摘要：目前在高铁隧道设计的过程中，补强套衬的设计受到广泛重视，主要因为在高速列车进入到相关隧道区域之后，会于出口位置上产生微气压波效应，出现较大的空气压力改变，噪声也很高，这对于周围的建筑物安全性会产生直接影响，为了解决此类问题，空气动力效应之下的高铁隧道补强套衬得到了一定的应用，有助于减少对周围建筑物安全性的影响，为其后续发展夯实基础。
关键词：空气动力效应；高铁隧道；补强套衬设计
对于高铁隧道的补强套衬而言，需要结合空气动力效应理论进行处理，根据目前的实际状况，合理的开展设计工作，保证可以符合具体的设计要求，使其可以更好的应用在高铁隧道中。
一、案例分析
某高铁隧道属于双线类型的隧道结构，在实际开通的过程中，旅客列车的最高速度为 千米每小时，在运行一年之后，出现了漏水问题，拱顶也开始脱落掉块，在现场对其合理的应急处理。在调查之后发现，具体的问题就是衬砌开裂，呈现出纵向的、大幅度开裂状态，在拱顶区域以及拱腰区域当中，也有着一定的开裂现象，利用修补方式对其进行处理，雨天还是会出现渗水现象。之后针对89米长度的病害区域设置了钢筋混凝土套拱，加强了原本有缺陷的部位，使用水泥沟盖板创建了断面套衬结构，厚度为0.3米，而在设置套拱方面的区域之内，两端主要使用渐变方式进行过渡处理，与没有设计套拱区域的阶段进行连接，过度长度为0.45米。在工程改造之后，隧道之内的有效净空断面从原本的100平方米转变成为92平方米，在套套衬处理之后，隧道之内的最高速度控制在200千米每小时，之后的一段时间之内，最高速度调整到250千米每小时，由此可见，在空气动力学的背景之下，合理的设置高铁隧道补强套衬，对限速会产生一定影响，可以为相关政策的改革提供良好依据[1]。
二、套衬之后空气动力效应设计参数分析
（一）建筑界限的优化分析
根据相关研究可以得知，在列车头部速度为每小时350千米的时候，线路一侧与车厢之间的距离为2米的位置，进行空气流的模拟，在分析之后可以发现，其吸力为10牛，而列车尾部区域经过的时候，与车辆之间相互距离为3米左右的位置上，会出现涡流效应，使得相关空气流的吸力提升到150牛。在研究期间还可以得知，列车的运行速度增加，瞬间压力就会有所提升，如果不能合理的进行处理，将会导致旅客的耳膜受到一定损害，瞬间压力过高，还会导致车厢板面结构破坏，附近的建筑物安全性降低。而在研究压力瞬变强度的过程中，发现其影响因素为：列车的实际运行速度、线路之间的距离、列车头部以及尾部的具体形状、隧道的相关断面面积、隧道以及列车之间的长度比值。一般情况下，在列车进入到隧道之后，很容易受到速度以及其他因素的影响，在隧道出口的区域当中出现微气压波的相关效应，使得空气的压力发生变化，出现噪声问题，这会导致附近的建筑物安全性与群众安全性受到威胁。在此过程中，应当利用合理的方式进行隧道之内的断面变化处理，例如：针对下部分锚段进行电化处理，拓宽实际的断面范围组合成为气流场，会使得洞口之内的设备受到影响，此时为了保证安全性，应当减少锚段区域的大范围断面，以此降低空气阻力[2]。
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（二）微压波以及膨胀波分析
对于列车而言在实际运行的过程中，很容易出现隧气动效应，在完成相关套衬任务之后，其中的列车会与隧道之间出现气动效应，主要表现为：套衬结构区域当中会出现瞬间压力，使得乘客的耳朵部位出现不适感，行车的速度也会减慢，对于工作人员以及列车也会形成一定危害；在列车进入到相关套衬区域之后，会出现微压波，形成较为严重的爆破噪声，对洞口附近的建筑物安全性会产生一定影响；相关的行车阻力会逐渐增加，使得列车的动力性能、能量消耗等都会出现问题；从空气动力学噪声方面进行研究与分析，可以发现此类噪声主要发生在列车的表面装置设备亦或是较为特殊的结构当中，结合具体的生产机理特点分析，可以将其归纳总结成为：在气流流经相关结构表面的时候，会产生噪声；在风速提升的情况下，列车的尾部区域会出现很高的负压，使得室内隧道之内的操作人员安全性以及水沟盖板结构安全性降低[3]。
套衬结构会对微压波以及相关的膨胀波产生一定的诱发作用。列车在进入以及走出隧道的过程中，波动压力会随之传播，在隧道之内会呈现出往复的传播特征，尤其是一些隧道之内，加设了套衬结构，列车在进入之后，会出现压缩波，通过声速将其传播到隧道出口的过程中，一些能量会在隧道之外释放，形成微压波，还有一些能量会转变成为膨胀波。此时相关的补强套衬结构可以更好的解决以往隧道噪声问题，提升整体稳定性[4]。
（三）舒适度分析
对于压力瞬间变化而言，会导致乘客的舒适度降低，主要因为压力会直接作用在耳膜组织，尤其是列车速度很高、经过隧道洞口的时候，舒适度会降低。这就需要全面分析舒适度的实际状况，了解实际特征，更好的对其进行分析。一般情况下，在压力变化相同的时候，对耳膜所产生的影响很小，同一人在相同压力变化状态之下的不同时间段，耳膜受到的影响相同，而在承受压力逐渐提升的时候，会出现一定的不适感，相关设计者需要结合具体的情况，合理针对补强套衬进行协调控制，保证各方面设计成果符合具体的要求。在此过程中，应全面分析乘客的舒适度，了解补强套衬对舒适度是否会产生影响，遵循科学化以及合理化的设计原则，编制可行性的规划内容，确保可以全面提升乘客的舒适度，提供高质量的服务[5]。
结语
目前在高速铁路列车实际运行的过程中，列车经过隧道很容易出现严重的噪声问题与其他问题，威胁着附近建筑物以及群众安全性，也会对乘客舒适度产生影响，这就需要设计人员可以根据具体的特点，利用空气动力效应分析方式，针对高铁隧道实际状况进行研究，合理进行补强套衬的设计，增强各方面设计工作效果与力度，提升整体套衬的应用效果。
参考文献：
[1]段金超.高铁隧道衬砌空洞补强模筑混凝土施工关键技术[J].上海铁道科技，2018，25（1）：105-106.
[2]苏国锋.车载GPR检测高铁隧道的试验研究[D].西南交通大学，2017，12（1）122-144.
[3]高军.基于空气动力效应高铁隧道补强套衬设计探析[J].铁道技术监督，2016，44（1）：40-44.
[4]郝伟东.沪昆线高铁隧道质量缺陷整治技术与安全评定研究[D].北京交通大学，2016，5（45）66-88.
[5]方恩权，赵乙丁，陈宝林.紧邻既有隧道的新建隧道衬砌裂缝发展及整治方案研究[J].城市轨道交通研究，2018，21（8）：30-35.
论文作者:孙庆欣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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