王志鈞，梅元貴

(蘭州交通大學 甘肅省軌道交通力學應(yīng)用工程實驗室，蘭州 730070)

0 引言

在高速列車通過隧道過程中，誘發(fā)了車外劇烈的壓力波動。車外壓力通過車輛結(jié)構(gòu)中的不規(guī)則縫隙傳入車內(nèi)，產(chǎn)生車內(nèi)壓力波動，帶來了車內(nèi)乘務(wù)人員和旅客耳感壓力舒適性問題[1-2]。為保證高速列車車內(nèi)人員壓力舒適性，國外學者研究提出了單一性和復合型的舒適性標準[3-4]，為隧道凈空面積合理選擇[5]和列車密封設(shè)計提供了依據(jù)[6]。在國內(nèi)外壓力舒適性標準中，采用了對不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量進行限值的方法，考核高速列車是否滿足壓力舒適性要求。

高速列車隧道壓力波及相關(guān)舒適性問題研究方法主要有實車試驗、縮尺動模型試驗、壓力艙試驗和數(shù)值模擬等研究方法[7-9]。Gawthorpe等[4]采用壓力艙試驗方法，根據(jù)耳咽管平衡作用機理提出車內(nèi)升壓時比降壓時更容易發(fā)生耳鳴現(xiàn)象，并總結(jié)了不同情況下的舒適性標準和七級舒適度調(diào)查問卷方法。Schwanitz等[10]采用實車試驗、壓力艙試驗方法，研究了車內(nèi)志愿人員的耳部不舒適性，得出列車通過隧道時乘客耳感不舒適性顯著增強且其和壓力變化的持續(xù)時間密切相關(guān)。King[11]等對環(huán)境壓力變化下的機艙人員耳部氣壓創(chuàng)傷進行研究，指出由于海拔變化引起大氣壓力的持續(xù)變化將引發(fā)人耳不適甚至會產(chǎn)生耳部氣壓創(chuàng)傷，且指出耳部的氣壓創(chuàng)傷與壓力變化速度有關(guān)。Rocchi等[12]以意大利ETR1000高速列車為對象，進行實車試驗研究，得到了車輛不同位置處的車內(nèi)外壓力分布特征。劉堂紅等以實車為對象測試研究了國內(nèi)遂渝線隧道壓力波和微氣壓波的變化規(guī)律[13]，并根據(jù)合武線實測數(shù)據(jù)，研究了隧道長度對CRH2A動車組車內(nèi)壓力和每3 s壓力變化量的影響特征[14]。王建宇等[15]根據(jù)遂渝線實車試驗數(shù)據(jù)，研究了車外壓力向車內(nèi)傳遞的規(guī)律，提出了在較長隧道下車輛密封性對壓力傳遞“衰減”作用變差的特征，給出了“折減系數(shù)”的估算方法。馬偉斌等[16]總結(jié)了國內(nèi)多條高速鐵路線路上隧道內(nèi)壓力波等測試數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，得出了每3 s內(nèi)最大壓力變化量單一型限值標準不適用長大隧道的結(jié)論，建議采用多時間間隔復合型的舒適性標準。何德華等[17]采用舒適性事后5級調(diào)查問卷方法，根據(jù)實車試驗結(jié)果探討了基于每1 s和每3 s內(nèi)最大壓力變化量組合的舒適性判據(jù)。此外，德國學者Berlitz等[18]采用一維流動模型特征線法數(shù)值模擬方法，研究了氣密指數(shù)和隧道長度對車內(nèi)外壓力變化的影響特征，提出了密封車輛的“氣密效率”的概念。梅元貴等[19]采用一維流動模型特征線法和基于氣密指數(shù)的車內(nèi)壓力計算模型，研究了單列車通過不同長度隧道特別是特長隧道下車內(nèi)外壓力變化的特征，給出了國內(nèi)外不同舒適性標準的適用性特征和相關(guān)建議。

我國時速350 km標準動車組采用不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量的復合型壓力舒適性標準來考核車內(nèi)人員壓力舒適性環(huán)境[20]。但是在列車設(shè)計和制造時，只能通過單節(jié)整車靜態(tài)試驗指標來控制舒適性[6]，在實際線路上通過測試車內(nèi)外壓力驗證是否滿足舒適性標準限值。針對高速列車線路上運行特別是通過隧道時，有關(guān)車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境變化特征及其主要參數(shù)的影響特征的系統(tǒng)研究，公開報道的研究成果較少。

本文采用實車試驗方法，在分析車內(nèi)外壓力測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將車內(nèi)每1 s、3 s、10 s和60 s內(nèi)最大壓力變化量的大小來定義列車通過隧道或明線時的車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境特征，研究車內(nèi)外壓力變化與不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量時間歷程的對應(yīng)關(guān)系，并且分別研究車內(nèi)不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量正負值，得出明線或隧道線路坡度、隧道長度、列車速度和隧道群對車內(nèi)舒適性環(huán)境參數(shù)的影響特征，通過試驗結(jié)果歸納整車氣密效率的分布特征并探討其和壓力舒適性環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系。

1 研究方法

1.1 試驗概況

本文實車試驗在大西科學試驗段上進行，試驗進行于2016年10月底到11月初，當?shù)貧鉁亟橛?5 ℃～9 ℃之間，空氣較為干燥，風力較小。試驗列車為我國某型8節(jié)時速350 km標準動車組。試驗區(qū)段內(nèi)共有隧道8座，均為雙線隧道。隧道長度分布特征具體為：短隧道1座（100 m）；中長隧道4座（565 m、1467 m、1506 m和2742 m）；長 隧 道3座（3083 m、5456 m和6008 m）。1467 m隧道與2742 m隧道間距為55 m，具備“隧道群”特征。試驗區(qū)段最大坡度為30‰，隧道內(nèi)最大坡度為19‰。全線海拔高度位于750～1100 m之間。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成。車外和車內(nèi)壓力傳感器采用ENDEVCO公司生產(chǎn)的8515C-15型紐扣式壓力傳感器和德魯克PTX5072型壓力傳感器。全車共布置14個車外測點和10個車內(nèi)測點，其中中間車外兩側(cè)上、中、下各布置一個測點，其余測點位置如圖1所示，藍色和紅色塊分別表示車內(nèi)外壓力傳感器。車外和車內(nèi)壓力測點布置分別如圖2（a）和圖2（b）所示。

圖1 壓力測點及數(shù)采系統(tǒng)布置圖Fig. 1 Pressure sensor and data acquisition system layout

圖2 車內(nèi)外壓力測點布置Fig. 2 External and internal pressure sensor layout

數(shù)據(jù)采集器采用DH-5929型數(shù)據(jù)采集儀，布置于頭車、中間車和尾車客室內(nèi)部；不同車廂的壓力測點連入各車廂的數(shù)采儀器之后，再由長距離光纖接入放置在中間車車客室內(nèi)的交換機，之后通過網(wǎng)線接入放置在中間車客室內(nèi)的計算機中，由計算機統(tǒng)一控制數(shù)據(jù)開始采集與終止。

1.3 數(shù)據(jù)處理及重復性驗證

根據(jù)文獻[21]要求，采樣頻率應(yīng)不低于5倍的車速和列車鼻長的比值，濾波器截止頻率應(yīng)小于采樣頻率的1/4[21]。在進行數(shù)據(jù)處理時，先將初始1000 Hz采樣頻率降低為200 Hz，后對數(shù)據(jù)進行截止頻率為5 Hz的濾波處理，消除對數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生影響的高頻干擾。

本試驗在250～350 km/h范圍內(nèi)進行。圖3表示列車以330 km/h兩次通過1506 m隧道頭、中、尾車車內(nèi)外壓力時間歷程曲線對比。頭車的車外和車內(nèi)最大壓力峰峰值分別相差5.59%和7.48%，曲線相關(guān)性系數(shù)分別為0.896和0.988；中間車的車外和車內(nèi)最大壓力峰峰值分別相差6.37%和6.34%，曲線相關(guān)性系數(shù)分別為0.922和0.991；尾車的車外和車內(nèi)最大壓力峰峰值分別相差8.67%和2.61%，曲線相關(guān)性系數(shù)分別為0.921和0.988。由試驗結(jié)果可知，兩次測試中頭尾車車內(nèi)外壓力的波形一致，重復性良好，說明試驗系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

圖3 單列車通過1506 m隧道兩次試驗結(jié)果比較Fig. 3 Comparison of two experimental results of a single train passing through a 1506 m long tunnel

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 列車通過隧道時壓力時間歷程特征

圖4表示列車以約340 km/h通過長度為5456 m的隧道時，車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境變化特征。其中圖4（a）為隧道壓力波傳播軌跡圖；圖4（b）和圖4（c）分別為列車頭車內(nèi)外壓力時間歷程曲線和頭車車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s時間歷程曲線。由圖4可知：

圖4 列車通過5456 m隧道車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境變化特征Fig. 4 Characteristics of internal comfort environment change for the train passing through a 5456 m long tunnel

1）頭車駛?cè)胨淼?，在隧道入口端產(chǎn)生壓縮波“CN1”；尾車駛?cè)胨淼罆r產(chǎn)生膨脹波“ET1”。壓縮波“CN1”和膨脹波“ET1”分別以當?shù)芈曀傺厮淼篱L度方向傳播，并到達隧道出口時分別反射回膨脹波“EN1”、壓縮波“CT1”，再次傳播至隧道入口端反射回壓縮波“CN2”和膨脹波“ET2”，循環(huán)往復。當頭尾車端部駛出隧道時產(chǎn)生了壓縮波“CN”和膨脹波“ET”并向隧道入口處傳播，反射規(guī)律同上。壓縮波和膨脹波和與列車相遇時引起車外壓力的升高和降低。

2）車內(nèi)壓力波動相比車外較為緩和，當車內(nèi)壓力上升時，車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s為正值，反之為負值。當列車在隧道運行時，車內(nèi)大部分時段處于壓力的“負變化”，車內(nèi)壓力變化越劇烈，車內(nèi)不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量越大。

3）車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s受到車內(nèi)壓力短時間內(nèi)波動影響較大，如車內(nèi)壓力急劇增大時，車內(nèi)每1 s和3 s內(nèi)最大壓力變化量從0 kPa或負值變?yōu)檎登也粩嘣龃?；車?nèi)壓力在較大短時間變化后發(fā)生周期較小、但振幅較大的微小波動，如在t= 4 s時刻，引發(fā)車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s在正負值之間交替變化，車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s在該處分別取得最大正負值，并且車內(nèi)Δp/10s也受到該壓力波動的影響在約10 s后時刻取得正極值；同理可分析約t= 30 s時刻。

4）車內(nèi)Δp/10s和Δp/60s受車內(nèi)壓力的極值和變化趨勢的影響較大。列車通過隧道全程車內(nèi)壓力整體為下降趨勢，故車內(nèi)Δp/10s和Δp/60s在大部分時間內(nèi)保持為負值。列車在約t= 57 s時刻駛出隧道，車外壓力恢復為大氣壓力，車內(nèi)壓力在該時刻到達負峰值后逐漸上升，車內(nèi)Δp/10s到達負級值后立即變?yōu)檎?，車?nèi)Δp/60s取到最大負值后逐漸減小。

5）由以上分析可知，由較短時間（1 s、3 s）內(nèi)壓力變化量引起的車內(nèi)人員不適感可能會在列車每次受到隧道壓力波動影響之后的一段時間內(nèi)出現(xiàn)，由于隧道壁面和列車表面摩擦作用使得壓力波能量不斷衰減，故該時段可能位于列車剛剛進入隧道后；由較長時間（10 s、60 s）內(nèi)壓力變化量引起的舒適性環(huán)境惡化則可能會在列車駛出隧道后出現(xiàn)。

2.2 線路坡度對壓力舒適性環(huán)境影響特征

在試驗段內(nèi)，線路海拔高度范圍約為750～1100 m，根據(jù)文獻[22]中大氣壓計算方法，可知在試驗段內(nèi)海拔每升高1 m，大氣壓力約下降11 Pa[22]，在線路坡度較大時，車內(nèi)人員可能會由于環(huán)境壓力的持續(xù)下降或上升產(chǎn)生耳部不適感，本小節(jié)以線路實測數(shù)據(jù)分析研究較大坡度明線和隧道對車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境的影響特征。

圖5（a）表示試驗段全程線路海拔變化和列車速度變化，且典型路段的坡度（‰）已在圖中標出；圖5（b）表示列車通過圖5（a）中路段時頭車車內(nèi)外的壓力變化；圖5（c）表示列車通過該路段頭車車內(nèi)車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s時間歷程曲線。

圖5 列車通過試驗段全程車內(nèi)外壓力和車內(nèi)壓力舒適性特征Fig. 5 Characteristics of the inside/outside pressure and internal comfort for the train passing through the entire test line

由圖5可得出列車車內(nèi)壓力在線路存在坡度時的變化特征：

1）結(jié)合列車所采用的被動式壓力保護方式特點與車內(nèi)外壓力變化特征，可得出壓力截止閥于B、D、F時刻關(guān)閉，于C、E、G時刻開啟。由圖5（c）可知，在壓力截止閥開啟時刻，車內(nèi)壓力發(fā)生了明顯的折轉(zhuǎn)，車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s均明顯增大。在壓力截止閥關(guān)閉狀態(tài)下，如D-E時段，由于車體氣密性相對較好，車內(nèi)外壓力差較大，車內(nèi)壓力受到坡度的影響較小；壓力截止閥開啟狀態(tài)下，如A-B時段，車內(nèi)外壓力均隨海拔高度變化而變化，線路坡度對車內(nèi)壓力的影響較顯著。

2）車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s僅在隧道內(nèi)取值較大，而在列車駛出隧道后車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s則減小為0 kPa左右；車內(nèi)Δp/10s和Δp/60s在隧道內(nèi)和大坡度明線上均有較明顯的變化。在明線坡度較大時，如A-B時段，坡度對Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s的影響依次增大，上坡時海拔升高，車內(nèi)外壓力降低，車內(nèi)壓力變化均為負值，其取值大小隨著坡度的增大而增大。

3）短時間間隔內(nèi)（1 s、3 s）的最大壓力變化量引起的車內(nèi)人員不適感更多受到隧道壓力波或壓力截止閥開啟導致的小周期壓力波動的影響，而較長時間間隔內(nèi)（10 s、60 s）的最大壓力變化量引起的車內(nèi)人員不適感受到線路坡度的影響較大。

2.3 隧道長度對壓力舒適性環(huán)境的影響特征

本小節(jié)選取列車以相近速度通過六種不同長度隧道，研究隧道長度對車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境的影響特征，圖6表示列車以250 km/h和300 km/h速度等級通過不同長度隧道，車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s最大正負值隨隧道長度變化規(guī)律。

由圖6可得如下規(guī)律：

圖6 不同隧道長度下車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s最大值變化規(guī)律Fig. 6 Variation of the maximum values of Δp/1s,Δp/3s,Δp/10s and Δp/60s inside the train with the different tunnel length

1）在不同速度等級下，車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s的最大正負值和Δp/60s最大正值變化趨勢相似，先隨隧道長度增大而增大，到隧道長度為565 m時，增大到最大正極值和最大負極值，之后均隨著隧道長度的增大先減小后增大；車內(nèi)Δp/60s最大負值隨隧道長度增大呈現(xiàn)不斷增大趨勢。

2）短時間內(nèi)壓力變化引起的不適感先隨隧道長度增大而更加明顯，500 m左右為車內(nèi)人員感到最不舒適的隧道長度區(qū)間，隧道長度繼續(xù)增大，由較短時間內(nèi)壓力變化引起的車內(nèi)人員不舒適感有所緩解。不同速度等級下車內(nèi)Δp/60s的最大負值隨著隧道長度的增大而不斷增大，引起長時間內(nèi)壓力持續(xù)變化，并導致的更明顯的耳感不適問題。

3）短時間間隔內(nèi)的壓力限制僅適用于長度較短的隧道，而隧道長度較長時，車內(nèi)Δp/60s可能引起車內(nèi)人員的耳部不適，所以還需采用較長時間間隔的壓力變化量的限值，進行壓力舒適性的分析和判斷。

2.4 列車速度對壓力舒適性環(huán)境的影響特征

列車以不同速度通過不同長度隧道時，對不同速度下車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s的最大正負值使用式（1）函數(shù)形式進行擬合，得出列車速度對車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境的影響規(guī)律。

式中，Δpmax/n表示車內(nèi)不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量的最大值（n= 1、3、10、60），Pa；v為列車速度，m/s；A和B分別為擬合系數(shù)和指數(shù)。

圖7和圖8分別表示列車以不同速度通過1506 m、3083 m和5456 m隧道時車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s的最大正負值及其隨速度變化的擬合曲線，其中在圖8（c）中，同一速度下的車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s實測值及擬合曲線均互相重合；表1表示擬合函數(shù)相關(guān)參數(shù)及平均擬合誤差，表中P和N分別表示正值和負值。由圖和表可知：

圖7 列車速度對車內(nèi)每1 s、3 s、10 s和60 s最大壓力變化量最大正值的影響Fig. 7 Influence of train speed on the maximum positive values of Δp/1s,Δp/3s,Δp/10s and Δp/60s inside the train

圖8 列車速度對車內(nèi)每1 s、3 s、10 s和60 s最大壓力變化量最大負值的影響Fig. 8 Influence of train speed on the maximum negative values of Δp/1s,Δp/3s,Δp/10s and Δp/60s inside the train

表1 擬合函數(shù)相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameters of the fitting function

1）相同隧道長度同一速度下的車內(nèi)Δp/60s最大正值小于Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s最大正值；而Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s最大負值依次增大。表明列車通過隧道時車內(nèi)壓力整體呈下降趨勢，隧道內(nèi)壓力波動帶來的車內(nèi)壓力突增對車內(nèi)Δp/60s影響較小。

2）車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s最大正負值在不同隧道長度下均隨速度增大呈現(xiàn)增大趨勢，且其與列車速度的冪近似成正比，比例系數(shù)較小，多為10?1～10?4數(shù)量級，指數(shù)多為1.5～2.9之間。

3）車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s的擬合相關(guān)性系數(shù)R2整體大于車內(nèi)Δp/60s，且隧道長度為1506 m和3083 m時車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s擬合相關(guān)性系數(shù)R2相比隧道長度為5456 m時整體較大。擬合相關(guān)性系數(shù)R2大于98%時，可認為實測值和擬合曲線吻合度較高，對應(yīng)的指數(shù)B分布范圍為1.8～2.9，平均值約為2.26，可以認為車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s近似與列車速度的平方成正比。

4）車內(nèi)人員耳部不適感隨列車速度增大而更加明顯。由較短時間內(nèi)壓力變化導致的車內(nèi)人員耳部不適感隨列車速度增大呈指數(shù)關(guān)系增加，由長時間內(nèi)壓力持續(xù)下降導致的車內(nèi)人員耳部不適感也隨列車速度增大而嚴重，但其變化與列車速度函數(shù)關(guān)聯(lián)性較差。

2.5 “隧道群”對壓力舒適性環(huán)境的影響特征

1467m和2742m隧道的間距為55 m，遠小于動車組長度（約200 m），將其看作隧道群。本小節(jié)通過對獨立隧道和“隧道群”中長度相近隧道的車內(nèi)外壓力及車內(nèi)壓力變化分析，得出并比較隧道群對車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境的影響特征。圖9表示列車由2742 m隧道駛?cè)?467 m隧道的方向通過隧道群和通過1506 m獨立隧道時的頭、中、尾車的車內(nèi)外壓力比較。列車速度約為335 km/h；圖10表示在圖9情形下頭車車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s時間歷程曲線比較。圖中Nexit和Nentry時刻分別表示列車車頭端駛出隧道群第一座隧道和駛?cè)氲诙淼赖臅r刻。

圖9 隧道群和1506 m獨立隧道車內(nèi)外壓力比較Fig. 9 Comparison between internal and external pressure of tunnel group and the 1506 m long single tunnel

由圖可知如下規(guī)律：

1）動車組以相近速度通過隧道群和長度相近獨立隧道時，頭、中、尾車外壓力形狀相似，幅值大小相近，隧道群對車外壓力無明顯影響。由于隧道間距較短，列車駛出隧道群第一座隧道后又立即駛?cè)氲诙淼?，車?nèi)壓力未完全向車外大氣壓力平衡則又開始下降，在第二座隧道入口處為負壓；列車通過獨立隧道時，車內(nèi)壓力則由大氣壓力開始波動。

2）列車通過1506 m獨立隧道和隧道群第二個1467 m隧道時，車內(nèi)Δp/1s和Δp/3s時間歷程曲線形狀相似，最大值也在近似同一位置出現(xiàn)；由于列車駛?cè)胨淼廊旱诙淼罆r，車內(nèi)壓力整體保持為下降趨勢，車內(nèi)Δp/10s和Δp/60s均為負值，且車內(nèi)Δp/10s在列車駛出隧道后才逐漸變?yōu)檎?，列車駛?cè)氇毩⑺淼罆r，車內(nèi)Δp/10s和Δp/60s則經(jīng)歷了先正變化后負變化的過程。

3）列車通過1506 m獨立隧道的車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/10s最大正值分別小于通過隧道群中1467 m隧 道28.7%、21.9%和38.6%；車 內(nèi)Δp/1s、Δp/3s和Δp/60s最大負值分別小于通過隧道群時19.8%、7.3%和56.2%，Δp/10s最大負值則大于通過隧道群時7.8%。故由實測結(jié)果分析，可以初步得出列車在通過隧道群時，由于車內(nèi)壓力的變化更加劇烈而引起更加明顯的車內(nèi)人員耳部不適問題。

2.6 氣密效率與車內(nèi)人員耳部不適性關(guān)系探討

本小節(jié)引入文獻[18]中的氣密效率，基于實車試驗對氣密效率和壓力舒適性環(huán)境的對應(yīng)關(guān)系進行研究，氣密效率的定義式如式（2）所示[18]。

式中，η為氣密效率；由于列車車內(nèi)不同車廂相互貫通，故將列車看作一個密封氣壓艙，故Δpex,max頭尾車車外最大壓力峰峰值的平均值，Δpin,max為頭尾車車內(nèi)最大壓力峰峰值的平均值。由該式可知：氣密效率表達了車外壓力傳入車內(nèi)后的峰峰值衰減率，其值越接近1則可以表示車輛對車外壓力傳入車內(nèi)的阻隔作用更好。

圖11（a）表示Δpex,max、Δpin,max和η隨隧道長度的變化規(guī)律，選擇隧道長度為100 m、565 m、1506 m、2742 m、5456 m和6008 m，列車速度均為約300 km/h；圖11（b）表示列車以約250 km/h、300 km/h和330 km/h通過長度為1506 m、2742 m和5456 m隧道時η隨列車速度變化規(guī)律。本文針對了不同日期試驗共31組隧道實測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了車內(nèi)不同時間間隔內(nèi)最大壓力變化量隨氣密效率的變化規(guī)律，如圖12所示。由圖可知：

圖11 隧道長度和列車速度對氣密效率的影響Fig. 11 Influence of tunnel length and train speed on the sealing efficiency

圖12 車內(nèi)Δp/1s、Δp/3s、Δp/10s和Δp/60s變化量隨氣密效率變化規(guī)律Fig. 12 Variation of internal Δp/1s,Δp/3s,Δp/10s and Δp/60s with the sealing efficiency

1）Δpex,max隨著隧道長度先增大后保持穩(wěn)定，最后又增大，Δpin,max則隨著隧道長度不斷增大，但氣密效率η隨著隧道長度的變化逐漸減小。表明在所選隧道中，隨著隧道長度的增大，相同氣密水平的車輛對車外壓力傳入車內(nèi)的阻隔效果越差。

2）在不同列車速度下，氣密效率η變化不明顯，始終保持相近水平，可以初步得出車輛對車外壓力傳入車內(nèi)的阻隔效果與列車速度無關(guān)。

3）車內(nèi)Δp/1s最大正值和Δp/1s、Δp/3s、Δp/60s最大負值均隨著氣密效率的增大存在減小的趨勢，Δp/60s最大負值近似隨氣密效率增大而線性減小，可得出整車氣密效率增大時，車輛氣密性對車外壓力傳入車內(nèi)的阻隔效果越好，車內(nèi)壓力變化量越小，車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境越好。

3 結(jié)論

基于我國時速350 km標準動車組實車試驗，本文研究了壓力舒適性環(huán)境的特征，得出如下結(jié)論：

1）列車通過隧道時，車內(nèi)壓力波動會導致車內(nèi)人員耳部不適，由車內(nèi)較短時間內(nèi)壓力變化引起的耳部不適感主要由瞬時壓力波動引起，在列車剛剛進入隧道和壓力截止閥從關(guān)閉到開啟時較明顯；由車內(nèi)較長時間內(nèi)壓力變化引發(fā)的耳部不適感受到隧道長度和線路坡度的影響更加嚴重，且可能在列車通過大坡度線路和剛剛駛出隧道后較明顯。

2）較短時間內(nèi)壓力變化隨隧道長度先增大后減小。隧道長度較長時，車內(nèi)人員耳部不適主要由于車內(nèi)壓力連續(xù)“負變化”引起的較長時間內(nèi)最大壓力變化導致，且其隨隧道長度增大，耳部不適感更加明顯。

3）列車速度增大時，不同時間間隔內(nèi)車內(nèi)壓力變化顯著增大，車內(nèi)人員耳部不適感更加明顯，且較短時間內(nèi)車內(nèi)壓力變化量近似與列車速度的平方成正比。

4）“隧道群”對車外壓力的影響不明顯，而由于列車連續(xù)通過隧道，車內(nèi)壓力的連續(xù)下降引起較長時間內(nèi)壓力變化量較大可能導致車內(nèi)人員耳部不適。

5）氣密效率受到列車速度的影響較小，主要與隧道長度、坡度等有關(guān)，部分時間間隔內(nèi)最大壓力變化量隨氣密效率增大而減小，可得出整車氣密效率的增大時，車內(nèi)壓力舒適性環(huán)境更好。

6）在列車通過大坡度線路、長隧道和隧道群時，由于車內(nèi)壓力的連續(xù)單向變化引起車內(nèi)人員的耳部不適，故在上述情況時，為了保證車內(nèi)良好的壓力舒適性環(huán)境，單一時間間隔的舒適性標準不再適用，需要采用多時間間隔內(nèi)的復合型舒適性標準對車內(nèi)壓力變化進行約束。