2　明線會車壓力波變化規律

2.1　問題的提出

列車在復線上運行時不可避免地要發生交會運行情況，兩列車相向交會運行時產生的會車壓力波作用在車體上會對列車側壁和側窗強度、列車的運行穩定性和旅客乘坐舒適性產生不利影響，甚至可能產生運行安全問題，如車體側窗破碎、車輛蛇行運動、輪緣與軌頭因側向沖擊造成磨損等。我國鐵路客運提速至160km/h速度時，就曾多次發生會車引起的列車側窗玻璃破碎事故。據廣鐵集團統計，在廣州到深圳準高速鐵路開通的前四年，共有678塊客車側窗玻璃由于會車壓力波而破碎；據天津鐵路客運段統計，1999年11月到2000年5月的半年時間內，22型綠皮客車就有190塊側窗玻璃因會車而破碎；2001年3月太原鐵路局的客運列車也曾發生因會車一天破碎36塊側窗玻璃的事故。列車速度提高到200km/h甚至是300km/h以上時，會車壓力波的變化幅值和最大正、負壓力極值都會急劇增大，有可能帶來更大的負面效應。當然，如果復線鐵路線路間距增大，會車壓力波的影響會逐漸減弱。但是線路間距的增大會占用更多的土地并使線路造價增高，因此在滿足列車運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題：如車輛的結構強度和剛度問題——會車壓力波是否會引起列車側壁變形過大或側窗的強度破壞；車輛運行動力學問題——會車壓力波是否會引起列車運行偏轉或側傾過度；輪軌關系問題——會車壓力波引起的列車橫移是否會使輪軌沖擊過大造成爬軌；乘坐舒適性問題——在列車氣密性一定的條件下會車壓力波是否會導致車內氣體壓力變化過大等。了解會車壓力波幅與會車速度、線路間距、車體形狀等參數之間的變化規律是確定“合適”線路間距的前提。然而到目前為止，似乎對這一變化規律還沒有一個統一的認識，給線路和車輛設計工作帶來一定的盲目性。高速列車的運營使這一問題變得更加突出，近幾十年來世界上的鐵路工程師和研究人員一直在進行這方面的探索[1～15]。例如：

Steinheur在總結勢流Panel法計算結果和部分實測值后提出了一個會車壓力波波幅系數的經驗計算公式[5]：

式中　γ——車頭部分長細比；

Δy——兩列車側壁間等效距離；

Rd——列車橫斷面水力半徑；

λ——通過列車與觀測列車速度比，λ=v1/v2。

Gawthorpe在總結英國APT-E會車試驗數據基礎上認為會車壓力波波幅系數ΔCp與速度比λ有下述線性關系[6]：

ΔCp=（1-λ）ΔCp，λ=0+λΔCp，λ=1

Steinheur則認為他們之間是二次函數關系[5]：

文獻[7]基于三維勢流Panel法計算結果，也提出了會車壓力波波幅系數的計算公式：

式中：

Ep——通過列車表面源強，

其中　Np——通過列車上的Panel數，

σpj——通過列車第j個Panel上的源強，=σpj/v1，

upj——通過列車第j個Panel上分布單位源強時在計算點引起的x方向分速度；

Eo——觀測列車表面源強，

其中　No——觀測列車上的Panel數，

σoj——觀測列車第j個Panel上的源強，=σoj/v2，

uoj——觀測列車第j個Panel上分布單位源強時在計算點引起的x方向分速度；

G——兩車速度擾動引起的源強，

其中　N——通過列車與觀測列車上總Panel數，

φj——第j個Panel上單位源強的擾動速度勢，

ΔDp——Δt時間內通過列車運行的距離，

——分別為（t+Δt）時刻和t時刻第j個Panel的源強度，（+Δt）；

v′——兩列車速度和與通過一車速度比，；

λ——兩列車速度比，。

文獻[8]則分別給出了觀測列車靜止時會車、兩列車等速會車和不等速會車時會車壓力波幅值的計算式。其中：

靜止會車壓力波幅值計算式為

等速會車壓力波幅值計算公式為

不等速會車壓力波幅值計算公式為

A、B、C、D為與壓力波和車速相關的系數[8]，但文中并未給出具體值。

然而，分析表明上述計算公式在應用中都有一定的局限性。會車壓力波與兩交會列車的速度、側壁間距（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境氣體的壓力、溫度等許多因素有關。正是由于會車過程列車附近空氣流動狀況復雜，影響因素眾多，至今對會車壓力波的變化規律還沒有一個統一的認識。