豎井參數(shù)對(duì)400km·h-1高鐵隧道微氣壓波的影響研究

王田天，朱 宇，焦齊柱，張 雷，田旭東，施方成，陸意斌，管鴻浩

（1.中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2.中南大學(xué) 軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410075；3.湖南大學(xué) 機(jī)械與載運(yùn)工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；4.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063；5.水下隧道技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，湖北 武漢 430063）

我國(guó)高速鐵路正在快速發(fā)展，最高運(yùn)營(yíng)速度已達(dá)到350 km·h-1。隨著乘客對(duì)高速鐵路出行需求的提升，國(guó)家已開(kāi)始研發(fā)設(shè)計(jì)400 km·h-1的高速列車。而列車運(yùn)行速度的提升所帶來(lái)的各種空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題也愈嚴(yán)重，隧道口微氣壓波就是其中之一［1-2］。當(dāng)列車駛?cè)胨淼罆r(shí)，列車前方的空氣會(huì)被壓縮從而產(chǎn)生初始?jí)嚎s波，該壓縮波以聲速向前傳播，傳播到隧道口時(shí)其中大部分以膨脹波的形式反射回來(lái)，一部分則向外產(chǎn)生1個(gè)脈沖波，該脈沖波就是微氣壓波［3］。列車速度的提升使微氣壓波顯著增大，過(guò)大的微氣壓波產(chǎn)生的噪聲污染和振動(dòng)破壞不僅對(duì)周圍的環(huán)境造成危害，同時(shí)也給附近居民的日常生活安全帶來(lái)不利影響［4-5］。因此，緩解400 km·h-1高速鐵路隧道出口微氣壓波對(duì)保護(hù)隧道口周圍環(huán)境、保障居民生活安全具有重要意義。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)緩解微氣壓波的措施展開(kāi)了大量研究。由于微氣壓波是與列車頭部進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始?jí)嚎s波有關(guān)，所以優(yōu)化列車頭部形狀能有效緩解微氣壓波［6］。Kikuchi 等［7］為降低隧道口微氣壓波，采用快速計(jì)算方案和遺傳算法確定了最優(yōu)的列車頭部形狀，并通過(guò)比例模型試驗(yàn)驗(yàn)證了列車頭部?jī)?yōu)化的效果。Munoz-Paniagua 等［8］采用遺傳算法對(duì)列車頭部外形進(jìn)行優(yōu)化，有效降低了初始?jí)嚎s波的最大壓力梯度，從而緩解了微氣壓波。改變隧道結(jié)構(gòu)（例如在隧道口建設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)或修建輔助坑道）也能有效緩解微氣壓波［9］。張雷等［10］采用2 車編組研究了隧道出口不同護(hù)坡對(duì)微氣壓波的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)護(hù)坡增大到一定面積后隧道口微氣壓波不再變化。趙宇等［11］對(duì)高速列車經(jīng)過(guò)帶有通風(fēng)豎井的單線隧道所引起的微氣壓波進(jìn)行數(shù)值模擬，并將不同豎井參數(shù)對(duì)微氣壓波的影響進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)微氣壓波對(duì)豎井橫截面面積的變化最敏感。姚拴寶等［12］對(duì)隧道入口喇叭型緩沖結(jié)構(gòu)的幾何外形進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的緩沖結(jié)構(gòu)，微氣壓波可降低42.1%。近幾年因?yàn)榱熊囁俣鹊奶嵘?，同時(shí)也展開(kāi)了更高速度下的隧道空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究。羅祿森等［13］基于我國(guó)現(xiàn)行的高速列車車廂內(nèi)壓力舒適度控制標(biāo)準(zhǔn)，探討了不同速度條件下隧道凈空斷面面積，結(jié)果表明當(dāng)列車速度為450 km·h-1時(shí)，隧道的斷面面積需大于120 m2。李紅梅等［14］對(duì)高速列車在隧道中等速交會(huì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)隧道斷面面積為100 m2時(shí)，車體表面所受到的壓力最大值、最小值以及壓力峰峰值與車速成冪指數(shù)關(guān)系，冪指數(shù)約為2.2～2.3。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展有關(guān)豎井緩解微氣壓波的研究主要集中在最高車速為350 km·h-1的鐵路隧道上，而針對(duì)400 km·h-1高速鐵路隧道上豎井參數(shù)對(duì)其微氣壓波的影響研究較少，微氣壓波隨豎井參數(shù)的變化規(guī)律尚未明確。

本文研究豎井位置、豎井高度和豎井橫截面面積3 個(gè)參數(shù)對(duì)400 km·h-1高速鐵路隧道口微氣壓波的影響，研究結(jié)果為400 km·h-1速度下隧道內(nèi)豎井參數(shù)設(shè)計(jì)有著實(shí)際性的參考價(jià)值。

1 研究方法

1.1 計(jì)算模型

列車選用某型號(hào)高速動(dòng)車組，因?yàn)槲鈮翰ㄖ饕c列車的流線型頭部形狀有關(guān)［15］，所以采用包含頭車和尾車的2 車編組，并去掉轉(zhuǎn)向架、受電弓等對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小的部件，只保留列車典型的氣動(dòng)外形。列車全長(zhǎng)約54.4 m，車高3.94 m，車寬3.36 m，流線型長(zhǎng)度約為12 m。隧道采用斷面面積為100 m2的典型高速鐵路雙線隧道，列車的線間距為5 m［16］。建立列車和隧道斷面模型如圖1所示，有豎井的隧道模型如圖2所示。圖中：L為豎井位置距隧道入口的距離；H為豎井高度；S為豎井橫截面面積。

圖1 列車和隧道斷面模型（單位：m）

圖2 有豎井的隧道幾何模型

在趙勇等［17］的調(diào)查中顯示，我國(guó)高速鐵路隧道中，長(zhǎng)度在3 km 以下的隧道占比達(dá)到了80%以上。以武廣線為例，在隧道長(zhǎng)度為500 m 以上的隧道中，長(zhǎng)度在500～1 500 m 之內(nèi)的隧道占比達(dá)到了65.7%。而本文不涉及隧道長(zhǎng)度對(duì)微氣壓波的影響，同時(shí)也考慮了列車通過(guò)有豎井的隧道時(shí)產(chǎn)生的壓縮波能充分發(fā)展，所以選擇長(zhǎng)度1 km 的隧道為典型代表進(jìn)行研究，分析豎井位置距隧道入口距離L、豎井高度H及豎井橫截面面積S對(duì)400 km·h-1高速鐵路隧道出口微氣壓波的影響。有研究表明豎井橫截面形狀對(duì)微氣壓波的影響很小，所以豎井橫截面采用正方形［11］。具體工況參數(shù)為：L分別取50，100，200，300，400 及500 m，H分別取10，20，30，40 及50 m，S分別取16，25，36，49，64及81 m2，并設(shè)置無(wú)豎井的隧道為對(duì)照組。

1.2 計(jì)算區(qū)域與邊界條件

采用滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬列車與隧道之間的相互運(yùn)動(dòng)［18］，計(jì)算區(qū)域分為滑移域和靜止域，如圖3所示。圖中：包裹著列車的滑移域以速度400 km·h-1向前移動(dòng)；靜止域包含隧道入口、有豎井的隧道、豎井上方和隧道出口。

圖3 計(jì)算域和邊界條件設(shè)置（單位：m）

為保證流場(chǎng)的充分發(fā)展，設(shè)置隧道口的大氣區(qū)域長(zhǎng)300 m，寬100 m，高50 m，豎井上方的大氣區(qū)域長(zhǎng)、寬、高均為60 m。隧道入口的大氣區(qū)域中地面和山體面設(shè)置為壁面，其余面為壓力入口；隧道出口的大氣區(qū)域中地面和山體面設(shè)置為壁面，其余面為壓力遠(yuǎn)場(chǎng)；隧道包括豎井結(jié)構(gòu)及列車均設(shè)置為壁面；豎井上方的區(qū)域中底面設(shè)置為壁面，其余面設(shè)置為壓力遠(yuǎn)場(chǎng)；滑移域兩端設(shè)置為壓力入口和壓力出口，靜止域和滑移域之間建立交換面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

1.3 網(wǎng)格劃分

采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分列車周圍復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其余部分則為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，各區(qū)域網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。

圖4 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格

為驗(yàn)證網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性，將動(dòng)模型試驗(yàn)的模型分別采用粗、中、細(xì)3種規(guī)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并把數(shù)值模擬與動(dòng)模型試驗(yàn)中測(cè)點(diǎn)的壓力幅值（即壓力最大值與最小值之差）進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：粗網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果偏差較大，中網(wǎng)格和細(xì)網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果相近且偏差都較小，而細(xì)網(wǎng)格所計(jì)算的時(shí)間要多于中網(wǎng)格，為保證計(jì)算效率，選用中網(wǎng)格的劃分規(guī)格進(jìn)行研究。

表1 網(wǎng)格劃分規(guī)格和壓力幅值對(duì)比

1.4 求解設(shè)置和測(cè)點(diǎn)布置

選用基于有限體積法的ANSYS Fluent 對(duì)列車通過(guò)隧道時(shí)微氣壓波的變化進(jìn)行數(shù)值模擬求解。由于列車進(jìn)入隧道時(shí)空氣會(huì)受到隧道壁面和車體的限制，要考慮空氣的可壓縮性，所以采用三維、非定常、可壓縮的納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes方程，簡(jiǎn)稱N-S 方程）對(duì)列車過(guò)隧道的復(fù)雜流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，其中重整化群k-ε湍流模型（Renormalization groupk-εmodel，簡(jiǎn)稱RNGk-ε湍流模型）具有較好的可靠性和穩(wěn)定性［19-21］。壓力-速度耦合求解使用壓力耦合方程組的半隱式方法（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations，簡(jiǎn)稱SIMPIE 算法），空間離散采用二階迎風(fēng)格式，時(shí)間離散采用二階隱式格式，采取格林-高斯（Green-Gauss）單元法進(jìn)行梯度變化的控制［1］。時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為7.5 ms，并且每步迭代50 次，確?；凭W(wǎng)格每次移動(dòng)的距離不會(huì)影響計(jì)算效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性［18］。

微氣壓波一般以隧道出口20 m 處的幅值為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)［10］，所以本文重點(diǎn)研究隧道出口20 m 處的微氣壓波。在隧道出口20 m 處布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位于靠近列車一側(cè)且距軌面高1 m。

2 數(shù)值方法驗(yàn)證

2.1 動(dòng)模型試驗(yàn)

采用動(dòng)模型試驗(yàn)對(duì)數(shù)值方法進(jìn)行驗(yàn)證，該試驗(yàn)平臺(tái)位于中南大學(xué)軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，能有效模擬高速列車通過(guò)單線隧道、雙線隧道、兩列車隧道交會(huì)試驗(yàn)等非穩(wěn)定空氣流動(dòng)問(wèn)題［12］。

動(dòng)模型試驗(yàn)采用1∶20 的縮比模型，隧道模型所對(duì)應(yīng)的實(shí)際隧道長(zhǎng)度為164 m，實(shí)際斷面凈空面積為70 m2。試驗(yàn)速度為350 km·h-1。動(dòng)模型試驗(yàn)［9］和數(shù)值模擬的列車模型如圖5所示。

圖5 動(dòng)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的列車模型

為保證與運(yùn)動(dòng)模型試驗(yàn)條件的一致性，數(shù)值模擬模型中的隧道采用無(wú)豎井形式。數(shù)值模擬的計(jì)算域邊界條件設(shè)置與圖3一致，如圖6所示。

圖6 數(shù)值模擬的計(jì)算域（單位：m）

2.2 結(jié)果對(duì)比

將數(shù)值模擬結(jié)果與動(dòng)模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。距隧道入口90 和120 m 處隧道壁面測(cè)點(diǎn)的動(dòng)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬曲線對(duì)比如圖7和圖8所示。

圖7 距隧道入口90 m處測(cè)試結(jié)果

圖8 距隧道入口120 m處測(cè)試結(jié)果

從圖7和圖8可以看出：數(shù)值模擬與動(dòng)模型試驗(yàn)曲線吻合度較好，初始?jí)嚎s波最大壓力梯度偏差不超過(guò)3.1%；而微氣壓波幅值與初始?jí)嚎s波最大壓力梯度成正比關(guān)系，與文獻(xiàn)［9］的結(jié)果一致；最大壓力梯度偏差小可表示微氣壓波幅值偏差小，說(shuō)明本文采用的數(shù)值計(jì)算方法能有效捕捉微氣壓波。

3 結(jié)果分析

3.1 有無(wú)豎井時(shí)微氣壓波對(duì)比

有、無(wú)豎井條件下隧道出口20 m 處的微氣壓波曲線對(duì)比如圖9所示。其中豎井距隧道入口200 m，豎井高度為20 m，豎井橫截面面積為36 m2。

圖9 隧道出口20 m處的微氣壓波

從圖9可以看出：在隧道有豎井結(jié)構(gòu)的情況下，初始?jí)嚎s波傳播到隧道口引起的微氣壓波第一波峰得到了緩解，這是由豎井對(duì)初始?jí)嚎s波的分流作用造成的。

豎井對(duì)初始?jí)嚎s波的分流作用示意圖如圖10所示。從圖10可以看出：當(dāng)列車頭車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始?jí)嚎s波經(jīng)過(guò)豎井時(shí)，其中一小部分會(huì)以膨脹波的形式反射回去，其余則分成2 個(gè)壓縮波，1個(gè)沿著豎井向豎井外的大氣傳播，另1個(gè)繼續(xù)向隧道出口傳播。

圖10 豎井對(duì)初始?jí)嚎s波的分流作用示意圖

列車進(jìn)入有、無(wú)豎井隧道時(shí)，空氣壓縮流線分布圖如圖11所示。從圖11也可以看出：當(dāng)列車進(jìn)入有豎井結(jié)構(gòu)的隧道時(shí)，列車頭部前方被壓縮的空氣一部分沿著隧道繼續(xù)向前流動(dòng)，而另一部分則通過(guò)豎井流向豎井外的大氣中；從壓力分布來(lái)看，列車進(jìn)入有豎井結(jié)構(gòu)的隧道時(shí)，其前方壓縮的空氣壓力也相對(duì)于無(wú)豎井的隧道較小，這表示初始?jí)嚎s波的強(qiáng)度得到了減弱，所以微氣壓波第一波峰幅值減小。

圖11 有無(wú)豎井隧道空氣壓縮流線分布圖

而同樣在有豎井結(jié)構(gòu)的隧道下，列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)空間突變率增大，也會(huì)產(chǎn)生1個(gè)壓縮波，其示意圖如圖12所示。圖中：假設(shè)豎井把隧道分割成2個(gè)短隧道，A處表示前1 個(gè)隧道的出口，B處表示后1 個(gè)隧道的入口，AB中間連通著豎井外的大氣域。

圖12 列車經(jīng)過(guò)豎井產(chǎn)生的壓縮波示意圖

從圖12可以看出：列車頭車經(jīng)過(guò)B處類似于列車駛?cè)胨淼赖那闆r，會(huì)壓縮AB之間的空氣從而產(chǎn)生1個(gè)壓縮波并向前傳播；該壓縮波傳播到隧道出口也會(huì)引起微氣壓波的1 個(gè)波峰，即圖9中的第二波峰；當(dāng)豎井參數(shù)發(fā)生變化時(shí)第二波峰可能會(huì)超過(guò)第一波峰，所以下面重點(diǎn)研究豎井位置、高度、橫截面面積這3個(gè)參數(shù)對(duì)2個(gè)波峰的影響。

3.2 豎井位置對(duì)微氣壓波的影響

保持豎井高度20 m、豎井橫截面面積36 m2不變，研究豎井位置對(duì)微氣壓波2 個(gè)波峰的影響。不同豎井位置下，隧道出口20 m 處微氣壓波2 個(gè)波峰幅值對(duì)比如圖13所示。

圖13 不同豎井位置的微氣壓波2個(gè)波峰幅值

從圖13可以看出：第一波峰在不同豎井位置下都得到了較好的緩解，但其幅值對(duì)位置的變化不敏感；而對(duì)于第二波峰，不同豎井位置下的幅值均小于第一波峰，這表示對(duì)隧道口環(huán)境危害較大的仍為初始?jí)嚎s波傳播到隧道口引起的第一波峰；當(dāng)豎井位于距隧道入口50 m 處時(shí)，第二波峰幅值相對(duì)于其他豎井位置較小。

由3.1 節(jié)中分析可知，初始?jí)嚎s波分流到豎井內(nèi)的壓縮波傳播到豎井出口時(shí)會(huì)反射回1 個(gè)膨脹波，該膨脹波沿著豎井向下傳播到豎井與隧道連接處，從而一定程度上緩解了列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)產(chǎn)生的壓縮波強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致第二波峰幅值相對(duì)較小。綜上所述，相比其他豎井位置，當(dāng)豎井位于距隧道入口50 m 處時(shí)微氣壓波幅值最小，隧道出口20 m 處的微氣壓波幅值為90.6 Pa，相對(duì)于無(wú)豎井時(shí)的緩解率為35.93%。

3.3 豎井高度對(duì)微氣壓波的影響

保持豎井距隧道入口50 m、豎井橫截面面積36 m2不變，研究豎井高度對(duì)微氣壓波2 個(gè)波峰的影響。隧道出口20 m 處微氣壓波2 個(gè)波峰幅值隨豎井高度的變化曲線如圖14所示。

圖14 微氣壓波2個(gè)波峰幅值隨豎井高度的變化

從圖14可以看出：當(dāng)豎井高度增加時(shí)，第一波峰幅值增大，第二波峰幅值減小，且2 者的變化趨勢(shì)越來(lái)越緩慢；當(dāng)豎井高度為20 m 時(shí)微氣壓波幅值最小，隧道出口20 m 處的微氣壓波幅值為90.6 Pa，相對(duì)于無(wú)豎井時(shí)的緩解率達(dá)到了35.93%。

微氣壓波的2 個(gè)波峰是由列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始?jí)嚎s波和列車經(jīng)過(guò)豎井產(chǎn)生的壓縮波傳播到了隧道出口，所以選用高度10 和20 m 條件下的壓力云圖為例，分析豎井高度對(duì)2 個(gè)壓縮波的影響。豎井高度10 和20 m 時(shí)列車頭車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)的壓力云圖如圖15所示。

從圖15可以看出：豎井高度從10 m 增加到20 m 時(shí)，初始?jí)嚎s波強(qiáng)度增強(qiáng)，這是因?yàn)楦叨仍黾?，豎井外的大氣距隧道的距離增加，空氣更難釋放出去，豎井對(duì)初始?jí)嚎s波的分流作用減弱，進(jìn)而導(dǎo)致第一波峰幅值增大；而對(duì)于第二波峰，其幅值是隨著高度增加而減小，這是因?yàn)槌跏級(jí)嚎s波分流到豎井內(nèi)的壓縮波在豎井出口會(huì)反射回1個(gè)膨脹波，該膨脹波會(huì)影響列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)產(chǎn)生的壓縮波強(qiáng)度。

圖15 不同豎井高度下列車頭車的壓力云圖

當(dāng)豎井高度發(fā)生變化時(shí)，反射的膨脹波傳播到豎井與隧道連接處的時(shí)間不同，其對(duì)列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)產(chǎn)生的壓縮波強(qiáng)度的影響也不同。在豎井距離隧道入口50 m 的情況下，列車頭車從進(jìn)入隧道到經(jīng)過(guò)豎井的時(shí)間t0約為0.45 s。而初始?jí)嚎s波分流到豎井內(nèi)的壓縮波在豎井出口反射回的膨脹波傳播到豎井與隧道連接處的時(shí)間t與豎井高度H的關(guān)系式為

式中：c為聲速。

從式（1）可見(jiàn)，當(dāng)H從10 m 增大到50 m 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的t越接近t0。這意味著高度增加時(shí)，膨脹波傳播到豎井與隧道連接處的時(shí)間越接近于列車經(jīng)過(guò)豎井的時(shí)間，其對(duì)列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)產(chǎn)生的壓縮波強(qiáng)度的影響也越大，從而導(dǎo)致第二波峰幅值隨著高度增加而減小。

3.4 豎井橫截面面積對(duì)微氣壓波的影響

保持豎井距隧道入口50 m、豎井高度20 m 不變，研究豎井橫截面面積對(duì)微氣壓波2 個(gè)波峰的影響。隧道出口20 m 處微氣壓波2 個(gè)波峰幅值隨豎井橫截面面積的變化對(duì)比如圖16所示。

圖16 微氣壓波2個(gè)波峰幅值隨豎井橫截面面積的變化

從圖16可以看出：當(dāng)豎井橫截面面積增大時(shí)，第一波峰幅值減小，說(shuō)明增大豎井橫截面面積可進(jìn)一步有效緩解微氣壓波；但同時(shí)第二波峰幅值會(huì)增大，其中當(dāng)豎井橫截面面積增大到81 m2時(shí)甚至超過(guò)了第一波峰，這說(shuō)明豎井橫截面面積不是越大越好，當(dāng)其增大到某個(gè)值以后，可能會(huì)對(duì)隧道口周圍環(huán)境造成更大的危害；當(dāng)豎井橫截面面積為64 m2，隧道出口20 m 處的微氣壓波幅值為72.4 Pa，相對(duì)于無(wú)豎井時(shí)的緩解率達(dá)到了48.80%。

與豎井高度所分析的類似，微氣壓波的2 個(gè)波峰是由列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始?jí)嚎s波和列車經(jīng)過(guò)豎井產(chǎn)生的壓縮波傳播到隧道口產(chǎn)生的，所以選用豎井橫截面面積分別為36 和81 m2時(shí)的壓力云圖為例，分析豎井橫截面面積對(duì)2 個(gè)壓縮波的影響。豎井橫截面面積分別為36 和81 m2時(shí)列車頭車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)的壓力云圖如圖17所示。

圖17 不同豎井橫截面面積下列車頭車的壓力云圖

從圖17可以看出：豎井橫截面面積從36 m2增大到81 m2，初始?jí)嚎s波強(qiáng)度減弱，這是因?yàn)樨Q井橫截面面積增大時(shí)，空氣更容易釋放出去，初始?jí)嚎s波會(huì)更多地沿著豎井向豎井外的大氣排出，表示豎井對(duì)初始?jí)嚎s波的分流作用增強(qiáng)，而相應(yīng)的向隧道出口傳播的壓縮波強(qiáng)度減弱，進(jìn)而導(dǎo)致第一波峰幅值減?。欢Q井橫截面面積增大時(shí)，第二波峰幅值增大，這是因?yàn)樨Q井橫截面面積增大會(huì)使列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)頭車前方被壓縮的氣體量增多，產(chǎn)生的壓縮波強(qiáng)度更大，從而導(dǎo)致第二波峰增大。

4 結(jié) 論

（1）列車在進(jìn)入隧道入口和經(jīng)過(guò)豎井時(shí)都會(huì)產(chǎn)生壓縮波，兩者向前傳播到隧道出口時(shí)會(huì)造成微氣壓波發(fā)生變化，分別對(duì)應(yīng)微氣壓波的第一波峰和第二波峰。微氣壓波第一波峰幅值對(duì)豎井位置的變化不敏感，且在豎井高度和橫截面面積保持一定的情況下第二波峰幅值均小于第一波峰。其中當(dāng)豎井距隧道入口50 m 時(shí)，微氣壓波幅值最小，隧道出口20 m處的微氣壓波幅值為90.6 Pa。

（2）微氣壓波第一波峰幅值隨豎井高度增加而增大，這是因?yàn)樨Q井高度越高，初始?jí)嚎s波更難從豎井處釋放出去。第二波峰幅值隨豎井高度增加而減小，這主要受初始?jí)嚎s波分流到豎井內(nèi)的壓縮波傳播到豎井出口反射的膨脹波和列車經(jīng)過(guò)豎井時(shí)產(chǎn)生的壓縮波的疊加影響。綜合對(duì)比，當(dāng)高度為20 m 時(shí)微氣壓波幅值最小，隧道出口20 m 處的微氣壓波幅值緩解率達(dá)到了35.93%。

（3）微氣壓波第一波峰幅值隨豎井橫截面面積增大而減小，第二波峰幅值隨豎井橫截面面積增大而增大。而當(dāng)豎井橫截面面積增大到81 m2時(shí)第二波峰幅值甚至超過(guò)了第一波峰，微氣壓波反而沒(méi)有得到緩解。其中當(dāng)豎井橫截面面積為64 m2時(shí)，隧道出口20 m處的微氣壓波幅值緩解了48.80%。