一种大风环境下风区铁路挡风墙过渡段结构的制作方法

本发明属于工程技术领域，涉及大风环境下铁路沿线挡风墙的结构设计。

背景技术：

新建兰州至乌鲁木齐第二通道(简称兰新第二双线)为客运专线铁路，全长1776.9 km，是世界上已建成的最长高速铁路，也是世界首条穿越大风区的高速铁路。该地区有长距离的大风区，风期长，局部地段一年之中风速大于17.2 m/s的天数超过100天，最大瞬时风速可达60 m/s。风区局部地区风速高，且风向与线路近乎垂直，列车主要受横风影响，大风对列车的行车安全造成严重影响，成为世界上内陆风速最高、风灾最严重的地区之一。据统计，自1960年至今，由风引起的行车安全事故总计38起，因大风造成的列车的停运更是数不胜数，严重影响了铁路运输安全和运输效率。我国铁路科技工作者，经过多年的探索、研究、实践，提出了恶劣风环境下的铁路安全行车措施：实施限速或停轮、设计合理的列车外形、设置挡风墙、建立大风预警系统等。兰新客运专线重要的防风措施之一就是修建挡风墙，其中有挡风墙的路段占到线路总长65%。部分大风区段位于地势起伏的戈壁荒漠，线路穿过这些地方形成了众多路堑和路堤。有研究表明，路堑具有一定的防风能力，当路堑达到一定的高度时，路堑上不需要修建挡风墙，列车可以安全通过路堑。在路堤段，必须修建挡风墙，保证列车在大风环境运行时不发生倾覆。通过实车实验和现场考察，发现空气动力学性能和动力学指标较大的位置大多出现在路堤与路堑挡风墙的过渡位置。其主要原因是挡风墙的直角过渡造成的路堑的防风能力与修建有挡风墙的路堤段不匹配，激发流场发生剧烈变化，从而使得列车经过该处产生“晃车”现象，动力学指标如脱轨系数、横向加速度等较大，严重影响运行安全性和乘员舒适性。因此，本发明针对上述问题，提出一种大风环境下风区铁路新型挡风墙过渡段结构，优化设计挡风墙的过渡形式，提高列车通过过渡段的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种挡风墙过渡区域的新型结构，解决了现有技术中存在的问题。

现有挡风墙在路堤与路堑挡风墙过渡时均为直角过渡，且此直角过渡结构未考虑路堤与路堑上的挡风墙高度差，只是与路堤上的挡风墙高度保持一致，导致远方来流在直角过渡区域发生较大的气流突变和风速剧增，挡风墙防风效果降低。而新型挡风墙过渡结构采用斜切缓变且逐级加高的方式连接路堤和路堑上的挡风墙，目的是为了减小直角过渡引起的流场突变和气流加速，提高挡风墙防风效果。

首先根据大风环境下实车试验，现场流场测试发现路堤至路堑挡风墙直角过渡会引起流场突变及列车气动性能恶化，然后采用数值模拟进行多种方案改进优化直角过渡区域，最终确定过渡段区域采用正切值为1：1.5-1：2的斜切缓变,逐级加高的挡风墙过渡结构效果最优。

一种大风环境下风区铁路挡风墙过渡段结构，其特征在于：连接路堤挡风墙与路堑挡风墙的过渡段与路堤段挡风墙的延长线的夹角为锐角，过渡段在垂直于路堤段延长线方向上的投影长度与过渡段在路堤段延长线方向上的投影长度比值为1:1.5-1:2。

过渡段连接路堤端的高度与路堤挡风墙高度相同，并由连接路堤端向连接路堑端逐渐升高直至与路堑段高度相同。

本发明的有益效果是：

相比路堤至路堑挡风墙直角过渡，新型正切值为1：1.5-1：2的斜切缓变逐级加高挡风墙过渡结构，能够有效减小远方来流的流场突变和风速增加，提高了挡风墙的防风效果和风区铁路行车安全。

附图说明

图1是原始挡风墙路堤至路堑过渡结构主视图。

图2是原始挡风墙路堤至路堑过渡结构俯视图。

图3是新型挡风墙路堤至路堑过渡结构主视图。

图4是新型挡风墙路堤至路堑过渡结构俯视图。

图5为原始与本发明挡风墙过渡结构下的线路 1线中心线上方2.75米高度处速度分布曲线对比图。

图6为线路2线中心线上方2.75米高度处速度分布曲线对比图。

1-路堤挡风墙，2-过渡段挡风墙结构，3-路堑挡风墙。

具体实施方式

在路堤时，挡风墙离线路比较近，在路堑时，挡风墙建在路堑上，离线路比较远，且一般路堑因地势较高，与路堤上的挡风墙存在一个高度差（此处为2 m）。原始路堤与路堑之间的挡风墙过渡结构为直角连接，且未考虑高度差的影响，直角连接挡风墙高度与路堤挡风墙高度一致。

本发明路堤与路堑挡风墙过渡结构将直角过渡向路堤方向延伸为正切值为1：1.5-1：2缓变过渡，且在过渡区域考虑每5 m长度逐级增加0.5 m挡风墙高度，使得路堤挡风墙高度与路堑挡风墙高度最终趋于一致。

本发明挡风墙过渡结构采用正切值为1：1.5-1：2斜切逐级加高挡风墙过渡结构而非直角过渡，在远方来流到达挡风墙时流场突变因过渡结构的缓变而减小，从而有效的提高了挡风墙在路堤与路堑过渡区域的防风效果和大风环境下的列车气动性能。