非定常流动模型,并利用日本模型试验数据验证了计算方法的准确性。针对两列车等速交会过程,将其划分为驶入隧道、中央交会、驶向出口及驶出隧道四个阶段,分析了不同交会位置(中央交会、洞口交会、三分之一交会及四分之一交会)对车外压力峰峰值的影响。结果表明:中央交会时车外压力波动最为剧烈,最大正压值、最大负压值与压力峰峰值均达到峰值,例如在400 km/h速度下,856 m隧道内头车压力峰峰值达12.88 kPa,显著高于其他交会位置,故中央交会被确定为最不利交会位置。进一步探究隧道长度的影响发现,压力波动强度随隧道长度呈现非线性变化。在400 km/h速度下,571 m隧道内头车最大负压值达-10.32 kPa,压力峰峰值为13.66 kPa,较其他长度隧道分别提升2.28%~7.05%与3.45%~16.88%,表明571 m为最不利隧道长度。此外,速度对压力波动具有显著放大效应:450 km/h速度下,头车最大压力峰峰值达17.90 kPa,较300 km/h工况增长152.3%,且负压峰值出现时刻随速度增加提前。研究还揭示了车外压力动态演变规律:列车驶入隧道时压力线性上升,车尾完全进入后压力短暂降低,而对向列车进入引发的压缩波导致压力二次激增。两列车交会期间,压力波动幅值较单车工况更为剧烈,且尾车压力波动幅值低于头车与中间车。本文通过多参数耦合分析,明确了中央交会与571 m隧道为车外压力最不利

关 键 词：时速400公里 一维流动模型特征线法 两列车交会 车外压力波动 最不利隧道长度 

分 类 号：U45[建筑科学—桥梁与隧道工程] U270.1[交通运输工程—道路与铁道工程]