列车进入长隧道之.PDF

列車進入長隧道之 微波噪音分析 黃國倫* 摘要 高速列車車頭進入睡道將產生一股強烈之正壓力波，當此壓力波傳抵下游隧道出口時，衝出隧 道口，對隧道口外之空氣產生撞擊，鼓撞擊波隨著空間擴大而稀薄化，此種波動為徵壓波( Micro Pressure Wave) ，該徵壓波將會產生令人不愉悅的噪音，使隧道出口附近之住民受到干擾，這種 現象被稱為音爆(Sonic Boom) 。 本文應用特徵線法 ( Method of Characteristics MOC) 解析隧道內一維空氣動力流場 ， 且配合 能量守恆及質量守恆方程式解析列車車頭與車尾在隧道內之流場 ， 並以等繭柏努力方程式( Isentropic Bernoulli Equation) 解析假隧道 ( Hood Tunnel) 之孔口流場 ， 以模揖列車通過隧道產生壓力波在 隧道傳遞之情況，並以隧道下游出口壓力對時間變量之模揖結果 ，分析隧道口附近之噪音 。 本文以倫教至南威爾斯列車通過 Patchway Old Tunnel 為案例 ， 並模擬增加設置假隧道 ， 以進 行隧道出口音爆之分析，並揖討假隧道佈置之效果 。 關鐘字:列車、隧道、壓力、空氣動力 、 微壓波 、 噪音 一、前言 TAO 在 1 940年 ，日本開始著手興建新子彈列車軌道線 ，後因二次世界大戰而停建 。當東京爭取到 1964 年奧運主辦權時 ， 興建一條快速鐵路迫在眉睡 ; 日本國鐵於是利用當時興建子彈列車殘留的設 施 ，於 1 959年開始興建新幹線，並於東京奧連開幕前 ，以時速 200公里展開營運， 為世界第一條高速 鐵路 。因新幹線通過人口密集區域，使得隧道口附近居民飽受噪音平擾之苦，因而發現微壓渡 ( Micro Pressure Wave) 產生音爆 ( Sonic Boom) 之物理現象 。 列車以高速度進入隧道，在隧道內形成壓力振幅極大的震盪波(黃國倫， 2007) ， 使列車有時受 到空氣強大的阻力 ，有時又受到空氣推力 ，因而速度不穩定 。速度變化強烈時將導致旅客不舒服，且 強烈壓力波可能會破壞隧道內之設施，亦會滲入車廂使車廂內之旅客感受到不舒服 。在無月台門之地 下車站時，月台上之旅客也會感受到不舒服 。 壓力渡衝出下游隧道口而稀薄化時所產生的微壓波噪音問題可以透過研究及工程方法加以克服改善。 *中興工程顧問社土木水利工程研究中心高級研究員 • 15 • 隧道出口之徵渡噪音為列車進入隧道壓迫空氣使之壓力驟升，壓力渡傳遞至隧道下游出口，衝出 隧道口而稀薄化且在隧道口外產生微壓渡噪音。要消除此噪音便要消除列車進入隧道產生壓力驟升之 時間梯度。降低列車進入隧道產生急促上升之壓力渡的方法很多，例如增加隧道斷面積、減小列車車 頭之阻力係數、適當佈置豎井、隧道入口適度加大 ( Flare Tunnel) ，而最有效之方法為適當佈置假隧 道 ( Hood Tunnel) 。 假隧道為在隧道口外加上一段人造如隧道之結構物 ， 在該結構物上適度佈置孔口 與大氣接觸，將可有效的消滅微壓波噪音，其工程造價相對較便宜且施工較容易。因此，假隧道之特 性與其消滅噪音之效果將其本文探討之重點。 二、空氣動力控制方程式與數值方法 一維數值模式對於列