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近年來，國內許多大城市正在建設或籌劃城市快速軌道交通系統（或地鐵系統），其最高時速一般不大于80km／h，平均旅行速度為35km／h。根據國內已建成的幾條城市地鐵系統的運行情況，乘客對隧道內的壓力及壓力變化尚未有不良反應，現行的《地下鐵道設計規范》也未對此有明確的限制標準。最近一段時間，有的城市對列車運行提出了更高運行速度的要求，根據香港及國外已建成運營的地鐵或快速軌道交通情況，其隧道內的壓力及壓力變化率必須加以控制，這方面有成功的例子，也有失敗的教訓。

1壓力及壓力變化率標準

列車在隧道內高速運行的壓力及壓力變化率若超出一定的限制，輕則會造成乘客耳朵不適，乘客舒適度降低，行車阻力增大和能耗增加，重則會造成乘客失聰，甚至影響車輛行車安全。因此，已建成并投入運營的高速軌道交通系統對隧道內的壓力及壓力變化率均作出了一定的限制（詳見表1），雖然不同系統的限值存在較大的差異，但基本上均從兩個方面控制：

（1）“峰對峰”（peaktopeak）值，即最大壓力變化的絕對值；

（2）壓力變化率。

在有關的研究文獻中還指出上述兩種控制指標單獨使用均不能合理地反映乘客的生理反應，例如，對于壓力變化絕對值較高但壓力變化過程較長的情況，由于人體來得及適應耳膜內外壓力變化，因此不會有明顯的不適反應，這方面非常典型的例子是飛機在起飛或降落過程中的緩慢降壓或升壓過程，雖然其前后的壓力變化達幾千帕，但乘客一般不會有不良反應。另一方面，若壓力變化率較大，但壓力變化的絕對值控制在一定的范圍內時，乘客一般也不會有不舒適的反應。當然，無論如何隧道內的壓力變化絕對值不可以超過10kPa，這會對乘客的耳膜造成永久性傷害。

雖然世界各國對高速隧道內壓力變化及壓力變化率的標準不完全一致，美國運輸部（USDOT）在這方面是較早開展研究的單位之一，而其在《地鐵環境設計手冊》（SubwayEnvironmentalDesignHandbook）提出表1中的標準也基本得到世界各國的認可，同時也在多條地鐵或快速軌道交通的設計中采用，其典型系統為美國三藩市的BART（最高速度80mile／h，即128km／h）和香港新機場快線（最高速度135km／h），因此，在現行規范尚未完善前，采用經較多實踐檢驗過的美國標準較為合適。

表1各國隧道壓力控制標準

注：Pt為壓力變化率；P為壓力變化絕對值；P′為特定時間內的壓力變化。

2壓力變化的形成及數學描述

列車在隧道內運行現象與活塞運動類似，但又有所不同，列車前面的空氣一部分被推向前方，另一部分則沿列車與隧道之間的環形空間形成回流，這主要是由于空氣黏性以及氣流對隧道壁面和列車表面的摩擦作用使得被列車排擠的空氣不能像在大空間中那樣及時散開。因此，列車前方空氣受壓縮，隨之就產生特定的壓力變化過程，其引起的空氣動力學效應會隨著行車速度的提高而加劇。當然，隧道內的壓力變化除與行車速度有關外，還受列車車輛的有關參數（車頭尾的形狀系數、列車截面、列車表面阻力系數等）、隧道型式（隧道截面面積、隧道和道床的表面阻力系數、所有隧道通風管件變化等）等條件的影響。

隧道內列車活塞運動所產生的空氣動力學現象是三維可壓縮、非定常的紊流，但由于隧道的長度遠大于隧道的水力半徑，而在隧道通風系統計算中是以隧道斷面平均速度作為研究對象，因此可以用一維非穩定流模型來描述，在這方面美國交通部作過相應的理論分析并為大量的測試所證明。描述隧道內空氣運行的基本方程4為：

（1）連續性方程

一般來說，隧道內的活塞風速較低，小于01馬赫數，因此，可以將列車活塞運動的空氣流動力學現象作為不可壓縮流體的空氣流動現象5。因此，將式（2）沿流線積分可得到下式：

3壓力變化的數值分析

目前，在地鐵隧道通風方面數值模擬分析較通用的軟件為美國運輸部組織編寫的SES（SubwayEnvironmentalSimulationComputerProgram）程序，該程序是一維模型，不但可以用于預測地鐵運營時隧道內的空氣溫濕度，還可以用作壓力分析，而且已成功用于世界上多條地鐵設計中。根據前面的分析可知，由于地鐵隧道內壓力變化與許多因素有關，因此，我們根據地鐵最普遍采用的相關參數選取3種最通常出現的情況進行了模擬分析，分析結果如下。

（1）長區間隧道

對于一段25km長的單洞單線隧道，阻塞比約為048，在隧道兩端均為設置有站臺屏蔽門的島式站臺的地下車站，同時在隧道的兩端均設有16m2的活塞風井，列車的行車間隔為120s，當列車以120km／h的速度經過隧道中部區域時，根據SES程序模擬計算顯示：其隧道內中部區域某固定點處一個行車間隔內的壓力變化（如圖1所示）將超過允許標準，最大壓力變化率達972Pa／s，因此正常運行時不可以有工作人員在隧道內作業；而列車上乘客所感受的壓力變化則不同，圖2是SES模擬計算列車以高速通過區間隧道中部附近區域時，25s內列車頭及車尾的壓力變化曲線，從圖中可知，列車在通過區間中點前，其車頭的壓力是逐漸升高，列車經過中點后，其車頭的壓力又逐漸下降，這是由于車頭離前方車站活塞風井越來越近的緣故；而車尾的壓力在列車開始制動前壓力是一直下降的，這是由于車尾離后方車站活塞風井越來越遠的緣故。從圖2中還可以看出，雖然車頭車尾的壓力變化絕對值較大（特別是負壓），但其變化過程是相當緩慢的，其最大壓力變化率均小于50Pa／s，與標準要求還相差較遠。因此，在高速地鐵隧道內，若不存在隧道突變時，乘客并不會有不適反應。