2　明線會(huì)車壓力波變化規(guī)律

2.1　問(wèn)題的提出

列車在復(fù)線上運(yùn)行時(shí)不可避免地要發(fā)生交會(huì)運(yùn)行情況，兩列車相向交會(huì)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的會(huì)車壓力波作用在車體上會(huì)對(duì)列車側(cè)壁和側(cè)窗強(qiáng)度、列車的運(yùn)行穩(wěn)定性和旅客乘坐舒適性產(chǎn)生不利影響，甚至可能產(chǎn)生運(yùn)行安全問(wèn)題，如車體側(cè)窗破碎、車輛蛇行運(yùn)動(dòng)、輪緣與軌頭因側(cè)向沖擊造成磨損等。我國(guó)鐵路客運(yùn)提速至160km/h速度時(shí)，就曾多次發(fā)生會(huì)車引起的列車側(cè)窗玻璃破碎事故。據(jù)廣鐵集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，在廣州到深圳準(zhǔn)高速鐵路開(kāi)通的前四年，共有678塊客車側(cè)窗玻璃由于會(huì)車壓力波而破碎；據(jù)天津鐵路客運(yùn)段統(tǒng)計(jì)，1999年11月到2000年5月的半年時(shí)間內(nèi)，22型綠皮客車就有190塊側(cè)窗玻璃因會(huì)車而破碎；2001年3月太原鐵路局的客運(yùn)列車也曾發(fā)生因會(huì)車一天破碎36塊側(cè)窗玻璃的事故。列車速度提高到200km/h甚至是300km/h以上時(shí)，會(huì)車壓力波的變化幅值和最大正、負(fù)壓力極值都會(huì)急劇增大，有可能帶來(lái)更大的負(fù)面效應(yīng)。當(dāng)然，如果復(fù)線鐵路線路間距增大，會(huì)車壓力波的影響會(huì)逐漸減弱。但是線路間距的增大會(huì)占用更多的土地并使線路造價(jià)增高，因此在滿足列車運(yùn)行安全的前提下希望線路間距越小越好。然而，多“小”的線路間距是合適的，這涉及許多方面的問(wèn)題：如車輛的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度問(wèn)題——會(huì)車壓力波是否會(huì)引起列車側(cè)壁變形過(guò)大或側(cè)窗的強(qiáng)度破壞；車輛運(yùn)行動(dòng)力學(xué)問(wèn)題——會(huì)車壓力波是否會(huì)引起列車運(yùn)行偏轉(zhuǎn)或側(cè)傾過(guò)度；輪軌關(guān)系問(wèn)題——會(huì)車壓力波引起的列車橫移是否會(huì)使輪軌沖擊過(guò)大造成爬軌；乘坐舒適性問(wèn)題——在列車氣密性一定的條件下會(huì)車壓力波是否會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)氣體壓力變化過(guò)大等。了解會(huì)車壓力波幅與會(huì)車速度、線路間距、車體形狀等參數(shù)之間的變化規(guī)律是確定“合適”線路間距的前提。然而到目前為止，似乎對(duì)這一變化規(guī)律還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，給線路和車輛設(shè)計(jì)工作帶來(lái)一定的盲目性。高速列車的運(yùn)營(yíng)使這一問(wèn)題變得更加突出，近幾十年來(lái)世界上的鐵路工程師和研究人員一直在進(jìn)行這方面的探索[1～15]。例如：

Steinheur在總結(jié)勢(shì)流Panel法計(jì)算結(jié)果和部分實(shí)測(cè)值后提出了一個(gè)會(huì)車壓力波波幅系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[5]：

式中　γ——車頭部分長(zhǎng)細(xì)比；

Δy——兩列車側(cè)壁間等效距離；

Rd——列車橫斷面水力半徑；

λ——通過(guò)列車與觀測(cè)列車速度比，λ=v1/v2。

Gawthorpe在總結(jié)英國(guó)APT-E會(huì)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上認(rèn)為會(huì)車壓力波波幅系數(shù)ΔCp與速度比λ有下述線性關(guān)系[6]：

ΔCp=（1-λ）ΔCp，λ=0+λΔCp，λ=1

Steinheur則認(rèn)為他們之間是二次函數(shù)關(guān)系[5]：

文獻(xiàn)[7]基于三維勢(shì)流Panel法計(jì)算結(jié)果，也提出了會(huì)車壓力波波幅系數(shù)的計(jì)算公式：

式中：

Ep——通過(guò)列車表面源強(qiáng)，

其中　Np——通過(guò)列車上的Panel數(shù)，

σpj——通過(guò)列車第j個(gè)Panel上的源強(qiáng)，=σpj/v1，

upj——通過(guò)列車第j個(gè)Panel上分布單位源強(qiáng)時(shí)在計(jì)算點(diǎn)引起的x方向分速度；

Eo——觀測(cè)列車表面源強(qiáng)，

其中　No——觀測(cè)列車上的Panel數(shù)，

σoj——觀測(cè)列車第j個(gè)Panel上的源強(qiáng)，=σoj/v2，

uoj——觀測(cè)列車第j個(gè)Panel上分布單位源強(qiáng)時(shí)在計(jì)算點(diǎn)引起的x方向分速度；

G——兩車速度擾動(dòng)引起的源強(qiáng)，

其中　N——通過(guò)列車與觀測(cè)列車上總Panel數(shù)，

φj——第j個(gè)Panel上單位源強(qiáng)的擾動(dòng)速度勢(shì)，

ΔDp——Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)列車運(yùn)行的距離，

——分別為（t+Δt）時(shí)刻和t時(shí)刻第j個(gè)Panel的源強(qiáng)度，（+Δt）；

v′——兩列車速度和與通過(guò)一車速度比，；

λ——兩列車速度比，。

文獻(xiàn)[8]則分別給出了觀測(cè)列車靜止時(shí)會(huì)車、兩列車等速會(huì)車和不等速會(huì)車時(shí)會(huì)車壓力波幅值的計(jì)算式。其中：

靜止會(huì)車壓力波幅值計(jì)算式為

等速會(huì)車壓力波幅值計(jì)算公式為

不等速會(huì)車壓力波幅值計(jì)算公式為

A、B、C、D為與壓力波和車速相關(guān)的系數(shù)[8]，但文中并未給出具體值。

然而，分析表明上述計(jì)算公式在應(yīng)用中都有一定的局限性。會(huì)車壓力波與兩交會(huì)列車的速度、側(cè)壁間距（或線間距）、列車頭尾部形狀、列車橫截面形狀、車體表面粗糙度以及環(huán)境氣體的壓力、溫度等許多因素有關(guān)。正是由于會(huì)車過(guò)程列車附近空氣流動(dòng)狀況復(fù)雜，影響因素眾多，至今對(duì)會(huì)車壓力波的變化規(guī)律還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。