[发明专利]一种全域调控的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法

说明书

本发明提供了一种全域调控的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法，包括：在隧道入口，通过缓冲结构延长初始压缩波的上升时间，使得压力上升分为两个阶段，降低压力梯度幅值；在隧道内部设置减压腔，使得压缩波在减压腔内发生多次振荡，耗散压力波能量从而缓解压力波和压力梯度幅值；同时也可在隧道内部壁面采用局部吸气方法进一步降低初始压缩波强度；在隧道出口，增大缓冲结构透孔率，引导气流通过孔流向外部耗散能量，进一步缓解隧道出口微气压波幅值。本发明通过在隧道入口‑隧道中‑隧道出口逐级能量耗散实现对隧道内交变压力幅值、隧道出口微气压波的有效缓解，满足多运行条件下列车快速通过隧道的气动要求，且同时能够满足双向行驶需求。

技术领域

本发明涉及高速列车隧道空气动力学技术领域，特别涉及一种全域调控的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法。

背景技术

列车进入隧道时形成的压缩波以声速传播到隧道出口时，一部分会突然膨胀，以脉冲的形式向隧道外辐射，产生微气压波。微气压波会在隧道出口产生剧烈的爆破噪声，对周围的环境以及居民生活产生不利影响。随着列车速度的提升，尤其是高速磁浮列车达到了600km/h，当列车进入隧道时，由于空气流动的空间受到限制而产生的隧道压力波的波动更加剧烈，在隧道出口处产生的微气压波幅值更大。

目前，缓解微气压波幅值的主要方法为在高铁隧道入口处设置缓冲结构、扩大隧道口横截面或者隧道口增设横通道。这些方法对于时速400km及以下高速列车可以起到良好的效果，但随着列车车速的增加，尤其是当高速磁浮列车车速达到600km/h时，隧道内交变压力幅值以及隧道出口微气压波将急剧增加，导致现有缓解措施失效。因此，亟需提出一种新的全域调控的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法，以期实现高速铁路隧道内压力波幅值以及隧道出口微气压波幅值大幅缓解。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种全域调控的、涉及隧道入口、隧道内部、隧道出口位置的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法.

为了达到上述目的，本发明提供了一种全域调控的高速铁路隧道、缓冲结构设计方法，包括：

在隧道入口，通过缓冲结构延长初始压缩波的上升时间，使得压力上升分为两个阶段，降低压力梯度幅值；

在隧道内部，设置减压腔，使得压力波在减压腔内发生多次振荡，耗散压力波能量从而缓解压力波和压力梯度幅值；和/或在隧道内部壁面局部吸气，当初始压缩波传递至局部吸气处时，开启吸气，减少压缩波气流量，进一步降低初始压缩波强度，从而减缓初始压缩波和压力梯度幅值以及隧道出口微气压波幅值；

在隧道出口，增大缓冲结构的透孔率，引导气流通过孔流向外部耗散能量，进一步缓解隧道出口微气压波幅值。

进一步地，在隧道入口，设置缓冲结构为断面扩大型无开孔缓冲结构。

进一步地，在隧道出口，设置缓冲结构为断面扩大型开孔缓冲结构。

进一步地，断面扩大型开孔缓冲结构设置为渐变开孔断面扩大型缓冲结构，靠近隧道口端至外侧端的开孔率逐渐增大。

进一步地，在隧道两端，缓冲结构设置为渐变开孔断面扩大型缓冲结构，靠近隧道口端至外侧端的开孔率逐渐增大。

进一步地，在隧道两端，缓冲结构设置为断面扩大型缓冲结构，缓冲结构上设置可切换开闭状态的开孔，列车经过隧道时隧道入口处的缓冲结构开孔关闭，隧道出口处的缓冲结构开孔开启。

进一步地，缓冲结构靠近隧道口端至外侧端的开孔率逐渐增大。

进一步地，在隧道内设置拱形板，拱形板上开设有多个透孔，且沿隧道长度方向分布，拱形板与扩挖后的隧道壁面之间形成减压腔，减压腔根据隧道长度设置一个或多个。

进一步地，在隧道内部设置吸气段，吸气段根据隧道长度设置一个或多个，吸气速度方向垂直于壁面。