2. 桥梁、隧道领域的高铁关键技术

2.1. 高铁隧道的关键技术

2.1.1. 空气动力学效应

空气动力学效应：当高速列车进入隧道后将隧道内原有的一部分空气排开，但是由于空气多具有的粘性、隧道内壁和列车外表面产生的摩阻力，被排开的空气不能像明线空气那样顺畅并且及时地沿列车周侧形成绕流，所以列车前方的空气受到压缩，而列车尾部进入隧道后会形成一定的负压，因此产生了压力波动过程。这种压力波动以声速传播至隧道口后大部分压力发生反射而产生瞬变压力；而另一部分则形成向隧道外的脉冲状压力波辐射，即微气压波。这种隧道内行车阻力、压力波动等随着阻塞比和列车速度的增大而增大的效应叫空气动力学效应。

表一 国家建有高速铁路舒适度标准

国家 最大压力变化绝对值Pa 最大压力变化频率Pa/s

日本 1000 300

英国 450 200

德国 1000 300~400

美国 700Pa/1.7s 410

中国 1000 3000Pa/3s

空气动力学效应对高铁运营、乘坐的舒适度和周围环境造成影响：列车高速运行时所克服的空气阻力所作的功转化为热量，会在隧道中积聚导致引起温度升高等；行车阻力会增大，从而使列车运营能耗增大；当高速列车通过隧道时，瞬变压力造成旅客和乘务人员耳膜明显不适、舒适度降低；形成空气动力学噪声；形成空气动力学噪声；当高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使隧道口附近建筑物门窗发生振动，产生扰民的环境问题；。

消减和缓解由空气动力学效应引起的负面影响的措施：可以在隧道中设置缓冲段，来减小对环境的影响和噪声；可以选择合理的道床类型；也可以加大车辆的密封性，因为车辆的密封性越好的话，它内部的最大瞬变压力也就会越小；或者改变列车的外形，可以改变车头的形状，当隧道的横断面的面积不变时，可以通过减小车辆的横断面达到减小阻塞比的目的；每隔一段可以修建一些横洞、竖井，用来减少风压和降低压缩波梯度；可以合理增加隧道净空的断面面积；可以在隧道内设置一些喷水滴和水幕达到防水的目的；当列车速度小于300km/h时，不需要设洞口缓冲结构，只需要预留洞口缓冲结构即可。

2.1.2. 隧道开挖技术

如何选择开挖方法，首先应该对隧道断面面积大小、隧道形状、其施工条件和地质环境情况、隧道的埋置深度、工程量的大小情况、工期要求长短、施工安全性、经济合理性等相关因素进行综合的分析，然后根据分析结果采用恰当的隧道开挖方法。

隧道开挖方法中，有钻爆法、全断面开挖法、台阶开挖法、CD开挖法、CRD开挖法、双侧壁导坑开挖法。其中目前中国应用最广泛、最为成熟的隧道开挖法是钻爆法，其余皆为客运专线常用的隧道开挖方法。

全断面开挖法：是将整个隧道开挖断面进行一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。

台阶法：就是将结构断面分成两个或两个以上部分，存在上下两个工作面或多个工作面，然后进行分步开挖。优点是多变灵活、且适用性较强，具有足够的作业施工空间和较快的施工速度，并且能较早地使支护闭合，有利于开挖断面的稳定和能控制它结构的变形以及引起的地面沉降。缺点是上下部作业可能有互相干扰的情况，所以应该注意在下部作业时，对上部结构稳定性的影响，以及它对围岩的扰动次数的增加等。

图一 台阶法

单侧壁导坑法：是在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定距离，再开挖隧道断面剩余部分，变大跨断面为小跨断面的隧道开挖方法叫单侧壁导坑法。