高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究.pdf

Vol.44 No.5September，2023中国铁道科学CHINA RAILWAY SCIENCE第 44 卷，第5期2 0 2 3 年 9 月高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究唐明赞1,2,3，熊小慧1,2,3，杨波1,2,3，王凯文1,2,3，李杨4（1.中南大学 轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙 410075；2.中南大学 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室，湖南 长沙 410075；3.中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心，湖南 长沙 410075；4.中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）摘要：针对高速地铁列车通过隧道区间风井扩大段时引起的乘客耳感不适，依托某带隧道风井的地铁线路区间及设计时速120 km的8车编组地铁列车，以ATO运行模式开展实车试验；在确保试验可重复性的基础上，探究列车站间运行时各车厢内外压力变化规律，分析区间风井扩大段引起车内外压力突变的原因。结果表明：车头和车尾先后高速通过风井段时，相当于经历了隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，会形成类似于车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象，车头、车尾通过区间风井扩大段会导致车外压力的上升、下降，此时产生的压力突变是导致耳感不适的主要原因；尾车至头车的车外压力正峰值和负峰值全程呈上升趋势，头车和尾车压力变化峰峰值接近，分别为1 617和1 723 Pa，5车压力变化峰峰值最小，为964 Pa；列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大，速度为113 km h-1时，任意3和1 s内的车内压力变化幅值均超过相应标准中的耳感舒适性要求。关键词：高速地铁；区间风井；实车试验；压力波；压力突变；耳感舒适性中图分类号：U231.92 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1001-4632.2023.05.14为缓解城市交通压力、提高运营效率、提升运行速度，近年来我国诸多城市逐步在地铁系统中采用“大站快车”的开行方式1。“大站快车”具有站间距长、列车运行速度快的特点，地下线路段的站间隧道中部通常会增设区间风井，以提高隧道内的通风散热性能，并在危急时刻起到排烟、逃生及消防等作用2-3。由于地下隧道区间风井与隧道相连接位置处存在截面突变，在空间受限的地铁隧道中，当列车高速通过隧道区间风井扩大段位置时，车体外部的空气压力会产生剧烈的波动，地铁列车往往为非密封性车辆，车外空气压力波动会通过车体孔隙传递到车厢内部，引起车内压力环境的剧烈变化，导致司乘人员耳鸣、恶心和呕吐等不适症状问题4-5，这种压力突变甚至会严重影响乘坐舒适性，并对司乘人员的健康产生危害。目前，已有针对这种地下隧道内及通风井位置处的气动效应的相关研究。牛纪强等6采用数值模拟方法分析地铁列车隧道内站间运行时的气动性能，研究了地铁列车运行速度及站台间距对列车和隧道内压力变化的影响，但未考虑站台尺寸和通风文章编号：1001-4632（2023）05-0137-10引用格式：唐明赞，熊小慧，杨波，等.高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究 J.中国铁道科学，2023，44（5）：137-146.Citation：TANG Mingzan，XIONG Xiaohui，YANG Bo，et al.Experimental Study on the Mechanism of Pressure Abrupt Change at the Enlarged Section of the Interval Air Shaft in High-Speed Subway Tunnel J.China Railway Science，2023，44（5）：137-146.收稿日期：2022-06-06；修订日期：2023-04-27基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFA071903-1）；湖南省自然科学基金资助项目（2021JJ30849）；湖南省研究生科研创新项目（CX20200196）；中南大学研究生自主探索创新项目（2020zzts111，2020zzts117）第一作者：唐明赞（1991），男，湖南邵阳人，博士研究生。E-mail：mingzan_通讯作者：熊小慧（1978），男，湖北天门人，教授，博士研究生导师，博士。E-mail：第 44 卷 中国铁道科学井作用对隧道内气动效应的影响。张寅河等7对我国某地铁列车进行实车线路试验，得到了地铁列车在隧道内运行时车内外压力变化情况，指出车体表面测点压力峰峰值由头车至尾车方向呈减小趋势。许利深8通过实车试验，对深圳地铁11号线列车车内压力进行测试，分析了列车客室内压力变化情况，并针对压力超标问题提出改善措施。熊小慧等9通过实车试验，系统研究地铁列车在隧道内运行时引起车内外压力波动因素，重点讨论了隧道洞口、中间风井和列车速度等因素对地铁列车空气动力学效应以及乘客耳部舒适性的影响。林世生10采用数值方法，模拟广州地铁14号线的运行过程，得出列车运行速度的变化、隧道内截面的突变以及存在中间风井等是造成地铁隧道内压力波动的主要原因。刘凤华等11采用实车试验和仿真模拟，分析了地铁列车在隧道内运行时的车内外压力变化，研究得出隧道截面突变会对车内外压力产生很大影响。部分国内外研究表明，地铁隧道内通风井是影响列车车内外气动特性的重要因素12-14。已有关于地铁隧道内气动效应的研究，多针对列车车内外压力分布、压力变化幅值和车内压力变化率幅值，以及隧道洞口、通风井及变截面等位置处的压力变化规律，但列车通过区间风井产生压力突变的机理尚未明确，也少有研究关注地铁列车高速通过长站间距区间的隧道风井扩大段时耳感不适问题。随着地铁列车运行速度以及司乘人员对乘坐舒适性追求的不断提升，有必要关注高速地铁在隧道区间风井扩大段出现的空气动力学效应恶化问题。为了研究地铁长站间隧道内区间风井扩大段对于列车表面压力的影响规律，以及列车通过区间风井产生压力突变的原因，在国内某设计时速 120 km地铁线路上开展现场试验，对试验结果进行重复性和不确定度分析；探究区间风井引起车外及车内压力突变的机理，比较8车编组列车不同车厢位置处压力变化特性，对车内压力变化的耳感舒适性标准进行评价。研究结果可为地铁隧道的数值仿真和区间风井结构断面设计提供参考依据。1 试验方案1.1试验区间及列车试验线路为我国某条高速地铁线路。该线全长52 km，共设车站18座；设计平均速度65 km h-1，最高运行速度120 km h-1。试验区间设在全地下段A、B两个相邻车站站台间的下行线上，即试验时列车由B站发车，向A站运行，在A站站台正常停靠并开启屏蔽门。两站距离约为2 845 m，其间包括1个隧道区间风井，如图1所示。隧道区间风井扩大段及试验列车实物如图2所示。区间风井扩大段为立方体结构，断面面积为60.14 m2，两端与盾构隧道相连接，盾构隧道断面面积为19.82 m2。试验列车为A型非密封地铁列车，8车编组，总长185.6 m，其中头车与尾车车长24.4 m，中间车长22.8 m；车厢均宽3 m、高3.8 m、断面面积9.78 m。列车的动态气密性指数0.5 s。为了保证试验结果能够真实反映列车正线通过区间风井时导致的压力变化情况，按照正线运营状态，试验中列车正常开启空调，以ATO（列车自动运行系统）模式在区间运行，其中ATO模式包括加速、匀速和减速等运行方式，最大运行速度为113 km h-1（31.39 m s-1）。在这一运行方式下，开展多次重复试验，保证列车速度误差在1%以内，并保证至少3次测试压力峰峰值的相对误差在5%以内。1.2试验设备列车在隧道内运行时，车外压力的变化与明线运行时完全不同。如列车非匀速运行会导致车外压力变化幅值明显15；通过隧道截面突变处会导致车外压力产生剧烈的瞬态波动16；隧道海拔、隧道内温度也都会引起车外压力的改变17-18。为满足列车通过隧道过程中对车内外压力测量的精度要图1试验区间（a）区间风井扩大段（b）试验列车图2隧道区间风井扩大段及试验列车138第 5 期高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究求，更好捕捉列车在全地下段运行时的车内外压力瞬变特性，需要采用高灵敏度和宽动态范围的压力传感器。为此，试验时在车外表面和车内壁面安装LL-250-15A型压力传感器，传感器参数为：直径6.35 mm，厚度0.96 mm，测量范围103.24 kPa，灵敏度9.69 mV/10 kPa。数据采集使用多通道的IMC记录系统，并通过IMC FAMOS软件进行数据采集和后处理。绝压传感器和IMC记录系统如图3所示。列车进入隧道时，车头形状会对列车诱导压力波幅值产生很大影响。参考欧洲标准 BS EN 14067-5中的相关要求，试验数据采样频率应不小于5Vtr/Ln，（其中Vtr为列车运行速度，Ln为列车的流线型长度），通常试验数据滤波时采用的截止频率为采样频率的1/419。为了充分捕捉列车通过区间风井扩大段处引起的压力变化信号，考虑到我国常见的地铁列车最高运行速度一般在100 km h-1，车头多为盾形结构且流线型长度约为2 m，因此地铁压力测试试验一般适用的最小采样频率接近69.4 Hz，最小截止频率为17.4 Hz。本次现场试验采用200 Hz的采样频率和50 Hz的滤波频率，满足隧道压力波试验相关标准要求，并能够充分捕捉列车内外压力峰值，保证瞬态压力变化真实特性的完整性。1.3测点布置为准确研究地铁列车高速通过站间隧道区间风井时车内外压力变化规律，需要在车外表面和车内壁面设置压力测点，考虑到地铁列车与隧道在结构上均较为对称，试验测点仅布置在列车一侧，如图4 所示。图中：I1I8 分别为 8 处车内压力测点，布置在每节车厢的中部内壁上，距车厢地板高1.35 m；C1和 C2分别为 2处司机室内压力测点，布置在后墙上，距车厢地板高1.75 m；E1E8分别为8处车外压力测点，布置在每节车厢的外壁面中部，与车内测点同高。3处测点的传感器安装示例如图5所示。2 试验重复性及不确定度分析2.1重复性分析为保证试验列车各测点压力试验结果的可靠性，分别取车外测点E7、车内测点I2和司机室测点C1，重复开展 3次试验并对试验结果进行对比分析。从列车由B车站发车开始计时，列车到达A站并停车共用时150 s，3处测点在3次试验中的压力时程曲线如图6所示，对应的测点压力变化峰峰值重复性结果见表1。由图6和表1可以看出：3次重复性试验下，测得的车内外压力时程曲线基本一致，压力变化峰峰值的相对平均偏差分别为 0.71%，0.77%和0.66%；综合考虑列车速度误差、试验环境差异以及测试系统误差等因素的影响，可认为车内外压力试验采用的测试系统具有较高的可靠性，试验结果具有可重复性。（a）绝压传感器（b）数据采集系统图3试验设备（a）侧视图（b）俯视图图4测点布置及分布（a）车内测点（b）司机室测点（c）车外测点图5压力测点安装示例139第 44 卷 中国铁道科学2.2不确定度分析为了分析试验过程中列车运行速度误差、试验环境差异以及测试系统误差等因素对试验不确定度的影响，通过以下步骤对试验结果进行不确定度分析。步骤1：建立测量过程的数学模型。本次试验采用压力传感器直接测量列车的内外压力，因此测量数学模型为Y=X（其中Y和X分别为试验中的压力输出量和输入量）。步骤2：开展A类不确定度评定。A类不确定度主要反映列车速度偏差、环境变化等因素的影响，可通过n次试验测量的算术平均值和标准差表示16。以列车表面测点E7为例，该测点得到3次试验的压力峰峰值分别为1 666，1 699和1 685 Pa，平均值为 1 683 Pa，试验样本标准差为 14 Pa，则车外测点E7的A类不确定度可评定为sA(x)=s(x)n（1）式中：x为试验中的压力变化幅值；n为试验样本数；x 为n个被测量值x的算术平均值；sA(x)为A类不确定度评估值；s(x)为试验样本标准差。步骤3：开展B类不确定度评定。B类不确定度评定通过压力传感器的动态验证结果，反映测试传感器、放大器和信号传输线等因素的影响。根据以往的测试经验，集电极、放大器和信号传输线等因素对不确定度的影响较小，最主要的影响因素是传感器。假设不确定度在区间内均匀分布，取置信因子k为3，则由传感器导致的B类不确定度可评定为sB(x)=PSnk（2）式中：sB(x)为B类不确定度评估值；P为传感器量程，Pa；Sn为传感器灵敏度。步骤4：计算综合不确定度。根据以往的测试经验，采集器和信号传输线对不确定度的影响可以忽略，且A类和B类不确定度之间没有相互影响，综合不确定度可评定为s(x)=sA2(x)+sB2(x)（3）步骤5：开展综合不确定度评定。取试验样本数n为3，传感器量程P为103 240 Pa，传感器灵敏度Sn为 0.1%，根据步骤 14，计算得到测点E7的A类不确定度评定为8.08 Pa，B类不确定度评定为59.60 Pa，综合不确定度评定为60.15 Pa。因此，当地铁列车以ATO模式在试验区间运行时，测点 E7 的压力 P 可表示为：P=1 68360.15 Pa。3 试验结果3.1沿车长方向不同车厢外表面压力变化特性列车明线运行时，其前端被压缩的空气可以自由地向四周扩散，因此列车周围的空气压力变化相对较小；列车在隧道内运行时，因隧道壁面的限表1不同测点压力变化峰峰值重复性结果测点位置E7I2C1压力峰峰值/Pa第1次试验1 6661 4231 379第2次试验1 6991 4531 362第3次试验1 6851 4331 358平均偏差/Pa12118相对平均偏差/%0.710.770.61（a）车外测点E7（b）车内测点I2（c）司机室测点C1图6沿车长方向不同压力测点时程曲线140第 5 期高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究制，列车周围的空气流动受到阻滞，车头前端区域静止的空气受到较强的压缩效应，导致空气压力增大；列车尾部空气产生流动分离形成负压区，并且隧道后方空气流入车尾区域的空气流量小于列车向前运行所排挤开的空气流量，导致列车尾车区域的空气压力低于大气压，尾车表面呈负压分布。由此可见，沿车长方向车身表面压力分布存在较大差异。为分析不同车厢位置处车外表面的压力变化规律，在列车以ATO模式由B站运行至A站的过程中实时监测车外表面各测点压力，得到车外表面不同压力测点的时程曲线及列车运行速度间的关系如图7所示。由图7可知：在ATO运行模式下，当列车速度逐渐加速到20 m s-1以上时，沿列车长度方向各车厢外表面压力开始产生不同幅度的下降，压力下降幅值最大的是尾车（1车）的测点E1，最小的是头车（8 车）的测点 E8；当列车在隧道内以31.39 m s-1匀速运行并通过区间风井扩大段时，车外压力环境产生剧烈变化，各车外表面测点压力均发生急剧上升和下降；当列车以31.39 m s-1匀速通过风井时，压力变化正峰值最大的是头车的测点E8，且该值明显大于其他位置测点，最小的是尾车的测点E1。为了定量地比较沿车长方向各车厢车外表面压力幅值的变化规律，绘制对应测点压力变化的正峰值、负峰值和峰峰值如图8所示。由图8可知：头车测点E8的压力正峰值、负峰值和峰峰值分别为1 509、-108和1 617 Pa，尾车测点E1的压力正峰值、负峰值和峰峰值分别为124、-1 599和1 723 Pa，5车测点 E5的压力峰峰值为 964 Pa；沿列车车长方向，由尾车至头车的压力正峰值和负峰值整体呈上升趋势，尾头两车的峰峰值相接近，5车的则明显小于头尾两车的。3.2列车匀速通过区间风井时压力突变通过车外表面压力变化曲线可知，列车匀速通过隧道区间风井扩大段时车外表面压力会产生急剧上升和下降的变化过程，为探明这一变化原因，结合列车运行位置与隧道结构特点，分析车外表面压力的变化过程。已知试验区间的隧道横截面积A隧为19.82 m2，隧道区间风井扩大段的横截面积 A扩为 60.14 m2，当列车由隧道驶入区间风井扩大段时，隧道断面面积扩大，隧道断面面积比A扩/A隧为3.03；当列车由区间风井扩大段驶入隧道时，隧道断面面积缩小，隧道断面面积比A隧/A扩为0.33。又已知试验列车长185.6 m，站间隧道中间位置处的区间风井扩大段长 32 m，当列车以 31.39 m s-1的速度通过区间风井扩大段时，列车的车头和车尾先后经历了由隧道进入区间风井、再由区间风井进入隧道，即隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，此时会形成类似于列车车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象。结合文献 20 中入射压力波通过隧道截面突变位置时压力波传播和反射规律，列车头车、尾车由隧道进入区间风井扩大段时压力波的传播示例分别如图9和图10所示。图中：S1和S2分别表示由隧道段过度至扩大段的突变截面和由扩大段过度至（a）测点压力与速度时程曲线（b）列车通过区间风井时段压力时程曲线图7列车在试验区间运行时车外表面不同压力测点的时程曲线图8沿车长方向各车厢外部测点压力变化幅值141第 44 卷 中国铁道科学隧道段的突变截面；c为波传播速度；pi为入射压力波；n为反射和透射压力波编号，nN+；pr，n和pt，n分别为压力波通过隧道截面变化位置处时产生的反射压力波和透射压力波。为探寻压力突变的原因，以测点 E2 和 E7 为例，分阶段讨论列车匀速通过隧道区间风井时的车外表面压力变化过程。2处测点的压力时程曲线如图11所示。图中：AE和AE分别表示列车通过隧道区间风井过程中车外表面压力变化的拐点。由图11可以看出：随着时间的推移，车外表面压力变化明显，先后呈现急剧上升趋于平缓急剧上升急剧下降的变化趋势。由图9图11进一步分析得到如下结论。（1）当头车正压区域高速通过断面 S1时，断面面积突然扩大，产生类似于车头驶出隧道口的物理现象。此时车头正压区域的压力得到释放，会产生1个反射的负压波pr，1并以声速向尾车方向传播，相应产生的透射波pt，1则继续向前传播；当pt，1通过断面S2时，因隧道面积缩小而产生1个反射的正压波pr，2并向尾车方向传播，相应产生的透射波pt，2则继续向前传播；正压波pr，2在经过断面S1时，因隧道面积缩小而产生1个透射的正压波pt，3并向尾车方向传播。负压波pr，1与正压波pr，2，pt，3传递到车外压力测点处的时间间隔较短，2个测点均因正压波的影响而导致压力不断上升，对应为车外压力时程曲线上的AB段（AB段）。（2）随着列车向前运动，当测点E7和E2先后通过2个断面间的区间风井扩大段时，因风井段断面面积较大，正压波对测点的影响减小，对应为车外压力时程曲线上BC段（BC段）的变化较为平缓。（3）头车正压区域高速通过断面 S2时，因隧道断面面积突然缩小，会产生类似于车头进入隧道口的物理现象，正压波的透射和反射均为正压波，正压波在区间风井位置处的来回透射和反射，使正压波叠加并导致测点处压力继续上升，对应为车外压力时程曲线上的CD段（CD段）。（4）尾车负压区域高速通过断面 S1时，因隧道断面面积突然扩大，会产生1个反射的正压波和1个透射的负压波，前者向尾车方向传播，不影响测点压力的变化，而后者向前传播并通过断面S2。与尾车通过断面S2时相同，此时产生的反射波和透射波均为负压波。因负压波在区间风井段来回传递叠加，向前传播的负压波会导致测点处压力下降，对应为车外压力时程曲线上的DE段（DE段）。通过列车由隧道进入区间风井扩大段时压力波的完整传播过程可发现：头车正压区域、尾车负压区域先后通过隧道区间风井扩大段时，头车产生的正压波和尾车产生的负压波均会在区间风井扩大段往复反射叠加，造成相应车外测点的压力上升和急剧下降，并引起车外压力环境剧烈变化。3.3车厢内压力变化规律及耳感舒适性地铁列车为非密闭性车辆，列车通过隧道区间风井位置时车外压力变化会通过车门、空调和贯通图11列车匀速通过区间风井时测点E2和E7的车外压力时程曲线E2E7cVtrpiS1S2（a）列车车头的入射压力波pipr,1pt,1（b）压力波pi经过S1时的反射与透射pr,2pt,2（c）压力波pt，1经过S2时的反射与透射pr,3pt,3（d）压力波pr，2经过S1时的透射与反射图9列车头车由隧道进入区间风井扩大段时压力波的传播过程 E2E7cVtrpiS1S2（a）列车车尾的入射压力波pipr,1pt,1（b）压力波pi经过S1时的反射与透射pr,2pt,2（c）压力波pt，1经过S2时的反射与透射pr,3pt,3（d）压力波pr，2经过S1时的透射与反射图10列车尾车由隧道进入区间风井扩大段时压力波的传播过程142第 5 期高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究道等孔隙传递到车内，造成车内压力环境的剧烈变化，而车内压力剧烈变化会影响司乘人员乘坐舒适性，严重时甚至会引发司乘人员耳鸣、听力损伤等问题。以头车车内外测点I8和E8以及尾车车内外测点I1和E1为例，绘制车外表面和车内壁面压力时程曲线分别如图12和图13所示。由图 12 和图 13 可以看出：车内外压力的上升、下降变化规律基本一致，且车内外压力的变化幅值较为接近；列车通过隧道区间风井扩大段时，头车车外测点E8的正峰值大于车内测点I8，尾车车内测点I1的正峰值大于车外测点E1。为了比较不同车厢内部各测点压力变化峰峰值及压力变化率幅值，并比较头车通过区间风井段导致压力上升、尾车通过区间风井段导致压力下降的变化率幅值，对试验数据进行处理，获得各区间的压力变化幅值及压力瞬变率幅值见表2。任意3和1 s内，列车通过不同区间位置时各测点压力变化幅值分别如图14和图15所示。综合表 2、图 14和图 15可知：列车由 B站站台开往 A站站台时，任意3和1 s内，司机室及各节车厢内的压力变化幅值均超过了CJJ/T 2982019地铁快线设计标准中的舒适性标准21；尾车通过区间风井导致任意3和1 s内车内压力变化幅值与两站之间的结果相同，即B站至A站全程车内压力变化最剧烈的时段为尾车通过区间风井时；头车通过区间风井导致车内压力上升的速率小于尾车通过区间风井导致车内压力下降的速率；头车、尾车通过区间风井时产生的压力变化均超过车内耳感舒适性标准，且尾车通过隧道区间风井时产生的负压波传递会导致车内压力急剧下降，造成任意1 s内尾车图13尾车车内外测点的压力时程曲线表2列车行驶过程中的压力变化幅值及压力瞬变率幅值Pa测点编号C2I8I7I6I5I4I3I2I1C1B站A站峰峰值1 6041 4671 5691 5798341 6241 5521 4231 5751 3793 s变化率幅值8198357897518347957567197807281 s变化率幅值721734694646672648589590625575头车通过区间风井峰峰值1 5271 3731 4931 5306991 5111 4661 3671 4721 3083 s变化率幅值7586917137264587906786937447081 s变化率幅值367324333360331379399411425466尾车通过区间风井峰峰值9871 0839589528201 0399329871 0101 0213 s变化率幅值8198357897518347957567197807281 s变化率幅值721734694646672648589590625575图15列车通过不同区间各测点任意1 s内压力变化幅值图14列车通过不同区间各测点任意3 s内压力变化幅值图12头车车内外测点的压力时程曲线143第 44 卷 中国铁道科学压力变化幅值远大于头车通过区间风井时。为了比较列车以不同运行速度通过隧道区间风井扩大段时，车速对车内压力变化率幅值及耳感舒适性的影响，选取我国常见的地铁列车最高运行速度100 km h-1和试验列车的最大运行速度为113 km h-1，得到列车通过区间风井扩大段时头车车内测点I8的压力时程曲线如图16所示，该过程中任意3和1 s内车内各压力测点的压力变化幅值如图17所示。通过图16和图17可以看出：列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大；结合 CJJ/T 2982019 地铁快线设计标准中的相关要求，列车以113 km h-1匀速通过区间风井扩大段时，任意3和1 s内，车内压力变化幅值分别超过700和400 Pa的耳感舒适性要求；而当列车以 100 km h-1通过区间风井扩大段时，任意3和1 s内，车内的压力变化幅值均满足耳感舒适性要求；113 km h-1时测点 I8 正压峰值为100 km h-1时的1.43倍。4 结论（1）对于地铁列车，当头车正压区域和尾车负压区域先后高速通过隧道区间风井扩大段时，相当于经历了隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，此时会形成类似于列车车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象。车头通过区间风井扩大段时，正压波的影响会导致车外压力上升，车尾通过区间风井扩大段时，负压波的影响会导致车外压力下降。（2）8车编组的试验列车以ATO运行模式由B站运行至A站时，沿列车车长方向由尾车至头车的车外压力正峰值和负峰值全程呈上升趋势，头、尾车压力变化峰峰值相接近，分别为1 617和1 723 Pa，中间车5车峰峰值最小，为964 Pa。（3）全程车内外压力的上升、下降变化规律基本一致，且车内外压力的变化幅值较为接近。车内压力变化最剧烈的时段为尾车通过区间风井时，此时产生的负压波传递，会导致车外压力的产生急剧下降，这是造成耳感不适的主要原因。（4）列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大。列车以113 km h-1匀速通过隧道区间风井扩大段时，任意3和1 s内，车内压力变化幅值均超过了CJJ/T 2982019地铁快线设计标准中的舒适性要求，司乘人员会有耳感不适；列车以100 km h-1匀速通过隧道区间风井扩大段时，任意3和1 s内，车内压力变化幅值均满足耳感舒适性要求。参 考 文 献1 LIN D，NELSON J D，CUI J Q.Exploring Influencing Factors on Metro Development in China from Urban and Economic Perspectives J.Tunnelling and Underground Space Technology，2021，112：103877.2 胡自林，苏蒙.地铁长区间中间风井设置探讨 J.铁道科学与工程学报，2018，15（6）：1516-1523.（HU Zilin，SU Meng.Discussion on the Intermediate Air Shaft Design for Long Interval Subway J.Journal of Railway Science and Engineering，2018，15（6）：1516-1523.in Chinese）3 俞建娟，王春歌.地铁长大区间中间风井建筑设计探讨 J.现代城市轨道交通，2020（3）：62-66.（YU Jianjuan，WANG Chunge.Discussion on Architectural Design of Intermediate Air Shaft in Long Subway Section J.Modern Urban Transit，2020（3）：62-66.in Chinese）图16不同速度通过区间风井时测点I8压力时程曲线图17不同速度通过区间风井时车内各测点任意3和1 s内压力变化幅值144第 5 期高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究4 周朝晖，梅元贵，许建林.高速列车通过截面突变隧道时压力波的数值模拟研究 J.铁道学报，2007，29（6）：34-39.（ZHOU Chaohui，MEI Yuangui，XU Jianlin.Numerical Study on Pressure Waves Produced by High-Speed Trains through Tunnel with Abrupt Changes in the Cross-Sectional Area J.Journal of the China Railway Society，2007，29（6）：34-39.in Chinese）5 杨伟超，彭立敏，施成华，等.地铁条件下车体表面压力的变化特性分析 J.空气动力学学报，2010，28（1）：76-81.（YANG Weichao，PENG Limin，SHI Chenghua，et al.Analysis of Static Pressure Evolution Characteristic of Subway Train Wagon J.Acta Aerodynamica Sinica，2010，28（1）：76-81.in Chinese）6 NIU J Q，ZHOU D，LIANG X F，et al.Numerical Study on the Aerodynamic Pressure of a Metro Train Running between Two Adjacent Platforms J.Tunnelling and Underground Space Technology，2017，65：187-199.7 张寅河，杜俊涛，熊小慧.运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究 J.城市轨道交通研究，2017，20（4）：94-96，106.（ZHANG Yinhe，DU Juntao，XIONG Xiaohui.Variation Characteristics of Metro Vehicle Internal and External Pressures during Operation J.Urban Mass Transit，2017，20（4）：94-96，106.in Chinese）8 许利深.深圳地铁11号线地铁列车客室压力变化率超标分析及改进 J.现代城市轨道交通，2019（5）：32-34.（XU Lishen.Analysis and Improvement of Pressure Change Rate of Passenger Coach on Shenzhen Metro Line 11 J.Modern Urban Transit，2019（5）：32-34.in Chinese）9 XIONG X H，ZHU L，ZHANG J，et al.Field Measurements of the Interior and Exterior Aerodynamic Pressure Induced by a Metro Train Passing through a Tunnel J.Sustainable Cities and Society，2020，53：101928.10 林世生.关于广州地铁隧道空气动力学效应缓解措施的研究 J.隧道建设，2013，33（8）：650-658.（LIN Shisheng.Study on Aerodynamic Effect Mitigation Measures for Guangzhou Metro Tunnels J.Tunnel Construction，2013，33（8）：650-658.in Chinese）11 刘凤华，余以正.地铁列车隧道气动力学试验与仿真 J.大连交通大学学报，2013，34（4）：7-11，16.（LIU Fenghua，YU Yizheng.Comparison of Subway Train Tunnel Aerodynamic Test and Simulation Analysis J.Journal of Dalian Jiaotong University，2013，34（4）：7-11，16.in Chinese）12 HUANG Y D，HONG T H，KIM C N.A Numerical Simulation of Train-Induced Unsteady Airflow in a Tunnel of Seoul Subway J.Journal of Mechanical Science and Technology，2012，26（3）：785-792.13 GONZLEZ M L，VEGA M G，ORO J M F，et al.Numerical Modeling of the Piston Effect in Longitudinal Ventilation Systems for Subway Tunnels J.Tunnelling and Underground Space Technology，2014，40：22-37.14 陈超，严乐，潘嵩，等.基于活塞效应的地铁隧道风井设置优化方法 J.中国铁道科学，2015，36（6）：70-77.（CHEN Chao，YAN Le，PAN Song，et al.Optimal Setting of Air Shafts for Subway Tunnel Based on Piston Effect J.China Railway Science，2015，36（6）：70-77.in Chinese）15 杨波，施柱，那艳玲，等.地铁中间风井前变速运行对乘客舒适性影响 J.铁道科学与工程学报，2021，18（6）：1555-1562.（YANG Bo，SHI Zhu，NA Yanling，et al.Influence of Running with Varying Velocity in front of the Middle Ventilating Shaft of the Subway on Passenger Comfort J.Journal of Railway Science and Engineering，2021，18（6）：1555-1562.in Chinese）16 王凯文，熊小慧，张洁，等.地铁隧道壁面压力特性实车试验研究 J.中南大学学报：自然科学版，2022，53（5）：1643-1654.（WANG Kaiwen，XIONG Xiaohui，ZHANG Jie，et al.Field Experiments Study on Pressure Characteristics of Subway Tunnel Wall J.Journal of Central South University：Science and Technology，2022，53（5）：1643-1654.in Chinese）17 万有财，周新喜，梅元贵.高速列车通过高海拔大坡度隧道车内外压力波特性 J.中国铁道科学，2023，44（1）：167-176.（WAN Youcai，ZHOU Xinxi，MEI Yuangui.Characteristics of Pressure Wave inside and outside High-Speed Train Passing through High-Elevation and Large Gradient Tunnels J.China Railway Science，2023，44（1）：167-176.in Chinese）18 Wang J Y，Qin Z X，Wang T T，et al.The Influence of Different Geothermal Distributions on the Pressure Transients of High-Speed Trains Passing through Tunnels J.Tunnelling and Underground Space Technology，2023，134：104999.19 LIU T H，CHEN X D，LI W H，et al.Field Study