東莞軌道交通2號(hào)線空氣動(dòng)力學(xué)及運(yùn)行舒適度的研究與實(shí)踐

陳 波，胡文偉

（1. 廣東珠三角城際軌道交通有限公司，廣州 510308；2. 東莞市軌道交通有限公司，東莞 523320）

東莞市城市軌道交通線網(wǎng)由4條線路組成，是東莞市連接各鎮(zhèn)街及珠三角周邊城市，1具有“內(nèi)聚外聯(lián)”功能的骨干線網(wǎng)。其中1號(hào)線總長(zhǎng)69.6 km，2號(hào)線總長(zhǎng)55.7 km，3號(hào)線總長(zhǎng)66.2 km，4號(hào)線總長(zhǎng)26.8 km，線網(wǎng)總里程218.3 km（見(jiàn)圖1）。

東莞市城市軌道交通2號(hào)線（后簡(jiǎn)稱2號(hào)線）首通段（一期、二期）37.8 km，是東莞市軌道交通線網(wǎng)中連接?xùn)|莞北部與西南部的骨干線，居住人口密集、交通繁忙、城鎮(zhèn)間客運(yùn)交通來(lái)往量較大，共設(shè)車(chē)站15座，其中高架車(chē)站1座，地下車(chē)站14座，在東城區(qū)茶山站西側(cè)設(shè)車(chē)輛段1座，線網(wǎng)控制中心設(shè)于西平站西北側(cè)，全線共設(shè)置2座主變電所。

由于東莞市城市軌道交通線網(wǎng) 1～3號(hào)線線路比較長(zhǎng)，為了滿足乘客全線網(wǎng)整體出行的時(shí)間要求及全線網(wǎng)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，東莞市城市軌道交通線網(wǎng)擬定的最高運(yùn)行速度目標(biāo)值為120 km/h。

圖1 東莞市城市軌道交通線網(wǎng)Fig. 1 Dongguan city rail transit network

1 標(biāo)準(zhǔn)及理論分析

目前我國(guó)現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）[1]和《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo) 104—2008）[2]限定的列車(chē)最高運(yùn)行速度為100 km/h，地鐵列車(chē)在隧道內(nèi)一般以不高于100 km/h的速度運(yùn)行，在隧道內(nèi)高于100 km/h的速度運(yùn)行需要另行專題研究設(shè)計(jì)。為了緩解地鐵列車(chē)在隧道內(nèi)高速運(yùn)行對(duì)乘客造成的影響，2號(hào)線在設(shè)計(jì)之初就隧道空氣動(dòng)力學(xué)、乘客舒適度、隧道斷面的選擇、車(chē)輛氣密性及流線型設(shè)計(jì)開(kāi)展了專題研究，形成專題報(bào)告指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

1.1 車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)及舒適度標(biāo)準(zhǔn)

隨著列車(chē)在隧道內(nèi)運(yùn)行速度的提高，空氣壓力變化傳入車(chē)廂內(nèi)給乘客造成的不舒適程度逐漸增加。為了解氣壓變化對(duì)人體舒適性的影響，英國(guó)、日本、德國(guó)等高速列車(chē)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此開(kāi)展了大量研究。目前，國(guó)際上對(duì)氣壓變化環(huán)境下人體舒適度評(píng)價(jià)有兩種方法：一種是通過(guò)壓力變化幅值和壓力變化率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)估；另一種是考核某一時(shí)間段內(nèi)的壓力變化幅值，這一時(shí)間段是根據(jù)人耳對(duì)外界氣壓變化完成自我調(diào)整所需時(shí)間來(lái)確定的。世界各國(guó)根據(jù)各自的試驗(yàn)研究結(jié)果、線路條件等，制定了不同的人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

慕尼黑德國(guó)聯(lián)邦鐵路總局（BZA）對(duì)志愿受試人員在試驗(yàn)壓力艙和新建線路運(yùn)行列車(chē)中進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，得出結(jié)論：對(duì)于空氣壓力波的忍受力沒(méi)有絕對(duì)不變的極限。對(duì)旅客舒適度的影響取決于：

1）空氣壓力波動(dòng)變化的幅度（Pa）；

2）壓力上升或壓力下降的梯度（Pa/s）；

3）發(fā)生該波動(dòng)的頻繁性。

在壓力變化幅度和梯度之間確定了一種關(guān)系：壓力變化越大，壓力變化加速度就越小，如圖2所示[3]。

圖2 耳感不舒適度評(píng)定曲線Fig. 2 Evaluation curve of sensation of ear discomfort

圖2中曲線為大多數(shù)乘客“正好還沒(méi)有不舒適感覺(jué)”的壓力變化與所需時(shí)間的關(guān)系。這些值偶爾超過(guò)1次（例如，1 h 1次），絕大多數(shù)乘客能夠無(wú)抱怨地接受，而較頻繁地超過(guò)該值時(shí)就會(huì)感到不舒適，并會(huì)越來(lái)越敏感。在遇到隧道斷面變化、通風(fēng)井時(shí)，隨著壓力迅速上升會(huì)出現(xiàn)明顯不適的感覺(jué)。

回顧國(guó)內(nèi)外研究制定空氣動(dòng)力學(xué)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程，絕大多數(shù)國(guó)家都在最初制定的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整，逐漸趨于中間水平。在舒適度標(biāo)準(zhǔn)中，越來(lái)越多地采用單一時(shí)間間隔內(nèi)的最大壓力變化值標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歐洲和日本近期對(duì)壓力舒適性方面的研究，發(fā)現(xiàn)人體建立中耳和外界的壓力平衡所需時(shí)間大約為3～4 s，即人耳對(duì)壓力的反應(yīng)時(shí)間為3～4 s，采用單一時(shí)間間隔內(nèi)的壓力變化值能較準(zhǔn)確地反映出人體舒適度。因此，2號(hào)線空氣動(dòng)力學(xué)舒適度準(zhǔn)則采用單一時(shí)間間隔內(nèi)（3 s）的最大壓力變化值標(biāo)準(zhǔn)作為空氣動(dòng)力學(xué)舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，兼顧氣壓變化率不超過(guò)一個(gè)固定值。

綜上所述，參考我國(guó)高速鐵路對(duì)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的研究[4]，綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇2號(hào)線車(chē)輛客室內(nèi)壓力≤700 Pa/3s，同時(shí)兼顧氣壓變化率在330～370 Pa/s。

對(duì)于司機(jī)室，司機(jī)在其中的工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，經(jīng)受壓力波動(dòng)的頻次更多，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)比客室車(chē)廂內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)高一些，選擇司機(jī)室車(chē)廂內(nèi)壓力≤600 Pa/3s。

1.2 空氣動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算

1.2.1 主要影響因素

1）列車(chē)方面：運(yùn)行速度、橫截面積、車(chē)頭和車(chē)尾形狀、編組長(zhǎng)度及車(chē)輛的氣密性等[5]；

2）隧道方面：隧道有效凈空面積、阻塞比、通風(fēng)井緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置、隧道出口緩沖設(shè)置等；

1.2.2 仿真計(jì)算數(shù)值模型

根據(jù)2號(hào)線工程隧道通風(fēng)與列車(chē)隧道阻力、舒適度分析研究技術(shù)專題研究成果，隧道空氣動(dòng)力分析考慮連續(xù)和動(dòng)量方程式，而在能量變化劇烈的位置或相應(yīng)情況下，還需要考慮增加能量方程式。

微分形式的連續(xù)方程、動(dòng)量方程和能量方程分別為[6]：

三維模型計(jì)算中采用了基于有限元的有限體積法，在保證有限體積法的守恒特性基礎(chǔ)上，吸收了有限元法的數(shù)值精確性?？紤]守恒形式的控制方程，無(wú)源項(xiàng)條件下，笛卡爾坐標(biāo)系（ ,,ijk）中，對(duì)于一個(gè)確定的控制體應(yīng)用高斯定理，得到積分形式的控制方程：

式中：V表示控制體的體積，S表示控制體的表面積，djn表示垂直控制體表面指向外的法向量。對(duì)于六面體網(wǎng)格單元，采用24點(diǎn)積分，對(duì)于四面體網(wǎng)格單元，采用60點(diǎn)積分。

1.2.3 三維模型的選擇

標(biāo)準(zhǔn)B型地鐵列車(chē)模型[7-8]，如圖3所示，中間風(fēng)井模型如圖4所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)B型地鐵列車(chē)模型Fig. 3 Model of standard B metro train

1.2.4 2號(hào)線仿真計(jì)算方案

通過(guò)2號(hào)線的空氣動(dòng)力學(xué)及影響因素分析，需要分析的情況有以下幾種。

1）列車(chē)在無(wú)中間風(fēng)井的短區(qū)間隧道內(nèi)運(yùn)行情況。

隧道斷面取現(xiàn)行地鐵通用內(nèi)徑5.4 m，區(qū)間隧道長(zhǎng)度為3 km。根據(jù)計(jì)算情況，如空氣動(dòng)力學(xué)舒適度指標(biāo)不能滿足要求，將進(jìn)一步計(jì)算擴(kuò)大襯砌內(nèi)徑的情況。

圖4 無(wú)過(guò)渡段及有過(guò)渡段通風(fēng)井位置局部放大及網(wǎng)格劃分Fig. 4 Local magnification and grid division of the position of the ventilation shaft without and in transition section

2）列車(chē)在有中間風(fēng)井的長(zhǎng)大區(qū)間隧道內(nèi)運(yùn)行情況。

隧道斷面從現(xiàn)行地鐵通用內(nèi)徑開(kāi)始選取，分別取5.4、5.6、5.8、6.0 m（隧道軌面以上凈空面積分別為：21.6、23.3、25.1、26.9 m2）等。根據(jù)2號(hào)線實(shí)際情況，區(qū)間隧道長(zhǎng)度為5 km。

3）哈地站至陳屋站區(qū)間特殊分析。

哈地站至陳屋站區(qū)間總長(zhǎng)4.4 km，中間暗挖，兩邊盾構(gòu)，在區(qū)間正中間的位置設(shè)有中間風(fēng)井。長(zhǎng)度分別為：靠近哈地站段的盾構(gòu)長(zhǎng)度1.4 km、中間暗挖段長(zhǎng)度2.4 km、靠近陳屋站的盾構(gòu)段長(zhǎng)度0.6 km。

4）列車(chē)突入洞口情況。

結(jié)合展覽中心站（至東莞虎門(mén)站方向）附近有列車(chē)突入洞口的情況，現(xiàn)行地鐵隧道通用內(nèi)徑為 5.4 m的斷面，隧道長(zhǎng)度為1.5 km。

計(jì)算數(shù)據(jù)分析時(shí)，根據(jù)車(chē)輛漏氣點(diǎn)的位置，計(jì)算數(shù)據(jù)選取車(chē)頭與車(chē)廂連接處、每節(jié)車(chē)廂連接處、車(chē)尾與車(chē)廂連接處的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這些數(shù)據(jù)既能反映漏氣處的車(chē)外壓力，又覆蓋了整個(gè)車(chē)身外的壓力情況。具體數(shù)據(jù)選取位置如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)分析位置選取Fig. 5 Selection of data analysis location

1.3 數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果

1.3.1 壓力波形圖

列車(chē)在無(wú)中間風(fēng)井的隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，選取位置壓力波形圖如圖6所示（H-1為車(chē)頭，1-2為第1、2節(jié)車(chē)連接處，2-3為第2、3節(jié)車(chē)連接處，3-4為第3、4節(jié)車(chē)連接處，……，6-T為車(chē)尾）。

圖6 車(chē)速120 km/h、隧道長(zhǎng)度3 000 m、直徑5.4 m車(chē)身周?chē)鷫毫Σㄐ蜦ig. 6 Pressure waves around the car body at speed 120 km/h,tunnel length 3,000 m, and diameter 5.4 m

計(jì)算結(jié)果表明，在沒(méi)有中間風(fēng)井的短區(qū)間隧道內(nèi)，車(chē)內(nèi)3 s壓力變化最大值為450 Pa，遠(yuǎn)小于各國(guó)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)。地鐵隧道通用內(nèi)徑5.4 m，可以滿足舒適度的要求。

1.3.2 空氣壓力波

列車(chē)運(yùn)行空氣壓力波見(jiàn)圖7。

圖7 車(chē)速120 km/h、隧道直徑6.0 m車(chē)身周?chē)鷫毫Σㄐ蜦ig. 7 Pressure waves around the car body at a speed of 120 km/h and tunnel diameter of 6.0 m

3 s內(nèi)車(chē)內(nèi)壓力變化最大值如表1所示。

表1 3 s內(nèi)車(chē)內(nèi)壓力變化最大值Tab. 1 Maximum changes in 3 s within the carriage Pa

1.3.3 隧道突入洞口及設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)

列車(chē)突入洞口時(shí)，無(wú)緩沖結(jié)構(gòu)及增加緩沖結(jié)構(gòu)，計(jì)算空氣壓力波車(chē)內(nèi)3 s時(shí)間內(nèi)最大變化值如表2所示。

計(jì)算結(jié)果表明，列車(chē)突入地鐵通用內(nèi)徑5.4 m隧道洞口時(shí)，車(chē)內(nèi)壓力變化已不能滿足要求，需要在洞口設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置成喇叭口形。優(yōu)化結(jié)果顯示，當(dāng)喇叭口面積為原隧道面積的1.5倍、緩沖長(zhǎng)度大于20 m時(shí)，車(chē)內(nèi)壓力變化能夠滿足舒適度的要求。

1.3.4 中間風(fēng)井過(guò)渡措施的模擬計(jì)算

不同隧道直徑下，中間風(fēng)井過(guò)渡段長(zhǎng)度不同時(shí)的3 s內(nèi)壓力變化最大值如表3所示。

表2 車(chē)內(nèi)3 s時(shí)間內(nèi)最大變化值Tab. 2 Maximum changes in 3 s within the carriage Pa

表3 中間風(fēng)井過(guò)渡段長(zhǎng)度不同時(shí)的3 s內(nèi)壓力變化最大值Tab. 3 Maximum pressure change value within 3 s at different ventilation shaft transition lengths

計(jì)算結(jié)果表明，中間風(fēng)井過(guò)渡段措施能夠緩解空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，但當(dāng)中間風(fēng)井過(guò)渡段長(zhǎng)度大于 40 m后，空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)不會(huì)繼續(xù)隨過(guò)渡段長(zhǎng)度得到改善。

當(dāng)?shù)罔F隧道內(nèi)徑為6.0 m時(shí)，中間風(fēng)井與隧道相接處過(guò)渡段長(zhǎng)度為20 m，基本可以滿足舒適度的要求。

從3 s氣壓變化最大值的角度分析，當(dāng)車(chē)速為120 km/h，隧道內(nèi)徑為6.0 m時(shí)，3 s氣壓變化最大值仍高于800 Pa/3s時(shí)，耳膜反應(yīng)增強(qiáng)，從超限的數(shù)值上分析可以采取優(yōu)化隧道局部結(jié)構(gòu)的措施或提高列車(chē)密封性能來(lái)解決。

2 采取的主要措施

2.1 擴(kuò)大長(zhǎng)大區(qū)間隧道斷面

根據(jù)仿真計(jì)算的結(jié)果可以看出，擴(kuò)大隧道斷面緩解空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)是最有效的措施，其優(yōu)點(diǎn)為：

1）能夠比較徹底地解決速度目標(biāo)值提高到120 km/h的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

擴(kuò)大斷面能夠直接使地鐵列車(chē)產(chǎn)生的空氣壓力幅值降低、壓力波動(dòng)變得緩慢。因此，從根本上降低了空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。

2）具有一定的前瞻性。隧道一旦建成，很難改變。大斷面隧道緩解空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的措施具有一定的前瞻性。

3）能夠減小隧道阻力，降低牽引能耗與運(yùn)營(yíng)成本。

東莞軌道交通2號(hào)線線速度目標(biāo)值提高后，基本阻力與隧道阻力增加，牽引能耗相應(yīng)增加，擴(kuò)大斷面可抵消阻力能耗的增加，減少運(yùn)營(yíng)成本。經(jīng)計(jì)算，速度提高后，斷面直徑擴(kuò)大到6.0 m后，牽引能耗降低4%。

缺點(diǎn)則是增加建設(shè)期的投資。隧道斷面擴(kuò)大，如果采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)型式不是目前國(guó)內(nèi)常用型式，需要特殊定制，制造成本增加；隧道挖土方量及支護(hù)結(jié)構(gòu)均有所增加；經(jīng)研究，盾構(gòu)法施工大斷面區(qū)間隧道與常規(guī)斷面隧道相比土建工程造價(jià)約增加25%。經(jīng)研究2號(hào)線線路，只有茶榴區(qū)間3.39 km、榴下區(qū)間4.27 km、哈陳區(qū)間4.6 km隧道長(zhǎng)度超過(guò)3 km，區(qū)間運(yùn)行速度超過(guò)100 km/h，需擴(kuò)大隧道斷面，按長(zhǎng)大區(qū)間隧道所占比例估算，區(qū)間隧道土建工程總造價(jià)約增加8%（2號(hào)線實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，大斷面區(qū)間盾構(gòu)隧道較常規(guī)斷面隧道工程每延米造價(jià)約增加8.6%，整個(gè)區(qū)間隧道土建工程總造價(jià)增加約3.7%）。

2.2 提高車(chē)輛氣密性

2.2.1 車(chē)體結(jié)構(gòu)

為保證車(chē)體的氣密性，采用整體全焊接結(jié)構(gòu)鋁合金車(chē)體，對(duì)直通車(chē)下的管路和電纜孔采取必要的密封措施。

2.2.2 車(chē)門(mén)

車(chē)門(mén)（包括司機(jī)室門(mén)）選擇密封性能良好的塞拉門(mén)，以保證車(chē)體密封性。

2.2.3 空調(diào)環(huán)控設(shè)備

軌道交通車(chē)輛空調(diào)設(shè)備的主要任務(wù)除調(diào)溫和向客室提供新鮮空氣外，還應(yīng)避免外部壓力波通過(guò)通風(fēng)口進(jìn)入車(chē)廂，在客室進(jìn)排風(fēng)口各安裝一個(gè)壓力保護(hù)閥，當(dāng)車(chē)內(nèi)外壓力差超過(guò)一定的臨界值時(shí)，進(jìn)排氣壓力保護(hù)閥同時(shí)關(guān)閉，空調(diào)機(jī)組只在車(chē)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)通風(fēng)工作，不從車(chē)外引進(jìn)新風(fēng)。當(dāng)車(chē)內(nèi)外壓力差低于臨界值時(shí)，進(jìn)排氣閥重新打開(kāi)，恢復(fù)車(chē)廂正常進(jìn)排風(fēng)。

2.2.4 貫通道

采用雙體高氣密性的貫通道，具有良好的密封、隔聲和隔熱性能。

2.3 車(chē)頭流線型造型

2號(hào)線流線型造型如圖8所示。車(chē)頭流線突出1 928 mm（不含車(chē)鉤），車(chē)頭兩側(cè)設(shè)置裙板，進(jìn)一步改善空氣流動(dòng)性能[9]。

圖8 2號(hào)線車(chē)頭流線型造型示意Fig. 8 Train head of Dongguan Rail Transit Line 2

2.4 隧道中間風(fēng)井實(shí)施過(guò)渡段

在茶榴、榴下區(qū)間、哈陳3個(gè)長(zhǎng)度超過(guò)3 km的隧道區(qū)間，中間風(fēng)井與隧道相接處設(shè)置過(guò)渡段長(zhǎng)度為20 m的緩沖區(qū)[10]，緩解空氣壓力波的變化。

2.5 隧道出洞口泄壓措施

在展覽中心站—虎門(mén)火車(chē)站區(qū)間洞口處設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)及上下行線之間，隧道與地面間設(shè)置泄壓孔，以緩解列車(chē)進(jìn)、出洞口時(shí)的瞬變壓力。

3 壓力波測(cè)試方法及結(jié)果

2015年12月，東莞軌道交通2號(hào)線首期段建成并開(kāi)始試運(yùn)行，為了驗(yàn)證2號(hào)線緩解空氣壓力波的相關(guān)設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)期，同時(shí)為今后100～120 km/h的地鐵快線設(shè)計(jì)提供依據(jù)，東莞軌道交通有限公司結(jié)合當(dāng)時(shí)東莞軌道交通2號(hào)線的實(shí)際情況，在2016年1—4月委托中國(guó)鐵道科學(xué)研究院進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。

3.1 測(cè)試的內(nèi)容

3.1.1 隧道區(qū)間壓力波測(cè)試

列車(chē)以100 km/h、110 km/h、120 km/h 3種速度在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)，測(cè)試各斷面最大壓力幅值和壓力梯度值，并給出波形圖。斷面布置如表4所示。

表4 測(cè)試斷面布置Tab. 4 Test section layout

3.1.2 車(chē)內(nèi)外壓力波測(cè)試

在中間風(fēng)井打開(kāi)與關(guān)閉兩種狀態(tài)下，列車(chē)以100 km/h、110 km/h、120 km/h 3種速度級(jí)分別通過(guò)西平—陳屋區(qū)間的常規(guī)斷面和大斷面時(shí)，車(chē)體內(nèi)外壓力波變化曲線。

3.1.3 洞口處壓力波測(cè)試

在展覽中心站—虎門(mén)火車(chē)站區(qū)間洞口泄壓孔（ZDK34+175）打開(kāi)與封堵?tīng)顟B(tài)下，列車(chē)以100 km/h、110 km/h、120 km/h 3種速度級(jí)進(jìn)出展覽中心站—虎門(mén)火車(chē)站區(qū)間時(shí)，車(chē)內(nèi)外壓力變化曲線。

3.2 測(cè)試的方法

3.2.1 測(cè)試原理圖

壓力波測(cè)試采用高精度壓差式壓力傳感器，該傳感器尺寸為Ф10 mm×3 mm，傳感器量程為±8.0 kPa，精度為0.25%Fs，動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率為0～3 kHz，如圖9所示[11]。

圖9 測(cè)試原理圖Fig. 9 Testing principles

3.2.2 測(cè)試設(shè)備布置

1）車(chē)體傳感器。車(chē)頭位置處車(chē)體內(nèi)外安裝氣壓傳感器；司機(jī)室空調(diào)風(fēng)口安裝風(fēng)速傳感器，車(chē)頭測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖10。

圖10 車(chē)頭位置壓力波傳感器Fig. 10 Pressure wave sensor in car head position

在列車(chē)中部、尾部也各布置了一組同樣的傳感器。

2）在蛤地、西平站人防門(mén)處、區(qū)間中間風(fēng)井、聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)、其他任一位置點(diǎn)安裝若干氣壓傳感器。區(qū)間測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖11。

圖11 區(qū)間風(fēng)壓測(cè)點(diǎn)布置Fig. 11 Arrangement of interval wind pressure measurement points

3）泄壓孔封堵。為測(cè)試泄壓孔設(shè)置的效果，對(duì)區(qū)間上下行線間泄壓孔及地下到地面的泄壓孔進(jìn)行封堵，并對(duì)泄壓孔有無(wú)封堵時(shí)的空氣壓力變化進(jìn)行對(duì)比。

下行線間泄壓孔封堵如圖12所示，地下到地面的泄壓孔封堵如圖13所示。

圖12 下行線間泄壓孔封堵Fig. 12 Plugging of pressure relief holes between downlines

圖13 地下到地面的泄壓孔封堵Fig. 13 Pressure relief hole plugging from underground to ground

3.3 測(cè)試結(jié)果

3.3.1 隧道內(nèi)的空氣壓力測(cè)試結(jié)果

1）當(dāng)測(cè)試列車(chē)以120 km/h在西平—蛤地（內(nèi)徑5.4 m，常規(guī)斷面）區(qū)間及蛤地—陳屋（內(nèi)徑6.0 m，擴(kuò)大斷面）區(qū)間運(yùn)行時(shí)，測(cè)得隧道內(nèi)瞬變壓力最大峰峰值、最大變化率及最大3 s極值出現(xiàn)在中間風(fēng)井處為 0.975 2、0.919 4、0.962 4 kPa；0.783 9、0.729 3、0.769 9 kPa。說(shuō)明采用擴(kuò)大斷面及中間風(fēng)井緩沖設(shè)施對(duì)緩解隧道內(nèi)空氣壓力波變化作用明顯。

2）當(dāng)測(cè)試列車(chē)在蛤陳區(qū)間分別以100、120 km/h速度運(yùn)行時(shí)，測(cè)得隧道內(nèi)瞬變壓力最大峰峰值、最大變化率及最大3 s極值出現(xiàn)在聯(lián)絡(luò)通道處為0.612 0、0.538 3、0.564 6 kPa；0.920 6、0.856 3、0.898 2 kPa。說(shuō)明在聯(lián)絡(luò)通道處隨著速度由 100 km/h提升到120 km/h，聯(lián)絡(luò)通道處空氣壓力變化增加幅度較大，應(yīng)注意加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)通道門(mén)鎖閉機(jī)構(gòu)的加強(qiáng)。

3.3.2 列車(chē)內(nèi)外的空氣壓力測(cè)試結(jié)果

1）測(cè)試曲線如圖14、圖15所示。

圖14 西蛤區(qū)間車(chē)體內(nèi)外瞬變壓力典型時(shí)程曲線Fig. 14 Typical time-history curve of the transient pressure outside the carriage of the Xi-Ha section

圖15 蛤陳區(qū)間車(chē)體內(nèi)外瞬變壓力典型時(shí)程曲線Fig. 15 Typical time-history curve of the transient pressure outside the carriage of the Ha-Chen section

2）測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。

3）數(shù)據(jù)分析。

由表5可知，測(cè)試列車(chē)以100～120 km/h運(yùn)行時(shí)，測(cè)得列車(chē)內(nèi)瞬變壓力最大峰峰值、最大變化率及最大3 s極值較車(chē)外相差較大，顯示列車(chē)密封性能較好，能夠較好地緩解空氣壓力波的影響；

當(dāng)測(cè)試列車(chē)以100～120 km/h在西蛤、蛤陳區(qū)間運(yùn)行時(shí)，測(cè)得西蛤區(qū)間車(chē)內(nèi)壓力波最大3 s極值為528.7 Pa，蛤陳區(qū)間車(chē)內(nèi)壓力波最大3 s極值為424.1 Pa，均小于700 Pa，擴(kuò)大隧道斷面區(qū)間的車(chē)內(nèi)壓力波最大3 s極值明顯小于常規(guī)斷面區(qū)間，顯示擴(kuò)大斷面隧道起到了緩解空氣壓力波的作用。

表5 區(qū)間中間風(fēng)井打開(kāi)狀態(tài)下的測(cè)試數(shù)據(jù)Tab. 5 Test data under the condition of the interval ventilation shaft being open

在西蛤（內(nèi)徑5.4 m，常規(guī)斷面）區(qū)間，列車(chē)120 km/h速度運(yùn)行時(shí)，列車(chē)車(chē)中（客室內(nèi)）空氣壓力波最大變化率為390 Pa/s，超過(guò)370 Pa/s，顯示在常規(guī)斷面，列車(chē)以120 km/h速度運(yùn)行時(shí)，會(huì)給對(duì)空氣壓力波敏感的人帶來(lái)不舒適。

在蛤陳（內(nèi)徑6.0 m，擴(kuò)大斷面）區(qū)間，列車(chē)以120 km/h速度運(yùn)行時(shí)，列車(chē)車(chē)中（客室內(nèi)）空氣壓力波最大變化率為261.9 Pa/s，小于330 Pa/s，顯示擴(kuò)大斷面對(duì)緩解空氣壓力波的作用明顯，對(duì)空氣壓力波敏感的人也不會(huì)不舒適。

當(dāng)測(cè)試列車(chē)以100～120 km/h在西蛤、蛤陳區(qū)間運(yùn)行時(shí)，測(cè)得西蛤區(qū)間列車(chē)頭尾壓力波最大變化率為463 Pa/s，蛤陳區(qū)間列車(chē)頭尾壓力波最大變化率為393.6 Pa/s，均大于370 Pa/s，對(duì)空氣壓力波敏感的人在司機(jī)室會(huì)感到不舒適，或者說(shuō)司機(jī)室的密封性還需進(jìn)一步優(yōu)化提高。

3.3.3 出洞口處列車(chē)內(nèi)外壓力波測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在出洞口泄壓孔打開(kāi)狀態(tài)下，當(dāng)測(cè)試列車(chē)以120 km/h通過(guò)展虎區(qū)間時(shí)，車(chē)體內(nèi)瞬變壓力變化率為374.9 Pa/s，最大3 s極值為428.2 Pa，最大峰峰值為463.7 Pa；車(chē)體外瞬變壓力最大變化率為994.5 Pa/s，最大3 s極值為1 222 Pa，最大峰峰值為1 247.2 Pa。在出洞口泄壓孔封堵?tīng)顟B(tài)下，當(dāng)測(cè)試列車(chē)以120 km/h通過(guò)展虎區(qū)間時(shí)，車(chē)體內(nèi)瞬變壓力最大變化率為516.8 Pa/s，最大3s極值為571 kPa，最大峰峰值為 609.1 Pa；車(chē)體外瞬變壓力最大變化率為1 475.8 Pa/s，最大3 s極值為1 602.4 Pa，最大峰峰值為1 609.6 Pa；顯示出出洞口泄壓孔對(duì)緩解出洞口處空氣壓力波的變化作用明顯。

當(dāng)測(cè)試列車(chē)以120 km/h通過(guò)展虎區(qū)間時(shí)，車(chē)體內(nèi)瞬變壓力最大3 s極值為428.2 Pa，沒(méi)有超過(guò)700 Pa，舒適度得到了保障；車(chē)頭瞬變壓力變化率為374.9 Pa/s，稍大于370 Pa/s，舒適度基本得到了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

東莞市軌道交通2號(hào)線首期段于2016年5月27日以ATO模式，最高行車(chē)速度120 km/h開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)，經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，沒(méi)有收到乘客對(duì)空氣壓力波感到不適的反映，較好地解決了最高行車(chē)速度 120 km/h城市軌道交通地下線路運(yùn)行時(shí)乘客舒適度的問(wèn)題。

2號(hào)線設(shè)計(jì)初期的專題研究及相關(guān)研究成果在設(shè)計(jì)施工圖、各專業(yè)實(shí)施中的落實(shí)，對(duì)解決地鐵列車(chē)在隧道內(nèi)高速運(yùn)行乘客舒適度的問(wèn)題起到了關(guān)鍵的作用，開(kāi)通前的專項(xiàng)測(cè)試也顯示出采取緩解空氣壓力波的各項(xiàng)措施都取得了較好的表現(xiàn)，并摸索出一套衡量空氣壓力波的標(biāo)準(zhǔn)。希望2號(hào)線的設(shè)計(jì)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o東莞后續(xù)地鐵快線及軌道交通行業(yè)快線設(shè)計(jì)、建設(shè)提供有力的支撐及幫助。